节能管理中的电力分级计量

随着能源消耗的不断增加，节能已经成了我们生活中的共同主题。对用户而言，如果能够明确自己的具体消费，就有可能进一步地减少能耗。因此，电能计量表的发展，也即对能耗的测量变得越来越重要。从管理部门角度而言，如果能对用户信息进行监测，对用电数据进行节能的分析和汇总，及时做出决策，如果硬件允许，还可直接向下级集中器或电度表发出指令，从而对用户的用电行为实施控制，如停、送电远程操作，这将是节能管理中的重要工作。

节能的首要基础是对用户使用的电能做出精确的计量，国家也对电力的计量管理提出了新的要求。要求电气设计中要采用分级计量装置，实现数据的多级汇总，从而能够分析出节能的依据。精巧电表的出现为实现灵活、可靠、方便的电能计量提供了全新的手段。

1、精巧电表

随着传感器、自动化仪表以及集成电路技术的发展，电子式电度表无论在外观、性能以及应用等方面相比传统式电度表都得到了显著的提高，为节能应用提供了良好的基础。但是传统的电子式电度表仍然具有一些缺点，如体积大、安装不方便等。

如美国某公司推出的Minipower精巧电表系列导轨安装式电子多功能电度表它们采用了专用的大规模集成电路与最新的单片处理器及其外围芯片设计技术，由先进的单片机处理系统进行数据的采集、处理和保存，电量数据显示采用7位宽温度型液晶显示，具有复费率(分时)电量计量，能进行红外载波通讯及RS485接口串行通讯抄表/设表等。电度表的技术性能完全符合IEC61036国际标准以及中国部标DL/T614-1997、中国国标GB/T17215-1998中1或2级相关技术要求。Minipower系列产品可靠性好、体积小、重量轻、外表美观、工艺先进、35mmDIN标准导轨方式安装，并具有良好的抗电磁干扰、低自耗节电、高精度、高过载、高稳定性、防窃电、长寿命等特点。其中MP210超薄至18mm，使用非常灵活方便。

2、精巧电度表的技术优势

精巧电度表由于集成了专用的大规模集成电路，采用微电子技术计量电量，因此具有传统电度表无法比拟的技术优势。

2.1 精巧电度表的工作原理

以图1的MP280三相电度表为例，被测三相交流电压和电流经过高精度采样后送到专用电能计量芯片经过一系列数字处理后，转换成与有功功率成正比的脉冲频率信号送给微处理器，微处理器将脉冲信号依据时段费率进行分时累加，得到总电量和各费率电量，结果保存到数据存贮器中。微处理器同时完成显示和与外部进行信息交换的功能，其原理框图如图2所示：
MP280三相电度表工作原理框图
计量单元`：采用专用计量芯片，三相电压经电阻网络分压送至芯片的14、15、16脚;三相电流经互感器取样转换成电压送至芯片的5、6、7、8、9、10脚。专用计量芯片内将电压与电流相乘并转换成电量脉冲信号自1脚输出;电量脉冲信号一路通过光耦送至微处理器单元，另一路经发光管及光耦送至端子上，用于校表。

微处理器单元：单片机连续对光耦传来的电量脉冲信号进行累计，并按电能表的K值转换成电量，进行存贮、显示。显示采用带汉字字符及6位数码的LCD屏，由HT1621直接驱动。单片机内部集成了“看门狗”电路及复位电路。存贮器为24C16，其接口为I2C总线，主要贮存各种电量值及电表运行参数，采用三重数据存贮技术，停电后数据不丢失。时钟芯片RX-8025，具有温度补偿功能，测温芯片采用LM75，可由单片机直接读取温度数值，测量环境温度，并将温度补偿修正值送入时钟芯片;芯片的10脚输出1Hz的秒中断信号。红外通信的38KHz载频信号由单片机的26脚输出，通信数据通过三极管调制在载频上;红外通信和RS485通信的接收电路相互独立，单片机的1脚用于RS485通信的接收，采用模拟串口通信方式。

RS485通信单元：RS485通信电路与微处理器单元电路采用光耦隔离，485芯片平时工作在接收状态，当A、B端接收到信号时，其1脚输出的接收信号经光耦送至单片机的1脚上，回码时单片机的16脚输出低电平，使485芯片工作在发射状态，回应信号自单片机的14脚(TXD端)输出，经光耦送至485芯片的4脚上，此时A、B端有信号输出。

电源部分：电源采用单相电供电方式，变压器的初级加装压敏电阻。由于计量单元、微处理器单元和RS485通信单元均用光耦相互隔离，因此各单元的电源采用分别供电方式;计量单元用一组+5V电源;微处理器单元用一组+5V电源;RS485通信单元用一组+5V电源。

2.2精巧电表的技术优势

安装标准化

精巧电表采用35MM国际标准导轨安装。由于采用了多项的先进的尖端技术，融合强大的功能于方寸之间。精巧电表系列中最小的MP210产品仅仅18MM厚，可以说是世界上最薄的电表。由于体积的大大缩小，并且采用了35MM国际标准导轨安装，精巧电表可以在很小的范围内安装，甚至可以和微型断路器一起安装在家庭的小配电箱内

功能强大，应用范围广

精巧电表采用最新的数字技术，在很小的体积内提供电度测量、分时计费、RS485通信、红外遥控等多种功能，使用于高档厂房、建筑的高级计量、自动抄表的要求。

轻松组建基于自动抄表系统的节能数据分析系统

3、基于自动抄表的节能数据管理系统

电能量数据管理是智能配电系统中的一个重要环节，传统的电度表由于不能自动抄收、控制用户用电量，电能量的结算是依靠人工定期到现场抄读数据，不可避免地存在以下问题：统计数据不准确，无法真实反映用户用电情况;操作难以规范化，造成不明损失增加;数据采集不及时，无法实时反映系统状况，不能对用户行为进行有效监控;且耗费人工多，成本高，效率低。显然，上述弊端使得人工抄表管理模式不能适应电力体制的改革，也直接阻碍了诸如分时电价运营、预支电费等先进管理模式的推行。自动抄表技术就是在节能数据管理的迫切需求下逐渐发展起来的。自动抄表技术(Automatic Meter Reading)是将数据自动采集、传输和处理应用于电能供用与管理系统中的一项新技术。它从根本上克服了传统的人工抄表模式的弊端，给电能管理的现代化带来了新的希望。目前，美国等发达国家已把自动抄表技术广泛用于配电管理。我国对自动抄表技术的研究起步较晚，但是发展速度很快。随着电力市场管理改革的不断深入、对自动抄表技术的研究必将成为热点与方向。

3.1节能数据管理系统的构成

典型的节能数据管理系统主要由前端采集子系统(自动抄表)、通信子系统和中心处理子系统等三部分组成，如图3所示。
典型节能数据管理系统的构成

图3 典型节能数据管理系统的构成

3.2 前端采集子系统

按照采集数据的方式不同，电能计量自动抄表系统可分为本地自动抄表系统和远程自动抄表系统两种。本地自动抄表系统的电表一般加装红外转换装置，把电量转换为红外信号，抄表时操作人员到现场使用便携式抄表微型计算机，非接触性地读取数据。远程自动抄表系统由电子式电度表或加装了光电转换器的机电脉冲式电度表构成系统的最前端，它们把用户的用电量以电脉冲的形式传递给上一级数据采集装置。目前实际应用的远程自动抄表系统大多采用两级式数据汇集结构，即由安装于用户生活小区单元的采集器收集十几到几十个电能表的读数，而安装在配电变压器下的集中器则负责定期从采集器读取数据。上述的Minipower系列既具有红外载波通讯(掌上电脑)抄表功能，也具有RS485接口串行通讯抄表功能，且符合中国电力部DL/T645-1997《多功能电度表通讯规约》。

3.3 通信子系统

通信子系统是把数据传送到控制中心的信道。为了适应不同的环境条件以及成本要求，通信子系统的构成有多种方案。按照通信介质的不同，通信子系统主要有光纤传输、无线传输、电话线传输和低压电力线载波传输等四种。

3.4 中心处理子系统

中心处理子系统是节能数据管理的中心，主要由中心处理工作站以及相应的软件构成，是整个节能数据管理系统的最上层，所有用户的用电信息通过信道都汇集到这里，管理人员再利用软件对数据进行汇总和分析，以便做出相应的决策。如果硬件允许，还可直接向下级集中器或电度表发出指令，从而对用户的用电行为实施控制。由于自动抄表获得的数据量很大，因此要求中心工作站的硬件必须有一定的运算和存储能力;而在软件上首先要求操作系统应稳定可靠，其次必须具有处理海量数据的能力。典型的节能数据管理软件具有如下功能：(1)远程设定抄表集中器和采集器内的参数;(2)抄收整个系统中所有电度表的数据;(3)使中央控制站可远程地对用户电度表进行断电和送电控制;(4)运行数据库，生成用电量日报、月报表，进行电费结算;(5)使系统可进行查询管理，对异常用电户给予告警提示，以配合检查。

4 应用前景

近年来用户对节能数据管理系统的需求是逐年递增的(如图4所示)，已经快变成了智能配电建设中不可缺少的系统。原因有几方面：

1. 随着人们生活水平的提高，人们越来越注重自己的隐私权和个人的生活空间，不喜欢受陌生人的打扰;同时，有许多小偷和抢劫犯，冒充抄表人员，入室作案。这些因素都会影响业主的购房心态。

2. 建设部出台了一些指导性文件，明文规定21世纪的工厂、企业、住宅中应该有节能数据管理系统，并且作为是否应用了高科技技术的一个条件之一，在客观上推动了这个行业的发展。有的地区甚至将这一功能列为住宅智能化最重要的功能。

智能配电系统效率的提高，取决于用户管理部门对配网信息、用户现状和需求的了解程度，以及对各种数据分门别类加以采集分析并有效利用。精巧电表系列能够充分采集用户的各种数据信息，并应用于节能数据管理系统，对数据进行集中存储和统一分析，从而让用户明白消费，节约能源，具有重要意义。