智能用电计量系统的设计

刘英迪

【摘 要】随着现代建筑技术的发展，用电计量系统不断更新，在电能计量管理方面，原有的人工管理模式已经不适应新的管理要求，急需一种集计量、监督、管理等功能于一体的管理系统。为了保障用电安全、从技术上杜绝火灾事故，必须引进智能用电计量系统，使用电管理迈入科学化、智能化、规范化、人性化的科学管理和技能型服务模式的轨道上来。

【关键词】智能化；电能计量；控制系统

0 引言

在科学技术飞速发展与广泛应用的今天，落后的管理方式与时代步伐已经格格不入[1]。运用先进的通讯设备，完善的信息设施，将智能化的操作系统与网络系统相融合，形成一个有机的完整控制体系。为加强用电安全管理，做好用电控制的设计，选择合理的用电方案，配备先进的控制系统，能有效的节约能源，降低运行费用，有极大的经济和社会效益。

智能用电计量系统是随着现代建筑技术的发展而不断更新，以适应各种建筑结构布局，实现多样化的控制模式[2]。采用一种带有精确计量、智能控制、恶性负载识别的智能用电计量系统进行及时、完整、准确的信息采集，将有效的提高电能计量、自动抄表、预付费等用电管理水平，节约人力管理成本，确保用电安全是必然趋势。

1 硬件系统

1.1 智能集中控制器

CCE16GW/ST型智能集中控制器采用嵌入式操作系统开发设计，它是低压电力线载波集中抄表系统的关键设备，能够自动抄收并存储各种具有载波通信功能的智能仪表。采集终端或采集模块以及各类载波通信终端的电量数据，同时能与主控制站或手持设备进行数据交换。系统具备自我学习，自我感知电网拓扑结构的能力，自动按主控制站抄表管理软件设置的时间集中超读载波电能表数据。

STM32（MCU）负责整个集中器各功能模块间的协调与管理，负责协议解析、数据管理、上行信道通讯；同时MCU可按照设置的工作时间和加载的电表控制器进行抄表，并将路由器抄回的数据保存到数据存储器。路由器则控制载波信道通信，对集中器加载的电表进行抄表路径的模糊性搜索、组织和优化，存储抄表路径，实现智能化抄表工作。集中器具有128M位的Flash存储器和256K位铁电存储器，可以保证停电状态下30年数据不丢失。

1.2 单相载波电表

仪表采用液晶显示，具有功能电能计量、红外通讯、电力线载波通讯、远程控制断送电机抄表日电量自动冻结等功能。实现了对用户有功电能的精确计量，并利用低压电力线作为通信介质与安装在配电台区的集中控制器保持可靠的通信连接，以半双工通信方式将其电量电能量等数据传输到集中器。用电管理部门若需要更改电能表参数，可以通过载波或红外通信对电能表进行设置。

1.3 通信协议

本系统采用RS-485或RS-232与其他设备通信。RS-232接口在总线上只允许连接1个收发器，是点对点通信，接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，容易产生共模干扰，传输距离有限。RS-485硬件设计简单、控制方便和成本低廉等优点广泛应用于工厂自动化、工业控制。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，最大传输距离可达3000米。RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。

RS-232接口的设备与RS-485接口的设备通信，那就需要RS-232/ RS-485转换器，把RS-232接口的设备的RS-232信号转换成RS-485信号，然后再与RS-485接口的设备通信。

1.4 低压电力载波抄表技术

低压电力载波抄表技术是指利用现有的电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输技术，是集计算机技术、通信技术、控制技术及计量技术于一体的现代化远程抄表技术看，它的构成由数据处理中心、集中器、单相载波电表组成，集中器通过低压电力载波定时超收载波电表的数据，通过网络技术上传给数据处理中心。具有投资少，功能强，易扩充，准确性，可靠性高，运行费用低，便于更新维护管理等特点，具备电能计量、分时计费、负荷控制、载波通信等功能。

2 软件系统

2.1 系统软件

软件是基于windows XP/windows 7操作系统开发的操作平台，采用多线程分布式技术，支持多种联机模式，从而更好的满足用户的多种不同需求，安装简单，使用方便，可以管理多台数据管理器，具有电能的计量，用电过程的监控，收费的管理以及各种数据的统计查询等功能[3]，可以实时监控每一个用电用户的用电情况，可以按照各种需求进行报表打印查询。网络通讯采用TCP/IP协议，计算机直接对用电用户进行数据传输、管理和控制，用户可以在任何时候都可以获得系统的实时信息。

2.2 系统功能

控制功能：欠费控制、大功率过载控制，用电数据统计分析、恶性负责控制。

查询功能：用户用电情况查询、剩余电量查询、提示购电用户查询、各种财务报表查询和历史数据查询。

系统功能设置：系统初始化设置、用户初始化设置、控制参数设置。

电量提示：预存电量不足时电话自动给用户发送信息并提示报警。

电量无费关断：用户剩余电量为零时开始计算，7日后用户不续费系统自动切断该用户用电。用户重新购电后，系统立刻恢复对该用户的供电。

用户停送电：在系统中可实现对用户的停送电，不用去现场合闸，既方便快捷，又安全可靠。

通讯诊断：当系统通讯不正常时，系统自动提示通讯出错，提醒管理人员处理故障。

操作提示：当出现非法操作或误操作时，系统出现提示。

追踪审计：对系统操作日志、账户操作日志有追踪审计功能。

2.3 系统优点

本系统是集电能计量、用电和收费过程管理、负荷控制等功能于一体操作平台，简化了抄表和收缴电费、用户管理等工作。采用先进的电能计量芯片，计量精度高、可靠性好，实现收费和结算自动管理。系统安装简单，维护方便。系统配置了人工断路饱和和最大符合電流保护，采用模糊识别技术能识别各类不良负荷。

3 结语

智能用电计量系统方案集中电能计算、负荷控制、过载保护、收费管理、用电资料统计分析功能，使抄表和收缴电费工作被替代，有效防止电费流失和设备受损。控制模块构成灵活，结构简单，维护和扩展方便。采用图形化的管理和监控界面，方便用户直接管理和监控用电状况。既要强化环保教育，又要采取科学的管理模式和手段[4]。只有双管齐下，才能有效的利用现有的能源，增收节支，节能减排。

【参考文献】

[1]张昭.高校用电换新颜——谈智能用电管理系统在高校中的应用[J].微型论坛，2004（4）80-81.

[2]熊伟，张曙虹，徐绍坤.学生公寓智能用电管理系统的设计与实现[J].建筑电气，2009，8（15）：66-68.

[3]黄汝锐.高校学生综合楼智能电能计量系统的应用[J].科技创新导报，2009，（27）：51-51.

[4]夏强.探索新时期高校用电智能化管理的思考[J].探索争鸣，2013（5）：29-29.

[责任编辑：朱丽娜]