智能电力计量系统的设计和实现分析

徐鹏飞

摘 要：为了进一步满足电力计量管理需求，本文结合烟台东方威思顿电气有限公司的实践，提出了一种引入GSM通信技术的智能电力计量系统设计方案，并从硬件与软件两方面阐述了该系统的设计。同时，对该系统的检测准确性与窃电检测率进行检验，结果证明该系统的性能良好。

关键词：智能电力计量系统 GSM通信技术 窃电检测

中图分类号：F426文献标识码：A文章编号：1003-9082（2020）06-00-01

引言

为了实现对负载电压、电流等数据的准确计量，应用智能电力计量系统是必然选择，相比于传统的电力计量系统来说，应用数字化与信息化技术的智能电力计量系统有着更高的准确性与安全性。因此，开发设计一种智能电力计量系统极为必要。

一、智能电力计量系统的设计

1.硬件设计

智能电力计量系统的运行过程，加入的设备包括通信设施、信息显示屏、系统运行过程的控制板，三者设计方案如下：

1.1控制板设计

智能电力计量系统的核心控制板要完成多项任务，包括通信资源调整、电力数据获得、电力数据分析等，目前开发的符合多任务通路的控制板中，考虑到稳定度、效率性、环境抵抗能力等因素，选择Arduino Mega 2560型号，控制板硬件可以直接购买，则主要设计因素是控制板的供电系统设计。可以使用三端稳压集成电路稳定供电，核心设施是LM7805，该设备采用TO-220封装设备，其中含有过载保护电路，为让其稳定输出1A电流，要在供电核心外设置散热片。

1.2显示器设计

显示器要可以直接显示数据，为节约成本，可选用LCD液晶显示器，该硬件的主要设计项目是显示器和其他设备的连接方法，由于显示器上展现的数据是控制板的输出数据，同时显示器上存在多个数据接口，要能够正确连接，由于控制板通过输出电流的方法输出信息，可以满足对LCD显示器的供电要求，可采用控制板和液晶显示直连方法，让显示器可以直接展现数据信息，其中控制板的数据输出出口要和液晶显示器的D0端口连接，以显示智能电力计量系统获得的各类测量结果。

1.3通信系统设计

智能电力计量系统的设计目的是，把测量参数回传给数据分析系统，通信系统采用GSN无线通信技术，直接传递给电力参数控制站点。设备加入中，配置设备包括信号的发射装置、中继放大装置、信息的接收装置三项，其中信息的接收装置也要直接使用通信线缆和数据处理中枢连接，理论上该系统每5s更新一次信息，则要求硬件设备可以满足信息的高频发送、接收和录入要求。

2.软件设计

智能电力计量系统的软件设计主要是为了对电力偷窃行为进行检测，其中低压用户的电力偷窃行为的主要表现形式是阻止负载电流进入到电表之中，这种行为会导致电表无法正确计量用电过程中所消耗的电能。为了有效减少阻止负载电流进入到电表之中的偷窃电力行为，在进行软件设计时充分使用两个相同的霍尔电流互感器来分别对进入仪表的电流及离开仪表的电流进行检测和测量，即对中性线上的电流和相线上的电流进行检测和测量，并将测量出的数值输送到微控制器当中。使用微控制器来对中线性上的电流数值和相线电流数值进行比较。如果中性线电流数值与相线电流数值差值超过规定的阈值，微控制器就会将检测结果判定为存在电力偷窃行为，继而输出的控制信号就会将电源进行断开处理，同时输出的控制信号会通过SMS将偷窃行为相关信息发送到供电公司的远程站点显示器之中。此部分监测及测量的工作流程为：（1）获取电力消耗过程中的相应线性电流相关数值;（2）获取电力消耗过程中领先电流相关数值;（3）运用电力消耗过程中相线电流量是否等于零线电流量来对是否出现偷窃电力行为来进行评估;（4）若电力消耗过程中的零线电流量等于相线电流量，则说明不存在电力偷窃行为，仪表不发出相应，继续进行正常供电，若电力消耗过程中的零线电流量不等于相线电流，则仪器会发出存在电力偷窃行为的警报信号，切断后续的供电，并将电力偷窃相关信息发送到供电站中;（5）供电站在获取电力偷窃行为的相关信息后进行具体的调查工作，调查结束后对电力偷窃行为进行严惩，并恢复后续正常供电。

二、智能电力计量系统的测试

为了保证本次智能电力计量系统设计方案的科学性与可行性，笔者对其展开了系统测试，测试的主要内容为：在不同负载条件下，测定智能电力计量系统实际测量结果的准确性。测试中，选定的负载为60W和120W，将以上文所述方式完成制作的智能电力计量系统连入其中，并对系统显示的数据进行读取与记录。将相应数据（系统实测数据）与数字仪表中读取的數据结果相对比，完成准确性判断。

此时，本智能电力计量系统所显示的数据具体如下：在负载为60W时，本系统测得的电流数据为0.2A、电压数据为220V;数字万用表与电流表测得的电流数据为0.2A、电压数据为221V。在负载为120W时，本系统测得的电流数据为0.4A、电压数据为220V;数字万用表与电流表测得的电流数据为0.4A、电压数据为220V。总体来说，该智能电力计量系统得到的实测数据与数字万用表中获取的数据具有极高的一致性。

为了检验该系统在分流窃电检测方面的效果，笔者进一步展开了如下测试：在负载为60W和120W的条件下，对不同相、零线的电流差值展开检测，重复十次。得到的数据结果为：负载为60W时，实际窃电次数为40、系统检出次数为37、检测准确率为92.5%;负载为120W时，实际窃电次数为40、系统检出次数为41、检测准确率为97.5%。结果证明系统具有极高的窃电检测效果。

总结

综上所述，本文提出一种引入GSM通信技术的智能电力计量系统设计方案，对系统进行检测，结果表明：该智能电力计量系统得到的实测数据与数字万用表中获取的数据具有极高的一致性;该系统具有极高的窃电检测效果，值得推广应用。

参考文献

[1]高鑫，凌强，张力，等.利用无线物联网技术实现智能电力计量[J].信息技术，2020，44（01）：163-166.

[2]刘聪，何平，赵志斌，等.一种智能电力计量系统的设计和实现[J].信息技术，2019，43（07）：129-132.