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基本信息
- 項(xiàng)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：
- 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的 智能電網(wǎng)的發(fā)展已成為世界各國電力工業(yè)應(yīng)對未來挑戰(zhàn)的共同選擇，是21世紀(jì)電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。智能電表作為智能電網(wǎng)建設(shè)的重要基礎(chǔ)裝備，加快其發(fā)展對于電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化具有重要支撐作用。
- 詳細(xì)介紹：
- 創(chuàng)新點(diǎn) 1、自主提出并實(shí)現(xiàn)了基于阻抗鑒別技術(shù)的用電負(fù)載辨別方法，可以對指定電器進(jìn)行分別監(jiān)控； 2、根據(jù)此算法，可以對一類用電電器進(jìn)行監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)對違禁電器的自動(dòng)判別； 技術(shù)關(guān)鍵 1、阻抗鑒別算法 阻抗鑒別算法是在電流增量辨別算法和功率因數(shù)辨別算法基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，這兩種算法簡單易行的，但是不能完全保證可以對每一種用電負(fù)載進(jìn)行分類測定，因?yàn)橛秒娖鞯碾娏骰蚬β室驍?shù)可能會(huì)存在相等的情況。 將兩種算法進(jìn)行結(jié)合處理，就是對特定電器的電流增量和功率因數(shù)進(jìn)行綜合判斷，這樣基本解決了電器參數(shù)相同的情況。但是，經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測，由于電網(wǎng)的波動(dòng)，會(huì)造成增量電流和功率因數(shù)的變化，這是因?yàn)樵诂F(xiàn)有的算法上，忽略了電壓的變化。而電壓的微小變化，就可能會(huì)影響測得的功率因數(shù)及電流的精確性，從而不能實(shí)現(xiàn)對特定用電設(shè)備耗電信息的精確穩(wěn)定測量。 再將電壓考慮進(jìn)去，就形成了阻抗鑒別算法，具體原理已在上面詳細(xì)描述。 2、應(yīng)用MSP430實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)算 由于實(shí)現(xiàn)阻抗鑒別算法，需要大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，這就需要對主控制器進(jìn)行衡量和選擇。在現(xiàn)有的市場上，能夠?qū)崿F(xiàn)快速運(yùn)算，尤其是乘法運(yùn)算的控制器有DSP和MSP430等。 DSP可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)算，但成本和功耗較高，不適合智能電表的使用。本設(shè)計(jì)使用MSP430來完成阻抗鑒別算法。在實(shí)現(xiàn)上MSP430雖顯不足，但經(jīng)過算法和程序的優(yōu)化，最終得以實(shí)現(xiàn)，效果較好。 圖2 系統(tǒng)框架圖 3、高精度電能采集芯片 為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的計(jì)算，必須對電流、電壓和功率因數(shù)等參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)的采集，本設(shè)計(jì)了采用了芯品CS5463用以實(shí)現(xiàn)，經(jīng)計(jì)量檢測，本設(shè)計(jì)的智能電表，其精度在1.0級，部分參數(shù)達(dá)到0.5級。整體設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 主要技術(shù)指標(biāo) 1、工作電壓：220V 2、擴(kuò)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(zhǔn)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(xué)性、先進(jìn)性
- 作品的科學(xué)性和先進(jìn)性 智能電表是進(jìn)行智能電網(wǎng)改造的重要環(huán)節(jié)，智能電表應(yīng)具有的功能：必須具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，遠(yuǎn)程遙控開關(guān)功能，遠(yuǎn)程編程功能，自帶信息存儲(chǔ)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(shí)為單位讀表，當(dāng)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(dòng)符合控制，支持實(shí)時(shí)定價(jià)、分時(shí)定價(jià)。 按照以上功能描述，智能電表應(yīng)由以下硬件配置組成：電壓互感器（也可采用電阻分壓的方式采集）、電流互感器、電能信息采集芯片、微控制器和通訊單元等電路組成。 按照以上的描述，我們設(shè)計(jì)了相應(yīng)的電路，如框圖2所示，它具備智能電表硬件所需的所有部件，在此基礎(chǔ)上為了實(shí)現(xiàn)基于阻抗的辨別算法，增強(qiáng)了數(shù)學(xué)運(yùn)算功能。 對智能電表下某一單獨(dú)電器，進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)控是智能電表研究的一個(gè)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(jìn)行大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 無
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明 本設(shè)計(jì)與智能電表的安裝和使用方式相同，采用485總線傳送至集中器，集中器通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，與主服務(wù)器相連接。 每個(gè)集中器可連接64個(gè)智能電表，數(shù)學(xué)計(jì)算等功能均在智能電表上完成，所數(shù)據(jù)傳輸量很小，按照設(shè)計(jì)容量，一臺(tái)主服務(wù)器可完成1萬個(gè)智能電表的管理工作。
同類課題研究水平概述
- 智能電網(wǎng)的發(fā)展已成為世界各國電力工業(yè)應(yīng)對未來挑戰(zhàn)的共同選擇，是21世紀(jì)電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。智能電表作為智能電網(wǎng)建設(shè)的重要基礎(chǔ)裝備，加快其發(fā)展對于電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化具有重要支撐作用。 智能電表的發(fā)展過程及現(xiàn)狀 智能電表是在電子式電表的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。20世紀(jì)70年代，研究人員成功研制出利用模擬或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量功能的電子式電表，克服了傳統(tǒng)的感應(yīng)式機(jī)械電表人工抄表效率低、數(shù)據(jù)偏差大、防竊電功能差等弊病。在此基礎(chǔ)上，通過不斷擴(kuò)展數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，電子式電表具備了分時(shí)機(jī)費(fèi)、預(yù)付費(fèi)等功能。智能電表實(shí)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(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等多系統(tǒng)的交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電功率計(jì)時(shí)計(jì)量、自動(dòng)計(jì)量、即時(shí)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(dá)國家智能電表技術(shù)實(shí)現(xiàn)多輪升級，功能不斷擴(kuò)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(diǎn)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(yuǎn)程遙控開關(guān)功能，遠(yuǎn)程編程功能，自帶信息存儲(chǔ)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(shí)為單位讀表，當(dāng)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(dòng)符合控制，支持實(shí)時(shí)定價(jià)、分時(shí)定價(jià)，并可以計(jì)算用戶自發(fā)電量。 2、試點(diǎn)應(yīng)用成果明顯 以智能電網(wǎng)建設(shè)為契機(jī)，英國對安裝智能電表的試點(diǎn)用戶及電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行效果測試。根據(jù)智能電表監(jiān)視器統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過雙向即時(shí)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(gè)普通家庭用戶年電費(fèi)支出削減潛力為13%-15%。英國政府預(yù)計(jì)，若全國2600萬家庭安裝智能電表，可以為用電客戶和能源公司在隨后的20多年中節(jié)省支出25億-36億英鎊，減少3%-15%的能源消耗，社會(huì)效益和環(huán)境效益明顯。這些數(shù)據(jù)為政府出臺(tái)更多政策提供了依據(jù)。
