智能电表---技术报告.docx

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1、危ul 炉1留1 讯:nlu 叮Hml侦 lil土al 命 F.Im比Mid 小u*j课程：计算机组成原理智 能 电 表技术报告院系：安徽工程大学机电学院专业：计算机与软件工程系班级：软件1402组长：李和林组员：秦伟刘宣杨佳伯转转许展邵明时间：2015年3月19日了应mhul侦liLfG 命 Him比UjhI L?“lhw姓名职责目录第一章课题背景41.1智能电表的定义及背景41.2中国在智能电表上的发展51.2.1智能电网的投资刺激智能电表的发展51.2.2阶梯电价政策实施将为智能电表应用打开新局面。51.3智能电表主要类型61.3.1 IC卡电表61.3.2智能电度表7第二章需求分析92

2、.1市场需求102.2用户需求112.2.1日常所遇相关问题112.2.2针对性研究满足用户需求11第三章课题方案123.1系统特点和系统功能12第四章总结14第一章课题背景1.1智能电表的定义及背景智能电表是智能电网的智能终端设备，除了具备传统电能表基本的用电计量 功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用，它还具有双向多种费率计量功能、 用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化 的功能，具有高可靠性、高安全等级以及大存储容量等特点，完全符合中国未来 发展“节能环保”的要求，代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发 展方向。从我国自行研制第一台电能表至今，电

3、能表产品已经历了数次更新换代， 特别是近几年来为了与国际上电能表产品发展同步，无论是技术水平、生产水平、 还是产品质量等方面都发生了质的飞跃，新式样、新功能的电能表产品纷纷问世： 从感应式电能表到电子式电能表，从单一计费功能的电能表到多费率、多功能电 能表，从依靠人工抄表到远程自动抄表，IC卡电能表、多用户电能表，模块化电 能表也相继研制成功并投入生产和使用。国际市场的仪器仪表在技术上向数字化、智能化、网络化、微型化发展，由 于微电子技术的进步，仪器仪表产品进一步与微处理器、PC技术融合、仪器仪 表的数字化、智能化水平不断得到提高。面对新的形势，全面提高电子式电能表， 尤其是技术含量高的产品的

4、市场竞争力，重点突破多费率表和多功能表的现状， 使电能表从数量优势向技术优势转变是我国电能表产业的发展方向。目前在智能电表行业的竞争者均为市场发展初期进入的生产企业，具有代 表性企业有斯菲尔和安科瑞。斯菲尔电气成立于1998年，在行业中拥有“智能电表业的黄埔军校”的称 号，在这个行业内的资质和经验方面，是当之无愧的老大。也正是因为在行业内 的话语权，斯菲尔一直都是行业标准的制定者之一。同时，斯菲尔的产品也顺利 通过美国UL认证的工厂审查。美国UL机构是一家旨在提升产品质量安全性能的 国际安全检测机构，在行业内极具权威，是世界著名的安全认证机构之一。通过 美国UL认证，标志着江苏斯菲尔产品在电气

5、安全方面得到了国际权威性认可，el出版7宛义手徵摩隆.fhlaiii 1&订，标1州山1 厂iiW、iH. Ahwl侦 iilrjd 命IrrWHl “Ihf为进一步拓展国际市场奠定了基础。这是是国内电力仪表行业第一家，到现在为 止也是唯一一家通过UL认证的安装式电力仪表企业。安科瑞成立于2003年，是智能电表行业后劲十足的后起之秀。安科瑞成立 的时间虽晚于斯菲尔，但是发展速度很快，甚至先于斯菲尔登陆创业板，这给公 司未来的发展打下了很好的基础。从财报数据来看，安科瑞的一些数据甚至要优 于斯菲尔。随着电力事业的蓬勃发展及智能电网的全面建设，作为连接电网与用户的 关键节点，智能电表的作用凸现出来

6、，它已成为智能电网的基础设备之一，亦被 视为智能电网发展的“先行者”。随着行业的进一步发展和成熟，智能电表未来 市场潜力巨大、前景广阔、商机无限，业内企业也会有更好的表现。1.2中国在智能电表上的发展1.2.1智能电网的投资刺激智能电表的发展扩大智能电网和布署更多的智能电表已列入我国的“十二五”规划，该工作 将由国家电网公司和中国南方电网公司两家国家控制的输电公司牵头。国家电网 公司覆盖26个省，占中国国土面积的88%；中国南方电网公司负责华南5省， 并与香港和澳门相连。有关数据表明，我国将在2020年建成覆盖全国的智能电网，并将投入4万 亿人民币用于相关基础设计建设。这一宏大计划的实施将涉及

7、到新能源发电、新 能源并网接入、大容量能量存储、特高压输电以及数字化变电站、智能计量等广 泛的相关领域，为全球电力设备企业打开了一个前所未有的巨大市场，同时也对 设备厂商提出了更高的技术挑战。1.2.2阶梯电价政策实施将为智能电表应用打开新局面。“阶梯式累进电价”俗称“阶梯电价”，是指将现行定价形式的居民电价，改 为按照用户消费的电量分段定价，用电价格随用电量增加呈阶梯状逐级递增的一 种电价定价机制。从2012年7月1日起，全国除西藏和新疆以外的29个省（区、市）将实行尺W三刻应|!危叫1 Pl曹UuMmJl、. MkvI侦 1。皿1 南 KlMtrHid居民阶梯电价，经历5月、6月的听证阶段

8、，目前各地陆续公布了最终的实施方 案。有分析人士预期，随着阶梯电价政策陆续实施，智能电表将迎来发展的春天。目前全国29个省都出台了至少两种阶梯电价执行方案：从各省公布的阶梯 电价执行方案来看，方案多种需求，对于从表计上执行阶梯电价结算，不同省份 的需求会直接导致表计的技术复杂度，包括表计的时钟精准度、切换周期、结算 存储、故障存储、显示等，这些方面都增加了技术复杂度。国家电网公司现在规定带阶梯功能的表型主要是本地费控和载波本地费控 两种表型，从目前阶梯电价的政策来看，未来电力公司对于远程费控表计的阶梯 电价功能需求也是急迫的，这主要由于阶梯电价结算的方式变化引起的，跟电力 法和物价结算有直接的

9、关系。研发这些功能的表计，需要注意的是有了这些阶梯 电价结算功能，还需要考虑结算存储的问题、表计故障引起的结转问题、阶梯切 换时的时间问题、多种阶梯之间的切换问题、峰谷时段阶梯提价问题等。1.3智能电表主要类型1.3.1 IC卡电表1.3.1.1 介绍1、具有多种防窃电功能，启动电流小、无潜力、宽负荷、低功耗，误差曲线平直、长期运 行时稳定性好。2、外形美观、体积小、重量轻、安装方便。3、准确度高：全电子设计、内质进口专用芯片，精度不受频率、温度、电压，高次谐波影响。el出版7宛义手供摩隆.fhlaiii厂Ahwl侦 ii ItjiI 命 glrrlrlrn ”lh知4、长寿命：采用SMT技术

10、，优化的电路设计，整机出厂后无需调整电路。5、功耗低：采用低功耗设计，降低电网线损。6、预购电量：IC卡传递数据，实现数据回读，包括：回读总电量，剩余电量，表内累计 购电量，总购电次数等信息。7、储存表常数、初始值、用户地址、姓名等信息。8、超负荷报警断电、剩余电量报警，提醒用户及时购电。9、技术参数：采用长寿命基表，延长使用周期精度等级：2级电流量程：5（20）A 5（30）A 10（40）A 20 （）80 A功耗：W1W1.3.1.2主要技术指标1、采用AD7755芯片，稳定准确，性能可靠。2、准确度等级:1.0 等级，符合 GB/T17215-1998、IEC1036-19963、电流

11、规格：5（20）A，5（30）A，10（40）A，20（80）A4、额定电压：AC220W5、额定频率：50Hz6、启动电流：0.4%Ib7、功耗：W1W8、环境工作条件：-20C+55C，相对湿度不超过85% （温度+25C）9、抗电磁干扰能力强，可在恶劣电力环境下运行10、强化工艺控制，独特工艺保证，高可靠性设计*二寸 应I:由 iilKtdlwlB. IHylElilrG 褊 Hire比Mw I。1如累日1.3.2智能电度表1.3.2.1 介绍分三相四项和三相三线两种，用于有功电能的计量场合，由用户缴费购电输入表中，电 表才能供电。一户一表一卡，卡互不通用，凭卡用电，具有预收电费、自动抄

12、表、防窃电、 卡中电量用完后自动拉闸断电等功能。同时，用户的购电信息实行微机管理，方便查询、统 计、收费及打印票据等。产品采用了最先进的IC卡技术和SMT工艺以及专用电能计量芯片和单片微型计算机 为核心部件的全电子设备，各项技术指标符合GT/T18460的技术要求。1.3.2.2主要功能1、预付费功能：预收电费，剩余电量为零时自动拉闸断电。2、合闸拉闸方式：内附开关和外附控开关两种规格。3、3、记忆功能：断电情况下表内数据可保存10年。4、显示功能：双显示，计度器显示累计用电量，LED显示器显示剩余电量及其它信息。5、能够检测出普通电表无法检测的流量(例如插座、接线板等等)。准确计费。6、智能

13、调价模式可以针对用电过多的用户进行智能调价，以达到节能减排的作用。1.3.2.3技术指标1、准确度等级：1.0级，基本误差、起动、潜动符合国际要求。2、电流规格：2.5(10)A 5 (20) A 10 (40) A 20 (80) A 30 (120) A州&5 前山M心IhmilTJl 霍 EWtrMG MN1H?3、电表常数：1600imp/kWh 800imp/kWh4、功耗 1.0W5、非接触式（射频）IC卡专利技术：采用世界上最先进的射频IC卡及基站技术，全 密封、非接触，防潮、防水、防攻击、防窃电、抗磁、抗干扰性能好。6、数据表决纠错技术：表内每个数据存放在五处，若万一数据出错，

14、则另外几处可对 其进行纠错，从而到数据绝对可靠，万无一失。1.3.2.4 特点1、报警功能：当剩余电量小于报警电量时，电表常显示剩余电量提醒用户购电。2、数据保护：数据保护采用全固态集成电路技术，断电后数据可保持10年以上。3、电量提示：当表中剩余电量等于报警电量时，跳闸断电一次，用户需插入IC卡，可 恢复供电，用户此时应及时购电。4、自动断电：当电能表中剩余电量为零时，电能表自动跳闸，中断供电，用户此时应 及时购电。5、回写功能：电能卡可将用户的累计用电量、剩余电量、过零电量回写到售电系统中 便于管理部门的统计管理。6、用户抽检功能：售电软件可提供数据抽检用电量并根据要求提供优先抽检的用户序

15、 列。7、电量查询：插入IC卡依次显示总购电量、购电次数、上次购电量、累计用电量、剩 余电量。8、防窃电功能：一表一卡不可复制，逻辑加密。有效防止技术性窃电。9、过压保护功能：当实际用电负荷超过设定值时，电表自动断电，插入用户卡，恢复 供电。10、低功耗：采用最新设计和SMT先进生产工艺。3出版7宛女培供摩隆AtibulErnlVrldly. ?hl!f-hHlilnil fe- t-.IrctibiJiii I CllMjEi*第二章需求分析2.1市场需求国家电网智能电表投资推进速度超规划（万只）智能电表是智能电网的智能终端，它已经不是传统意义上的电能表。智能电 表除了具备传统电能表基本用电

16、量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源 的使用它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的 双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能，智能电表代表着未来节能型智 能电网最终用户智能化终端的发展方向。随着智能电网的日益发展，世界各国对 于智能化用户终端的需求也日益增大。得益于智能电网建设提速，智能电表已进入发展的黄金机遇期。我国在智能 电网上的投资将刺激智能电表的发展。有关数据表明，我国将在2020年建成覆 盖全国的智能电网，并且已投入了 4万亿人民币用于基础设施的建设。预计到 2020年，两大电网公司将招标智能电表7.9亿只，按每只平均175元计算，我 国智能电表有超

17、千亿元的市场容量。“智能电表市场需求稳步增长，随着城市化建设进程加快，新增用户数量也将 不断提高。”丁敏华接受中国电力报记者采访时表示，去年我国各省市将陆 续实施阶梯电价，随着阶梯电价政策陆续落地，智能电表将迎来发展的春天。俺二兹女身微露洗山UiilMifylimlilrjd 黏 EIe比Mwl t*IW如，2.2用户需求2.2.1日常所遇相关问题目前，人们在用电过程中基本上使用普通的电表计算统计用电量，这样就会 出现大量使用问题：1.人工抄表上门收费给客户带来的诸多不便。2.用户会因 欠费而发生滞纳金，增加不必要的开支。3.零散居民客户、临时用电客户、经 常欠费客户的收费问题。4.经常遇到其

18、他用户或商业机构偷窃使用电量的情况。 5.电表使用寿命短，经常出错，导致不必要的麻烦。6.偶尔出现用户长期不在， 用电量超出未及时缴费而带来的一系列罚款处分那么如何解决这些问题呢？这就是智能电表发展的用途所在！2.2.2针对性研究满足用户需求现在，为满足广大用户的日常需求和很好的解决所遇问题，智能电表就像黑暗 中的一道亮光走进了人们的视野。智能电表经过几个阶段的发展，现在技术基本 成型，具有以下多种优点：1、报警功能：当剩余电量小于报警电量时，电表常显剩余电量提醒用户购电2、数据保护：数据保护采用全固态集成电路技术，断电后数据可保持10年以上3、电量提示：当表中剩余电量等于报警电量时，跳闸断电

19、一次，用户需插入耻 卡，可恢复供电，用户此时应及时购电。4、自动断电：当电能表中剩余电量为零时，电能表自动跳闸，中断供电，用户 此时应及时购电。5、回写功能：电能卡可将用户的累计用电量、剩余电量、过零电量回写到售电 系统中便于管理部门的统计管理。6、用户抽检功能：售电软件可提供数据抽检用电量并根据要求提供优先抽检的 用户序列7、电量查询：插入卡依次显示总购电量、购电次数、上次购电量、累计用电 量、剩余电量8、防窃电功能：一表一卡不可复制，逻辑加密。有效防止技术性窃电。el出版7宛义手徵摩隆.fhlaiii 1&订，标1州山1 厂iiW、iH. Ahwl侦 iilrjd 命IrrWHl “Ihf

20、9、过压保护功能：当实际用电负荷超过设定值时，电表自动断电，插入用户卡， 恢复供电。10、低功耗：采用最新设计和SMT先进生产工艺。以上特点很好的解决了用户的问题，满足了用户的需求，同时智能电网或高 级量测体系的发展对智能电能表提出了越来越多的要求，大家可以看到这些要求 是符合时代发展的趋势，也对智能电能表的智能效应产生深远影响。随着新一 批电能表轮换的开展，智能电能表的普及只是时间问题。既然是智能电能表，那 么连同其细节也应该展现智能化，而现有的数据处理、模块设计、检测方式、 接口类型还不足以满足对未来智能电能表的应用需求。未来的智能电能表无论从 外形，还是使用，亦或是功能都应具备信息化、自

21、动化、智能化等性能特征，以 便为智能电能表的普及提供更快捷的途径。第三章课题方案3.1系统特点和系统功能该系统主要运用廉价的单片机作为CPU分站。系统采用分布式结构，与上 位微机一起构成典型的分布工测控系统。系统充分考虑到现场总线通信标准对传 输距离和波特率的限制，兼顾了系统的带载能力，同时也为提高远传系统的可靠 性，在各种远传基表与上位微机之间，系统采用了两级采集器的结构形式。其中， 二级采集器由于采集远传基表的能耗信息而被称之为采集器。一级采集器因主要 负责集中数据采集器中的数据、并上传至上位微机中而被称之为数据集中器。上 位微机与集中器、采集器之间可通过现场总线进行数据传输，采集器通过屏

22、蔽 双绞线采集电表发出的能耗信息，并进 行换算和存储，采集器对电量的采集可 直接通过DF型多用户电能表上的接口接受用户的电量信息。如此，构成了两 级分布工测控系统。系统便于管理，管理人员可以通过上位微机的操作界面实现 对用户电表能耗的远程抄取，还可以对参数进行设定和修改，也可以通过专用 的红外抄表器进行现场操作、弥补自动抄表不便时的不足，此外系统还具有以下 特点：硬件简单、经济实用，且功能强大；el出版7宛义手供摩隆.Ihlaiii厂Ahwl侦 ii ItjiI 命 glrrtlIrH I “Ihw可移植性较强，稍做改造即可变成多用户多表联网远传系统；系统成本相对其他应用系统不高，能够被市场和

23、用户接受，市场前景广大；系统的安装和维护方便、工作稳定性较好；系统选用符合国家计量标准的远传基表，系统计量的准确性和可靠性符合 或略 高于国家相关技术规范和标准化；系统的环境适应能力较强、通用性较好，便于实现技术的推广和应用等。本课题主要对能精确测量电能并具有智能管理功能的电表的设计方法进行 研究。研究的具体内容如下。1. 完成远程抄表系统的硬件设计，达到如下功能或性能：（1）能耗抄取：数据采集器正确采集电量信息，存储在采集器中；自动定 时地对DF电表进行抄表，将抄得的数据存储在集中器中；能通过红外抄表器 抄取集中器中的能耗数据；集中器自动定时地对采集器进行抄表，将抄表的数 据存储在 集中器中

24、；上位机可以远程获取用户的各类能耗信息。（2）参数设置：上位机可对集中器、采集器的参数进行设定，可对用户的 电量 进行设置，并可以根据电表信息对采集器进行设定。2. 完成各部件和上位微机的软件设计：（1）对采集器和集中器中各硬件进行程设计，包括系统主流程及各子程序 的编写；各个硬件的驱动及初始化。（2）上位机的软件设计：采用客户机/服务器的客户服务形式对上位机进行 软件编程。3. 现智能电表精确测量，达到1级精度要求的具体方法。此处涉及到电量计量 芯片的选择、CPU的选择、软件算法的构架、PCB布局等影响测量精度因素的研 究。.In危初IUid”HWh、. Mm血nilml 私 F.Im比卬加

25、1 口i小u*m基本框架4. 实现电表智能化管理的具体方法。涉及到的研究内容有:数据存储的实现方法、键盘显示的实现、系统通过RS485与上位机通信实现 方法、系统通过红外与其他设备通讯的实现方法。5. 实现系统供电电源设计的具体方法。此处涉及到交流电源转直流稳压电源的研 究。分析课题需求，将系统整体分为电量测量和智能管理两部分。电量测量部分 选用高精度、高可靠性的电量测量ASIC实现，能够完成三相电量的准确计量。 该部分是设计的关键和基础。智能管理部分除核心元件微处理器外，还需要人机 交互模块、数据存储模块及通讯模块。该部分是实现电表“多功能化”的重要组 成部分，对其要求是智能化程度高，易于功

26、能扩展。第四章总结针对当今社会的现状，我认为我们小组这次选择智能电表这个课题是很贴合 实际，同时以后的发展前景也是非常不错的，随着科技的进步，人类已经进入了 电气时代，“电”在人类生活的作用越来越不可分割，与此同时，智能电表的产 生适应了当今社会的发展，它迎合了当今社会的需求，有了智能电表，用户就可 以足不出户的查询自己的用电情况，同时根据相应的账单来支付用电的费用，同 时供电公司也极大的节省了人力、物力、以及财力，给予智能电表的基础上，供 电公司可以很方便的看到用户的电量使用情况，及时提醒用户余额不足，而不需el出版7宛义手徵摩隆.fhlaiii 1&订，标1州山1 厂iiW、iH. Ahw

27、l侦 iilrjd 命IrrWHl “Ihf要再像以前派专人抄电表以及收取相应的费用，智能电表的产生既方便了用户也 方便了供电公司的管理。在撰写文档部分的时候需要查阅大量的资料，经过查询我发现智能电表的原 理其实也不是很复杂，小组成员分工合作，齐心协力，我们完成的速度很快，同 时取得的成果也是令人高兴。我们小组的三相四线电表产品采用了最先进的IC卡技术和SMT工艺以及专 用电能计量芯片和单片微型计算机为核心部件的全电子设备，最大限度的提高其 性能，我们不论在芯片选择上还是电流采样上都查询了大量的资料最终确定选择 的类型，这充分体现了我们小组认真严谨的学习态度，在组长的带领下，我们逐 步完成了整个设计的过程。此外，值得一提的是我们的产品运用了五大组成原件，着重于输入输出 设备以及储存设备上，完全符合老师的要求，感谢组长的热情带领，感谢组员的 积极配合，我们将更加努力完善我们的项目。