智能電表工作原理和結(jié)構(gòu)

智能電表作為智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，它的發(fā)展對(duì)于智能電網(wǎng)的壯大具有不可替代的作用。本文包括智能電表的結(jié)構(gòu)分類、工作原理和特點(diǎn)等，從中你還可以了解到智能電表能帶給用戶的哪些好處，其智能關(guān)鍵表現(xiàn)在哪些方面?

　　一、智能電表的定義

　　所謂智能電表，就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)等，形成以智能芯片(如CPU)為核心，具有電功率計(jì)量計(jì)時(shí)、記費(fèi)、與上位機(jī)通訊、用電管理等功能的電度表。

　　智能電表通過(guò)用戶交費(fèi)對(duì)智能IC卡充值并輸入電表中，電表才能供電，表中電量用完后自動(dòng)拉閘斷電，從而有效地解決上門抄表和收電費(fèi)難的問(wèn)題。并對(duì)用戶的購(gòu)電信息實(shí)行微機(jī)管理，方便進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、收費(fèi)及打印票據(jù)等。

　　二、智能電表的結(jié)構(gòu)分類

　　目前，國(guó)內(nèi)智能電度表從結(jié)構(gòu)上大致可分為機(jī)電一體式和全電子式兩大類。機(jī)電一體式，即在原機(jī)械式電度表上附加一定的部件，使其既能完成所需功能，又能降低造價(jià)且易于安裝，一般而言其設(shè)計(jì)方案是在不破壞現(xiàn)行計(jì)量表原有物理結(jié)構(gòu)，不改變其國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上加裝傳感裝置變成在機(jī)械計(jì)度的同時(shí)亦有電脈沖輸出的智能電表，全電子式則從計(jì)量到數(shù)據(jù)處理都采用以集成電路為核心的電子器件，從而取消了電表上長(zhǎng)期使用的機(jī)械部件，與機(jī)電一體化電度表相比具有電表體積減小，可靠性增加，更加精確，耗電量減少，并且生產(chǎn)工藝大大改善，不必只在原有意義上的專業(yè)電度表廠生產(chǎn)等優(yōu)越性，最終會(huì)取代帶有機(jī)械部件的計(jì)量表。

　　1、機(jī)電一體式的電度表

　　第一類機(jī)電結(jié)合的電度表，是在原有的機(jī)械表的基礎(chǔ)上，加裝電子式計(jì)數(shù)裝置和相應(yīng)的控制、通訊電路，或加上IC卡讀寫接口以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量計(jì)費(fèi)和控制;其基本結(jié)構(gòu)是在原有機(jī)械電度表的轉(zhuǎn)盤上打孔或涂(貼)上能吸收光線的材料。這類電度表由于其計(jì)量原理沒有改動(dòng)，其計(jì)量精度和特性與機(jī)械表完全一樣，而成本相對(duì)較高，其優(yōu)勢(shì)在于能充分利用現(xiàn)已安裝使用中的大量的機(jī)械電度表，且其計(jì)量原理為大眾所熟悉而容易接受。

　　另一類機(jī)電結(jié)合的電度表則是采用電子式計(jì)量電路在獲得數(shù)字式脈沖信號(hào)后，通過(guò)微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)字碼轉(zhuǎn)輪得到電能計(jì)數(shù) 值，這種結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)潔可行的電子式電度表的方案，但遺憾的是其對(duì)計(jì)量電路的要求較高，即要求所有的表都按一個(gè)固定的比例將電能值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)量的數(shù)字脈沖，才能按正確的速度驅(qū)動(dòng)微電機(jī)以轉(zhuǎn)動(dòng)字輪。這個(gè)比例就是所謂的電表常數(shù)(imp/kWh)，由于電路中所用的決定脈沖速度的定時(shí)元件大都是參數(shù)離散性較大的阻容元件，為了保證電度表的計(jì)量精度和產(chǎn)品的一致性，就必須在生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)元件的篩選和對(duì)半成品的調(diào)校，也就是說(shuō)要增加相應(yīng)的人力物力的投入并要延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，從而使電度表的生產(chǎn)費(fèi)用和成本有所增加。另外這種結(jié)構(gòu)的電度表在數(shù)據(jù)收集和用戶繳費(fèi)方式上與老式的機(jī)械表沒什么區(qū)別，應(yīng)屬淘汰產(chǎn)品。

　　機(jī)電結(jié)合(一體式)的電度表

　　2、全電子式電度表

　　當(dāng)前電子式電能表對(duì)用戶用電采樣方式主要有兩種形式。一種是用互感器采樣，另一種為直接采樣。采用互感器采樣即利用電壓互感器和電流互感器分別來(lái)采集用戶的電壓信號(hào)和電流信號(hào);直接采樣則是用熱穩(wěn)定性高的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)來(lái)取得電壓信號(hào)，而用電阻溫度系數(shù)非常小的錳銅片進(jìn) 行電流直接采樣。采用互感器采樣，在起動(dòng)電流、線性范圍、功耗和精度等指標(biāo)皆不如直接采樣，尤其是小電流時(shí)更為突出。 例如：額定電流為20A時(shí)，直接采樣的啟動(dòng)電流為20mA，互感器采樣的啟動(dòng)電流為40 mA。又如：采用專用的錳銅片進(jìn)行直接電流采樣的全電子電能表誤差可調(diào)整到+0.5%，而采用電流互感器采樣，由于激磁電存在，若不采取補(bǔ)償措施，互感器本身誤 差就可能超過(guò)5%。利用互感器采樣的的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性較強(qiáng)，線路簡(jiǎn)單，成本低。

　　全電子式電能表

　　三. 智能電表的工作原理和特點(diǎn)

　　1. 智能電表的工作原理

　　用戶持IC卡到供電部門交款購(gòu)電，供電部門用售電管理機(jī)將購(gòu)電量寫入IC卡中，用戶持IC卡在感應(yīng)區(qū)刷非接觸式IC卡(簡(jiǎn)稱刷卡，下同)，即可合閘供電，供電后將卡拿走。當(dāng)表內(nèi)剩余電量等于報(bào)警電量時(shí)，拉閘斷電報(bào)警(或蜂鳴器報(bào)警)，此時(shí)用戶在感應(yīng)區(qū)刷卡即可恢復(fù)供電;當(dāng)剩余電量為零時(shí)，自動(dòng)拉閘斷電，用戶必須再次持卡交費(fèi)購(gòu)電，才可以恢復(fù)用電。

　　電子式智能電表，是在電子式電表的基礎(chǔ)上，近年來(lái)開發(fā)面世的高科技產(chǎn)品，它的構(gòu)成、工作原理與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表有著很大的差別。而電子式智能電表主要是由電子元器件構(gòu)成，其工作原理是先通過(guò)對(duì)用戶供電電壓和電流的實(shí)時(shí)采樣，再采用專用的電能表集成電路，對(duì)采樣電壓和電流信號(hào)進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出，最后通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行處理、控制，把脈沖顯示為用電量并輸出。

　　通常我們把智能電表計(jì)量一度電時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器所發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)稱之為脈沖常數(shù)，對(duì)于智能電表來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)比較重要的常數(shù)，因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換器在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出脈沖數(shù)個(gè)的多少，將直接決定著該表計(jì)量的準(zhǔn)確度。目前智能電表大多都采用一戶一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)原則，但也有些廠家生產(chǎn)的多用戶集中式智能電表采用多戶共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，這樣對(duì)電能的計(jì)量只能采用分時(shí)排隊(duì)來(lái)進(jìn)行，勢(shì)必造成計(jì)量準(zhǔn)確度的下降，這點(diǎn)在設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)該注意。智能電表的工作特點(diǎn)

　　智能電表不只采用了電子集成電路的設(shè)計(jì)，再加上具有遠(yuǎn)傳通信功能，可以與電腦聯(lián)網(wǎng)并采用軟件進(jìn)行控制，因此與感應(yīng)式電表相比，智能電表不管在性能還是操作功能上都具有很大的優(yōu)勢(shì)。

　　(1)功耗：由于智能電表采用電子元件設(shè)計(jì)方式，因此一般每塊表的功耗僅有0·6w~0·7w左右，對(duì)于多用戶集中式的智能電表，其平均到每戶的功率則更小。而一般每只感應(yīng)式電表的功耗為1·7w左右。

　　(2)精度：就表的誤差范圍而言，2·0級(jí)電子式電能表在5%~400%標(biāo)定電流范圍內(nèi)測(cè)量的誤差為±2%,而且目前普遍應(yīng)用的都是精確等級(jí)為 1·0 級(jí)，誤差更小。感應(yīng)式電表的誤差范圍則為+0·86%~-5·7%,而且由于機(jī)械磨損這種無(wú)法克服的缺陷，導(dǎo)致感應(yīng)式電能表越走越慢，最終誤差越來(lái)越大。國(guó)家電網(wǎng)曾對(duì)感應(yīng)式電表進(jìn)行抽查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)50%以上的感應(yīng)式電表在用了5年以后，其誤差就超過(guò)了允許的范圍。

　　(3)過(guò)載、工頻范圍：智能電表的過(guò)載倍數(shù)一般能達(dá)到6~8倍，有較寬的量程。目前8~10倍率的表成正為越來(lái)越多用戶的選擇，有的甚至可以達(dá)到20倍率的寬量程。工作頻率也較寬，在40HZ~1000HZ范圍。而感應(yīng)式電表的過(guò)載倍數(shù)一般僅為4倍，且工作頻率范圍僅為45~55HZ之間。

　　(4)功能：智能電表由于采用了電子表技術(shù)，可以通過(guò)相關(guān)的通信協(xié)議與計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)編程軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制管理。因此智能電表不僅有體積小的特點(diǎn)，還具有了遠(yuǎn)傳控制、復(fù)費(fèi)率、識(shí)別惡性負(fù)載、反竊電、預(yù)付費(fèi)用電等功能，而且可以通過(guò)對(duì)控制軟件中不同參數(shù)的修改，來(lái)滿足對(duì)控制功能的不同要求，而這些功能對(duì)于傳統(tǒng)的感應(yīng)式電表來(lái)說(shuō)都是很難或不可能實(shí)現(xiàn)的。

　　四、智能電表帶給用戶的好處

　　智能電表較普通機(jī)械式電能表有著計(jì)量更精準(zhǔn)、智能扣費(fèi)、電價(jià)查詢、電量記憶、余額報(bào)警、信息遠(yuǎn)程傳送的優(yōu)勢(shì)。

　　對(duì)電力公司而言，采用智能電表可省去人工抄表的成本，并且減少竊電的損失。除此之外，電力公司利用智能電表取得客戶的用電量資料后，再用Internet的方式實(shí)時(shí)回傳給用戶參考，客戶可據(jù)以分散用電的時(shí)間(因尖峰時(shí)段費(fèi)率高)，作電力使用的管理，達(dá)到節(jié)省電費(fèi)成本的效益。

　　對(duì)政府而言，智能電表有助用戶節(jié)約用電，可以達(dá)到節(jié)能減碳的政策目標(biāo)。

　　對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，可以節(jié)省電費(fèi)開支，用戶可充分利用峰、谷電價(jià)的差異自主定制用電方案，做到用相同的電，花最少的錢。