基本信息
- 項目名稱：
- 基于阻抗鑒別技術(shù)的單相（三相）智能電表
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本設(shè)計屬于應用電子產(chǎn)品的技術(shù)領(lǐng)域。設(shè)計基于一種全新的阻抗鑒別技術(shù)，可以用于對建筑物內(nèi)各主要用電設(shè)備的電能信息進行恒定準確地實時采集與監(jiān)控。本設(shè)計是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵一環(huán)，我國已進入智能電網(wǎng)改造的大力發(fā)展時期，本設(shè)計在具備智能電表所有功能的基礎(chǔ)上，又增加了基于阻抗鑒別技術(shù)的對單一指定電器進行監(jiān)控的智能算法，可以實現(xiàn)多種獨有的功能，應用前景曠闊。
- 詳細介紹：
- 本設(shè)計在具備智能電表所有功能的基礎(chǔ)上，又增加了基于阻抗鑒別技術(shù)的對單一指定電器進行監(jiān)控的智能算法，可以實現(xiàn)多種獨有的功能。 1、對總體用電量的監(jiān)測：當被監(jiān)控目標使用電能時，利用電磁感應原理，通過感應線圈檢測出被監(jiān)控目標的電流、電壓、相位。而后通過電能處理模塊轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字量傳送至中央處理器進行解析處理，得到視在功率、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)并存儲。 2、對單個用電器用電情況的監(jiān)測：通過智能電表對用戶使用重要用電設(shè)備的自適應學習過程，得到不同用電器所對應的電壓、電流及其阻抗、功率因數(shù)等。而后在測算過程中進行阻抗匹配，得出特定用電負載在任一時段的用電量。因此，用戶可以通過分時段查詢用電量，了解家里的耗電大戶，同時采取省電措施，養(yǎng)成良好的、科學的用電習慣。 3、當某個監(jiān)測點出現(xiàn)異常用電信息時，可實現(xiàn)報警、事故處理等操作。 本設(shè)計的優(yōu)點： 1、實現(xiàn)對單個用電器的電能信息進行恒定監(jiān)控，幫助居民了解用電設(shè)備在插電卻不使用時的耗電量，從而改變不科學的用電習慣，達到節(jié)能環(huán)保，降低二氧化碳排放和提高用戶經(jīng)濟效益的效果。 2、可以對大型儀器設(shè)備的電能信息進行實時監(jiān)控并存儲，方便操作人員隨時查詢，并及時采取節(jié)能措施。 3、利于家長對孩子進行良好的家庭教育：用戶可以通過該系統(tǒng)了解計算機、電視機等家用電器的用電時段，從而掌握孩子獨自在家的學習動態(tài)。 4、適用于高校對學生宿舍違禁電器的監(jiān)測：出現(xiàn)異常用電情況，可實現(xiàn)報警、事故處理等操作。 5、系統(tǒng)自身功耗較低。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 作品設(shè)計、發(fā)明的目的 隨著國家“綠色 低碳”等理念的提出，人們越來越需要對居所、辦公場所或工業(yè)產(chǎn)房等地點內(nèi)特定電器的用電情款進行智能檢測，這樣可以方便使用者掌握其相關(guān)情況，科學制定用電方案，也可偵測出違禁電器的使用，降低火災隱患發(fā)生，提高安全保障。基于此要求，設(shè)計出了本作品。 作品設(shè)計的基本思路 在設(shè)計智能電表時，需要處理的幾個物理量：視在功率，有功功率，功率因數(shù)，它們之間的存在一種數(shù)學關(guān)系。 創(chuàng)新點 1、自主提出并實現(xiàn)了基于阻抗鑒別技術(shù)的用電負載辨別方法，可以對指定電器進行分別監(jiān)控； 2、根據(jù)此算法，可以對一類用電電器進行監(jiān)控，可實現(xiàn)對違禁電器的自動判別； 技術(shù)關(guān)鍵 1、阻抗鑒別算法 2、應用MSP430實現(xiàn)快速運算 3、高精度電能采集芯片 主要技術(shù)指標 1、工作電壓：220V 2、擴展工作范圍：0.8Un～1.15Un 3、工作電流：40A(80A) 4、工作頻率：50Hz，-4%～+2% 5、準確度等級：有功1.0級；無功2.0級 6、工作溫度：-15℃～+45℃ 7、相對濕度： 10%～95% 8、功耗： 1.0W
科學性、先進性
- 本設(shè)計在通用功能的基礎(chǔ)上增加了基于阻抗的辨別算法，增強了實時數(shù)學運算功能。 對智能電表下某一單獨電器，進行單獨監(jiān)控是智能電表研究的一個方向，現(xiàn)在通常采用電流增量辨別算法和功率因數(shù)辨別算法，其中功率因數(shù)辨別算法需要智能提取并分析出功率因數(shù)的增量，需要進行大量的數(shù)學運算。 按照上述兩種算法，分別進行電器判斷，都不可避免的出現(xiàn)多個電器參數(shù)重復的現(xiàn)象，導致判斷錯誤。本設(shè)計綜合應用上述兩種算法進行辨別，極大的提高了辨別的準確度。但是經(jīng)過大量的實驗，我們也看出，由于電源電壓的不穩(wěn)定導致我們每次測量的結(jié)果都有差異，而且須綜合判斷兩個參數(shù)，不能使用一個參數(shù)加以判別。 將電壓再考慮進去，就形成了本設(shè)計的基于阻抗的辨別算法，使用電壓、電流增量和功率因數(shù)，求出電器阻抗，可以唯一標示當前設(shè)備。 為了實現(xiàn)此算法，選用數(shù)學運算能力強大的MSP430處理芯片。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 此作品正在實際場合試用
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有償轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物,講解。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術(shù)特點和優(yōu)勢 1、對總體用電量的監(jiān)測： 2、對單個用電器用電情況的監(jiān)測： 3、當某個監(jiān)測點出現(xiàn)異常用電信息時，可實現(xiàn)報警、事故處理等操作。 本設(shè)計的優(yōu)點： 1、實現(xiàn)對單個用電器的電能信息進行恒定監(jiān)控， 2、可以對大型儀器設(shè)備的電能信息進行實時監(jiān)控并存儲，便于及時采取節(jié)能措施。 3、家長可以通過該系統(tǒng)了解計算機、電視機等家用電器的用電時段，從而掌握孩子獨自在家的學習動態(tài)。 4、適用于高校對學生宿舍違禁電器的監(jiān)測 作品的適用范圍 可以用于對建筑物內(nèi)各主要用電設(shè)備的電能信息進行恒定準確地實時采集與監(jiān)控。 推廣前景的技術(shù)性說明 智能電表是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵一環(huán)，我國已進入智能電網(wǎng)改造的大力發(fā)展時期增加了基于阻抗鑒別技術(shù)的對單一指定電器進行監(jiān)控的智能算法，可以實現(xiàn)多種獨有的功能，應用前景曠闊。 市場分析和經(jīng)濟效益預測 隨著我國智能電網(wǎng)的大力發(fā)展，本作品相對于傳統(tǒng)智能電表具有諸多優(yōu)勢，如能得到大力推廣，將可得到廣泛應用。
同類課題研究水平概述
- 智能電表的發(fā)展過程及現(xiàn)狀 研究人員在機械電表的基礎(chǔ)上，通過不斷擴展數(shù)字技術(shù)的應用，電子式電表具備了分時機費、預付費等功能。智能電表實現(xiàn)了對電子式電表的全面突破，以智能芯片為核心，集成包括具有雙向信息交流功能的讀表器，一套操作管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建應用計算機技術(shù)、通信技術(shù)等多系統(tǒng)的交流平臺，實現(xiàn)電功率計時計量、自動計量、即時雙向通信、優(yōu)化用電等功能。 經(jīng)過30年的發(fā)展，歐美發(fā)達國家智能電表技術(shù)實現(xiàn)多輪升級，功能不斷擴展。 1、功能要求更加明確 在綜合考慮本國產(chǎn)業(yè)體系支撐能力以及本國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和用電特點基礎(chǔ)上，歐美的智能電表信息化、兼容性功能日益豐富，并得到積極推廣。2008年11月，美國賓夕法尼亞通過法案，明確國定所有新建建筑必須安裝智能電表，并對智能電表的功能界定如下：必須具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，遠程遙控開關(guān)功能，遠程編程功能，自帶信息存儲功能，監(jiān)控電壓并反饋信息功能，斷電定位功能；電表必須以小時為單位讀表，當天傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信息提取間隔精確到15分鐘或者更短；電表支持自動符合控制，支持實時定價、分時定價，并可以計算用戶自發(fā)電量。 2、試點應用成果明顯 以智能電網(wǎng)建設(shè)為契機，英國對安裝智能電表的試點用戶及電網(wǎng)進行優(yōu)化運行效果測試。根據(jù)智能電表監(jiān)視器統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過雙向即時的數(shù)據(jù)反饋功能，初步測算出：由于優(yōu)化用電方式，一個普通家庭用戶年電費支出削減潛力為13%-15%。這些數(shù)據(jù)為政府出臺更多政策提供了依據(jù)。 3、智能電網(wǎng)的建設(shè)為智能電表的普遍應用提供了契機。歐美從節(jié)能環(huán)保和促進可再生能源角度出發(fā)，紛紛表示要加快智能電網(wǎng)建設(shè)，促進經(jīng)濟復蘇，促使智能電表發(fā)展全面提速。 我國的智能電表研究和推廣時間與國際基本同步，但由于受以下幾方面因素的影響，我國智能電表技術(shù)與國外水平存在較大差距： 1、核心技術(shù)缺失，高端市場基本被國外產(chǎn)品占領(lǐng)，即使是國產(chǎn)品牌，芯片等核心部件均才用國外產(chǎn)品或技術(shù)，自有技術(shù)支撐能力薄弱； 2、生產(chǎn)廠家分散，直接導致研發(fā)力量不足，核心技術(shù)突破進展緩慢。 3、集成能力落后于國際水平，我國智能電表生產(chǎn)研發(fā)的核心技術(shù)分散在電子、機械、電力等多個行業(yè)，技術(shù)集成難度較大。我國缺乏像IBM、GE等具備跨行業(yè)、跨平臺產(chǎn)業(yè)整合能力的大型企業(yè)集團，即使單項專業(yè)技術(shù)接近國際水平，但由于集成環(huán)節(jié)或安裝工藝存在短板，電表產(chǎn)品的應用性能仍然難以滿足要求。
