摘要：隨著社會(huì)對(duì)節(jié)能的要求日漸提高，采用美國(guó)某公司的精巧電表實(shí)現(xiàn)在電力管理中的分級(jí)計(jì)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶用電的精確測(cè)量，使精確測(cè)量作為節(jié)能的基礎(chǔ)和依據(jù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的真正的管理。

關(guān)鍵詞：節(jié)能 精巧電表 minipower

隨著能源消耗的不斷增加，節(jié)能已經(jīng)成了我們生活中的共同主題。對(duì)用戶而言，如果能夠明確自己的具體消費(fèi)，就有可能進(jìn)一步地減少能耗。因此，電能計(jì)量表的發(fā)展，也即對(duì)能耗的測(cè)量變得越來(lái)越重要。從管理部門角度而言，如果能對(duì)用戶信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行節(jié)能的分析和匯總，及時(shí)做出決策，如果硬件允許，還可直接向下級(jí)集中器或電度表發(fā)出指令，從而對(duì)用戶的用電行為實(shí)施控制，如停、送電遠(yuǎn)程操作，這將是節(jié)能管理中的重要工作。

節(jié)能的首要基礎(chǔ)是對(duì)用戶使用的電能做出精確的計(jì)量，國(guó)家也對(duì)電力的計(jì)量管理提出了新的要求。要求電氣設(shè)計(jì)中要采用分級(jí)計(jì)量裝置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多級(jí)匯總，從而能夠分析出節(jié)能的依據(jù)。精巧電表的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)靈活、可靠、方便的電能計(jì)量提供了全新的手段。

1、精巧電表

隨著傳感器、自動(dòng)化儀表以及集成電路技術(shù)的發(fā)展，電子式電度表無(wú)論在外觀、性能以及應(yīng)用等方面相比傳統(tǒng)式電度表都得到了顯著的提高，為節(jié)能應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。但是傳統(tǒng)的電子式電度表仍然具有一些缺點(diǎn)，如體積大、安裝不方便等。

如美國(guó)某公司推出的Minipower精巧電表系列導(dǎo)軌安裝式電子多功能電度表它們采用了專用的大規(guī)模集成電路與最新的單片處理器及其外圍芯片設(shè)計(jì)技術(shù)， 由先進(jìn)的單片機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理和保存，電量數(shù)據(jù)顯示采用7位寬溫度型液晶顯示，具有復(fù)費(fèi)率(分時(shí))電量計(jì)量，能進(jìn)行紅外載波通訊及RS485接口串行通訊抄表/設(shè)表等。電度表的技術(shù)性能完全符合IEC61036國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以及中國(guó)部標(biāo)DL/T614-1997、中國(guó)國(guó)標(biāo)GB/T17215-1998中1或2級(jí)相關(guān)技術(shù)要求。Minipower系列產(chǎn)品可靠性好、體積小、重量輕、外表美觀、工藝先進(jìn)、35mmDIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌方式安裝，并具有良好的抗電磁干擾、低自耗節(jié)電、高精度、高過(guò)載、高穩(wěn)定性、防竊電、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)。其中MP210超薄至18mm，使用非常靈活方便。

2、 精巧電度表的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

精巧電度表由于集成了專用的大規(guī)模集成電路，采用微電子技術(shù)計(jì)量電量，因此具有傳統(tǒng)電度表無(wú)法比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2.1 精巧電度表的工作原理

以圖1的MP280三相電度表為例，被測(cè)三相交流電壓和電流經(jīng)過(guò)高精度采樣后送到專用電能計(jì)量芯片經(jīng)過(guò)一系列數(shù)字處理后，轉(zhuǎn)換成與有功功率成正比的脈沖頻率信號(hào)送給微處理器，微處理器將脈沖信號(hào)依據(jù)時(shí)段費(fèi)率進(jìn)行分時(shí)累加，得到總電量和各費(fèi)率電量，結(jié)果保存到數(shù)據(jù)存貯器中。微處理器同時(shí)完成顯示和與外部進(jìn)行信息交換的功能，其原理框圖如圖2所示：

計(jì)量單元`：采用專用計(jì)量芯片，三相電壓經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)分壓送至芯片的14、15、16腳;三相電流經(jīng)互感器取樣轉(zhuǎn)換成電壓送至芯片的5、6、7、8、9、10腳。專用計(jì)量芯片內(nèi)將電壓與電流相乘并轉(zhuǎn)換成電量脈沖信號(hào)自1腳輸出;電量脈沖信號(hào)一路通過(guò)光耦送至微處理器單元，另一路經(jīng)發(fā)光管及光耦送至端子上，用于校表。

微處理器單元：?jiǎn)纹瑱C(jī)連續(xù)對(duì)光耦傳來(lái)的電量脈沖信號(hào)進(jìn)行累計(jì)，并按電能表的K值轉(zhuǎn)換成電量，進(jìn)行存貯、顯示。顯示采用帶漢字字符及6位數(shù)碼的LCD屏，由HT1621直接驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)內(nèi)部集成了“看門狗”電路及復(fù)位電路。存貯器為24C16，其接口為I2C總線，主要貯存各種電量值及電表運(yùn)行參數(shù)，采用三重?cái)?shù)據(jù)存貯技術(shù)，停電后數(shù)據(jù)不丟失。時(shí)鐘芯片RX-8025，具有溫度補(bǔ)償功能，測(cè)溫芯片采用LM75，可由單片機(jī)直接讀取溫度數(shù)值，測(cè)量環(huán)境溫度，并將溫度補(bǔ)償修正值送入時(shí)鐘芯片;芯片的10腳輸出1Hz的秒中斷信號(hào)。紅外通信的38KHz載頻信號(hào)由單片機(jī)的26腳輸出，通信數(shù)據(jù)通過(guò)三極管調(diào)制在載頻上;紅外通信和RS485通信的接收電路相互獨(dú)立，單片機(jī)的1腳用于RS485通信的接收，采用模擬串口通信方式。

RS485通信單元：RS485通信電路與微處理器單元電路采用光耦隔離，485芯片平時(shí)工作在接收狀態(tài)，當(dāng)A、B端接收到信號(hào)時(shí)，其1腳輸出的接收信號(hào)經(jīng)光耦送至單片機(jī)的1腳上，回碼時(shí)單片機(jī)的16腳輸出低電平，使485芯片工作在發(fā)射狀態(tài)，回應(yīng)信號(hào)自單片機(jī)的14腳(TXD端)輸出，經(jīng)光耦送至485芯片的4腳上，此時(shí)A、B端有信號(hào)輸出。

電源部分：電源采用單相電供電方式，變壓器的初級(jí)加裝壓敏電阻。由于計(jì)量單元、微處理器單元和RS485通信單元均用光耦相互隔離，因此各單元的電源采用分別供電方式;計(jì)量單元用一組+5V電源;微處理器單元用一組+5V電源;RS485通信單元用一組+5V電源。

2.2精巧電表的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

安裝標(biāo)準(zhǔn)化

精巧電表采用35MM國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝。由于采用了多項(xiàng)的先進(jìn)的尖端技術(shù)，融合強(qiáng)大的功能于方寸之間。精巧電表系列中最小的MP210產(chǎn)品僅僅18MM厚，可以說(shuō)是世界上最薄的電表。由于體積的大大縮小，并且采用了35MM國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，精巧電表可以在很小的范圍內(nèi)安裝，甚至可以和微型斷路器一起安裝在家庭的小配電箱內(nèi)

功能強(qiáng)大，應(yīng)用范圍廣

精巧電表采用最新的數(shù)字技術(shù)，在很小的體積內(nèi)提供電度測(cè)量、分時(shí)計(jì)費(fèi)、RS485通信、紅外遙控等多種功能，使用于高檔廠房、建筑的高級(jí)計(jì)量、自動(dòng)抄表的要求。

輕松組建基于自動(dòng)抄表系統(tǒng)的節(jié)能數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

3、基于自動(dòng)抄表的節(jié)能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

電能量數(shù)據(jù)管理是智能配電系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的電度表由于不能自動(dòng)抄收、控制用戶用電量，電能量的結(jié)算是依靠人工定期到現(xiàn)場(chǎng)抄讀數(shù)據(jù)，不可避免地存在以下問(wèn)題：統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，無(wú)法真實(shí)反映用戶用電情況;操作難以規(guī)范化，造成不明損失增加;數(shù)據(jù)采集不及時(shí)，無(wú)法實(shí)時(shí)反映系統(tǒng)狀況，不能對(duì)用戶行為進(jìn)行有效監(jiān)控;且耗費(fèi)人工多，成本高，效率低。顯然，上述弊端使得人工抄表管理模式不能適應(yīng)電力體制的改革，也直接阻礙了諸如分時(shí)電價(jià)運(yùn)營(yíng)、預(yù)支電費(fèi)等先進(jìn)管理模式的推行。自動(dòng)抄表技術(shù)就是在節(jié)能數(shù)據(jù)管理的迫切需求下逐漸發(fā)展起來(lái)的。自動(dòng)抄表技術(shù)(Automatic Meter Reading)是將數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸和處理應(yīng)用于電能供用與管理系統(tǒng)中的一項(xiàng)新技術(shù)。它從根本上克服了傳統(tǒng)的人工抄表模式的弊端，給電能管理的現(xiàn)代化帶來(lái)了新的希望。目前，美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已把自動(dòng)抄表技術(shù)廣泛用于配電管理。我國(guó)對(duì)自動(dòng)抄表技術(shù)的研究起步較晚，但是發(fā)展速度很快。隨著電力市場(chǎng)管理改革的不斷深入、對(duì)自動(dòng)抄表技術(shù)的研究必將成為熱點(diǎn)與方向。

3.1節(jié)能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的構(gòu)成

典型的節(jié)能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要由前端采集子系統(tǒng)(自動(dòng)抄表)、通信子系統(tǒng)和中心處理子系統(tǒng)等三部分組成，如圖3所示。

圖3 典型節(jié)能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的構(gòu)成

3.2 前端采集子系統(tǒng)

按照采集數(shù)據(jù)的方式不同，電能計(jì)量自動(dòng)抄表系統(tǒng)可分為本地自動(dòng)抄表系統(tǒng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)兩種。本地自動(dòng)抄表系統(tǒng)的電表一般加裝紅外轉(zhuǎn)換裝置，把電量轉(zhuǎn)換為紅外信號(hào)，抄表時(shí)操作人員到現(xiàn)場(chǎng)使用便攜式抄表微型計(jì)算機(jī)，非接觸性地讀取數(shù)據(jù)。 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)由電子式電度表或加裝了光電轉(zhuǎn)換器的機(jī)電脈沖式電度表構(gòu)成系統(tǒng)的最前端，它們把用戶的用電量以電脈沖的形式傳遞給上一級(jí)數(shù)據(jù)采集裝置。目前實(shí)際應(yīng)用的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)大多采用兩級(jí)式數(shù)據(jù)匯集結(jié)構(gòu)，即由安裝于用戶生活小區(qū)單元的采集器收集十幾到幾十個(gè)電能表的讀數(shù)，而安裝在配電變壓器下的集中器則負(fù)責(zé)定期從采集器讀取數(shù)據(jù)。上述的Minipower系列既具有紅外載波通訊(掌上電腦)抄表功能，也具有RS485接口串行通訊抄表功能，且符合中國(guó)電力部DL/T645-1997《多功能電度表通訊規(guī)約》。

3.3 通信子系統(tǒng)

通信子系統(tǒng)是把數(shù)據(jù)傳送到控制中心的信道。為了適應(yīng)不同的環(huán)境條件以及成本要求，通信子系統(tǒng)的構(gòu)成有多種方案。按照通信介質(zhì)的不同，通信子系統(tǒng)主要有光纖傳輸、無(wú)線傳輸、電話線傳輸和低壓電力線載波傳輸?shù)人姆N。

3.4 中心處理子系統(tǒng)

中心處理子系統(tǒng)是節(jié)能數(shù)據(jù)管理的中心，主要由中心處理工作站以及相應(yīng)的軟件構(gòu)成，是整個(gè)節(jié)能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的最上層，所有用戶的用電信息通過(guò)信道都匯集到這里，管理人員再利用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，以便做出相應(yīng)的決策。如果硬件允許，還可直接向下級(jí)集中器或電度表發(fā)出指令，從而對(duì)用戶的用電行為實(shí)施控制。由于自動(dòng)抄表獲得的數(shù)據(jù)量很大，因此要求中心工作站的硬件必須有一定的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力;而在軟件上首先要求操作系統(tǒng)應(yīng)穩(wěn)定可靠，其次必須具有處理海量數(shù)據(jù)的能力。典型的節(jié)能數(shù)據(jù)管理軟件具有如下功能：(1)遠(yuǎn)程設(shè)定抄表集中器和采集器內(nèi)的參數(shù);(2)抄收整個(gè)系統(tǒng)中所有電度表的數(shù)據(jù);(3)使中央控制站可遠(yuǎn)程地對(duì)用戶電度表進(jìn)行斷電和送電控制;(4)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，生成用電量日?qǐng)?bào)、月報(bào)表，進(jìn)行電費(fèi)結(jié)算;(5)使系統(tǒng)可進(jìn)行查詢管理，對(duì)異常用電戶給予告警提示，以配合檢查。

4 應(yīng)用前景

近年來(lái)用戶對(duì)節(jié)能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的需求是逐年遞增的(如圖4所示)，已經(jīng)快變成了智能配電建設(shè)中不可缺少的系統(tǒng)。原因有幾方面：

1. 隨著人們生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越注重自己的隱私權(quán)和個(gè)人的生活空間，不喜歡受陌生人的打擾;同時(shí)，有許多小偷和搶劫犯，冒充抄表人員，入室作案。這些因素都會(huì)影響業(yè)主的購(gòu)房心態(tài)。

2. 建設(shè)部出臺(tái)了一些指導(dǎo)性文件，明文規(guī)定21世紀(jì)的工廠、企業(yè)、住宅中應(yīng)該有節(jié)能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，并且作為是否應(yīng)用了高科技技術(shù)的一個(gè)條件之一，在客觀上推動(dòng)了這個(gè)行業(yè)的發(fā)展。有的地區(qū)甚至將這一功能列為住宅智能化最重要的功能。

智能配電系統(tǒng)效率的提高，取決于用戶管理部門對(duì)配網(wǎng)信息、用戶現(xiàn)狀和需求的了解程度，以及對(duì)各種數(shù)據(jù)分門別類加以采集分析并有效利用。精巧電表系列能夠充分采集用戶的各種數(shù)據(jù)信息，并應(yīng)用于節(jié)能數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)和統(tǒng)一分析，從而讓用戶明白消費(fèi)，節(jié)約能源，具有重要意義。

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