具有电能质量监测功能的智能电表设计
智能监控电能表的设计与实现
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｌ — ｕ ｃｉ ｎ ｗａｔ ｈ ｕ ｔｒ ｗｉ ｕ ｏ ｔ ａ ｕ ｅ ｎ ｎ ｎ ｔｒ ｇ ｗ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ｏ ｏ ｅ ｉｔ — ｓｒ ｃ ： ｍｕｔ ｆ ｎ ｔ ｔ ｏ ｒ ｍｅｅ ｔ ａ ｔｍａｉ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ａ ｄ ｍｏ ｉ ｉ ａ ｅ ｉｎ ｄ ｆ ｒ ｐ ｗ ｒ ｄｓｒ ｉ ｏ — ｈ ｃ ｏｎ ｉ
初 步试验 表 明， 电能表 计量精 确 ． 该 性能 良 ， 能化程度 高 ， 好 智 能够 实现计量 和监控 的设计 要求 。
关 键 词 ： 能监 控 ； 电 自动 计量 ； Ｔ ７ ２ Ａ； 精 度 Ａ Ｔ０ ６ 高
智能电能表的设计
智能电能表的设计
有实际参考资料及权威标准，以科学和学术的独立思考和分析为主
一、智能电能表介绍
智能电能表是一种智能仪表设备，主要用于用户计量电能，能够实现
自动数据采集、处理、传输以及记录功能，它采用了RFID技术，能够提
高电能表的节能效果。
智能电能表的先进的技术实现了实时监控，避免了
发生意外耗电或者表示漏电的情况，同时，它能够收集和分析用户的用电
数据，帮助用户合理节约用电。
二、智能电能表的工作原理
智能电能表的工作原理主要由三部分组成：采集器、控制器和传输器。
首先，采集器用于检测电能，并将其数据转换成计算机可识别的数据；其次，控制器用于接收采集器传过来的数据，并将其转换为可视化的形式；
最后，传输器用于将收集到的数据传输到用户的计量系统中。
三、智能电能表的优势
1、合理配置：智能电能表可以自动控制用电，用户可以根据自己的
实际情况来合理配置，可以有效降低用电损耗；
2、降低电价：由于智能电能表可以实现节能，因此能够帮助用户降
低电费价格；
3、安全性高：智能电能表采用RFID技术，具有较高的安全性，可以
有效防止误用、电能盗窃等情况；。
智能电表的设计范文
智能电表的设计范文智能电表是一种采用先进技术，使用微处理器、通信技术等，能够实时监测电能使用情况的智能设备。
它具有高度的精确度和可靠性，能够帮助用户管理电能使用，提高能源利用效率。
下面是一种智能电表的设计方案，以满足用户的需求。
1.硬件设计：(1)电能计量模块：采用高精度的电能计量模块，能够对用户电能的消耗进行准确测量，并将数据传输至控制模块。
(2)通信模块：采用无线通信技术，如Wi-Fi、蓝牙等，与用户的智能手机或者家庭无线网络相连接，以实现与用户的交互和数据传输。
(3)显示模块：配备液晶显示屏，能够显示实时能耗数据和其他相关信息，方便用户进行查看。
(4)控制模块：采用高性能的微处理器，具有强大的计算和控制能力，能够处理电能数据，控制电表的运行和通信功能。
(5)电源管理模块：采用智能电源管理系统，能够实时监测电池的电量，并确保电表的稳定运行。
2.软件设计：(1)数据采集与处理：通过电能计量模块采集实时数据，并通过控制模块进行处理，实现电能使用情况的准确测量和计算。
(2)用户界面设计：为了方便用户的操作和查看数据，设计一个直观友好的用户界面，通过液晶显示屏进行展示，支持交互式操作。
(3) 远程监测与控制：通过通信模块与智能手机或者家庭无线网络相连接，实现与用户的远程交互，用户可以通过手机App或者Web页面进行实时监测和远程控制，如查询实时能耗、设定电能消耗目标、调整电能使用计划等。
(4)数据传输与存储：采用安全可靠的通信协议，确保数据传输的可靠性和私密性。
同时，实现数据的本地存储和备份，以防止数据丢失或损坏。
3.功能设计：(1)实时能耗监测：能够实时监测电能使用情况，并将数据显示在液晶屏上。
用户可以通过查看实时数据，了解电能使用情况，及时调整用电计划。
(2) 能耗分析与报告：根据历史电能数据，进行能耗分析，为用户提供详细的能耗报告。
用户可以通过电表的用户界面或手机App查看报告，了解自己的电能使用情况，并采取相应的节能措施。
智能电表的设计与实现
智能电表的设计与实现随着科技的不断进步，智能电表在现代生活中扮演着越来越重要的角色。
它不仅为用户提供了方便的用电管理方式，同时也为电力公司提供了更精确的计费手段。
本文将探讨智能电表的设计和实现，旨在揭示其背后的技术原理和应用前景。
1. 智能电表的工作原理智能电表是一种通过现代计算机技术与电力系统结合的新型电能计量装置。
它通过电流传感器和电压传感器采集用户用电信息，并将这些数据传输到数据中心进行处理。
智能电表内部集成了微处理器和通信模块，使得它能够实现精确计量和远程通信功能。
在使用智能电表的过程中，首先需要将电表与电力系统连接，并确保其正常供电。
智能电表采用数字化技术对电能进行采样和计量，通过对电流和电压信号的采样，可以实时测量出用户的用电量，并将这些数据存储在内部的储存器中。
同时，智能电表还可以通过通信模块将数据发送到数据中心，实现远程抄表和计费功能。
2.智能电表的设计要点在设计智能电表时，需要考虑以下几个要点：2.1 高精度的电流和电压采样为了保证计量的准确性，智能电表需要具备高精度的电流和电压采样能力。
采用高性能的传感器和模数转换器可以提高采样的精度。
此外，还需要考虑电源的稳定性和噪声对采样结果的影响。
2.2 数据安全和隐私保护智能电表存储了用户的用电信息，因此数据的安全和隐私保护是非常重要的。
采用加密算法和安全通信协议可以保护用户数据的机密性和完整性。
此外，还可以通过访问控制和身份验证等手段防止非法操作和数据泄露。
2.3 通信技术的选择智能电表的通信模块可以选择有线或无线通信技术，如RS485、GPRS、NB-IoT等。
选择合适的通信技术可以提高通信的稳定性和可靠性。
同时还需要考虑通信模块的功耗和成本等因素。
2.4 远程控制和管理功能智能电表不仅可以实现远程抄表和计费，还可以具备远程控制和管理功能。
例如，用户可以通过手机App或网页端实时监测自己的用电情况，并对电器进行远程控制。
电力公司可以通过远程管理平台对电网进行实时监测和维护，提高供电质量和运行效率。
电力系统中的智能电能表设计与优化
电力系统中的智能电能表设计与优化随着科技的不断进步和人们对能源消耗的关注不断增加，智能电能表作为电力系统中的重要组成部分，正在发挥越来越重要的作用。
智能电能表能够实时监测电力消耗情况，记录用电数据，并能通过远程通信与电力公司进行数据交互，实现精确的电能计量。
然而，在设计与优化智能电能表时，需要考虑多个因素，包括精度、通信性能、安全性等方面。
本文将围绕电力系统中的智能电能表设计与优化展开论述。
首先，对于智能电能表的设计，精确的电能计量是最为基础和核心的要求。
智能电能表需要通过精确的测量电量大小，并以数字形式记录和显示。
在设计中，可以采用高精度的电流互感器和电压互感器，确保测量的精确性。
此外，还可以考虑引入数字信号处理技术，通过软件算法提高电能计量的精度。
同时，为了确保长期使用中电能计量的准确性，智能电能表还需要具备自我校准的功能，可以在特定时间内自动校正电能计量误差。
其次，通信性能是智能电能表设计中需要重点关注的方面。
智能电能表需要能够通过远程通信与电力公司进行数据交互，实现远程抄表、电量控制、故障监测等功能。
在设计中，可以采用无线通信技术，如GPRS、NB-IoT等，以实现远距离通信的需求。
同时，为了确保通信的稳定性和可靠性，智能电能表还需要具备抗干扰、抗干扰能力，可以采用差错检测和纠错码技术，提高通信的可靠性和安全性。
还有，在智能电能表的设计中，安全性是一个不可忽视的方面。
智能电能表作为与用户电力消耗直接相关的设备，必须保证数据的机密性和完整性。
首先，需要采用加密算法来保护通信数据的安全性，防止数据泄露和篡改。
其次，智能电能表还需要具备防护措施，避免遭受物理攻击，如防止非法开盖和破坏。
此外，还可以考虑引入生物识别技术，如指纹识别或面部识别，进一步提升智能电能表的安全性。
除了上述基本要求外，智能电能表的设计还可以考虑一些附加功能，以提高用户体验和智能化程度。
例如，可以通过智能电能表实现用电计划的制定和执行，根据用户需求和电力公司的电价策略，自动控制电器设备的开关，实现用电成本的优化。
智能电表运行监测系统设计
智能电表运行监测系统设计近年来随着智能化技术的发展，各种智能电器开始在我们生活中普及使用。
智能电表作为智能电器的重要组成部分，能够实现精确的电能测量和远程监控。
然而，智能电表的稳定运行和准确测量却面临不少挑战，因此设计一套高效的智能电表运行监测系统显得尤为重要。
一、智能电表运行监测系统的必要性智能电表的安装带来了非常显著的优势，然而，智能化也伴随着由于技术层面的问题或不受人为控制的因素的不稳定性。
因此，对其进行监测非常必要，尤其是针对以下因素：1. 测量偏差智能电表的核心任务是测量电能，但毕竟是机器，测量数据偏差或者误判的情况都会导致不准确的电能计量，会对用户造成一定的经济损失。
2. 数据丢失智能电表的测量工作需要不断地输出数据，因此必须要有数据的存储系统以确保数据的准确性，而这则容易遭受无意之间的数据丢失，影响智能电表运行的完整性和准确性。
二、智能电表运行监测系统的设计所谓智能电表运行监测系统，指的是为所有的智能电表安装一个集中的管理、维护和监管等的系统，从而全局监测。
其主要由三个部分构成：1. 智能电表的数据采集将每个智能电表数据进行分析和监测，就需要将数据进行实时采集。
而采集的数据需要包括电能数据、电压使能、计量序列等基本数据。
一个好的智能电表采集系统，设计人员需要考虑到多个因素的融合，如数据采集频率、数据采集量、互联网通讯等等，以确保采集系统的成本、精度、适用范围等问题。
2. 数据管理系统数据采集后，需要将收集到的数据经过处理并存到数据库中，以供分析和处理。
再将数据库与监控系统相连，通过互联网等平台，对管理人员提供即时的数据分析和监测。
3. 数据报警系统对于每一个智能电表在运行时不正常的情况，应该有一套报警系统来全天候提醒运营商有关这些情况。
报警可以通过短信或电子邮件等方式，有效预警并处理这些异常情况。
三、智能电表运行监测系统的优势设计高效的智能电表运行监测系统，能够给社会带来很多优势。
智能电表设计与实现
智能电表设计与实现随着社会的不断发展，人们对于能源的需求也越来越大。
为了更好地管理能源的消耗，智能电表的出现成为了一种必要的趋势。
智能电表的特点在于能够监控电力使用情况，通过数据的收集和分析，从而实现对电力的精准掌控。
本文将重点介绍智能电表的设计和实现过程。
一、智能电表的设计要点在智能电表的设计过程中，需考虑丰富的使用场景和基础需求。
首先，需要明确智能电表的基本功能——实时监控用电量、用电功率等基本参数。
其次，需要拓展其他功能，如电费结算、家庭安全监测、能源管理和用户通信等。
最后，应考虑到智能电表的安全性，如抗干扰性、防盗能力等。
二、智能电表的硬件设计智能电表的硬件设计关键在于电能采集电路、数字信号处理电路和通信模块。
其中，电能采集电路是智能电表的核心，用于采集电表的有功、无功电能和功率因数等参数数据。
数字信号处理电路用于对数据进行处理和计算，以达到电量计算的目的。
通信模块则用于实现智能电表与其他设备之间的信息交互。
三、智能电表的软件设计智能电表的软件设计也是实现其功能的关键。
在软件设计中，需要考虑到数据采集、数据处理、数据存储和数据传输等方面。
在数据采集方面，需要设置合适的采集周期、采集时刻等参数，并进行数据质量控制，提高数据采集的准确度和稳定性。
数据处理方面，需要对采集到的数据进行处理、计算和分析等，从而实现电能计算、电费结算等功能。
在数据存储方面，需要选用合适的存储器芯片，确保数据的安全和可靠性。
在数据传输方面，需要考虑到如何实现与其他设备的通信协议、数据加密等。
四、智能电表的实现在智能电表的实现过程中，需要进行硬件搭建、软件编程、测试调试、上线运行等步骤。
在硬件搭建中，需要实现电能采集电路、数字信号处理电路和通信模块的搭建。
在软件编程中，需要根据硬件设计要求，编写相应的数据采集、数据处理和数据传输程序。
在测试调试中，需要对智能电表进行测试和调试，确保其数据采集的准确度和稳定性。
最后，在上线运行中，需要将智能电表部署到实际使用场景中，提供实时监测和数据分析服务。
智能电表系统的设计与实现
智能电表系统的设计与实现智能电表系统是指将传统电表升级为具有智能化、数字化功能的新型电表，以满足现代社会对能源管理和环保节能的需求。
本文将重点探讨智能电表系统的设计和实现，以期对相关研究和开发有所帮助。
一、智能电表系统的设计1.1 硬件设计智能电表系统的硬件设计主要包括电表外壳、电路板、显示屏、常见接口等方面。
电表外壳应采用高强度、耐腐蚀的材质，并具有良好的散热性能，以保证电表长期的稳定运行。
电路板应采用先进的半导体技术，实现电流、电压的检测与处理等功能。
同时，为方便用户使用，智能电表系统还应该配备相应的显示屏、按钮以及常见接口，如USB、以太网口等，以实现用户数据的交互和共享。
1.2 软件设计智能电表系统的软件设计主要包括电表的数据采集、处理、传输和管理等方面。
为了满足用户的实际需求，智能电表系统的数据采集功能应具备高精度、高稳定性、高可靠性等特点。
同时，在数据处理和传输方面，系统应该具备高度的灵活性和可扩展性，以便满足用户不同的数据处理和传输需求。
另外，在管理方面，系统还应该具备数据分析、报表生成、自定义设置、管理权限控制等功能，以帮助用户更好地掌握电能消耗情况，从而实现能源管理和环保节能。
二、智能电表系统的实现2.1 数据采集实现对于智能电表系统的数据采集，传统的机械电表主要采用电动惯性跳动，即每秒钟通过弹簧体的弹性作用来进行跳动，电动机提供动力，同时记录整个电路的功率值。
而智能电表系统可以采用数字信号的方式来实现电能的测量和统计。
具体实现过程可以通过采用各种先进的传感器和芯片技术，并经过精心设计和优化来完成。
2.2 数据传输实现对于数据传输的实现，智能电表系统主要采用无线模块、以太网等方式来完成数据传递。
无线模块包括Wi-Fi、ZigBee、蓝牙等，而以太网是一种基于物理层面的局域网通信协议，在智能电表系统中主要用于远程控制和数据存储。
此外，还可以采用GPRS、3G、4G等移动通信方式作为数据传输通道，以便实现远程数据的传输和用户管理。
智能电能表的设计
智能电能表的设计智能电能表是一种利用先进的计算机和通信技术来监测和管理电力消耗的设备。
它能够准确测量用电量、电压和电流，实时收集数据并进行分析，从而帮助用户更好地理解和管理电力消耗。
下面将对智能电能表的设计进行详细讨论。
1.功能设计：-电量监测：准确测量电力消耗，包括总用电量和分段用电量。
-功率分析：测量电流和电压，计算功率因数和有功功率、无功功率等指标。
-实时数据传输：通过通信技术将采集到的数据实时传输给电力公司或用户。
-数据分析报告：对收集到的数据进行分析，并生成报告帮助用户理解电力消耗情况。
-防止欺诈功能：具备防止电表欺诈的功能，例如防止操纵和串改数据等。
-警报功能：当电力使用达到设定阈值时，产生警报提醒用户及时调整用电情况。
-远程控制：通过远程控制功能，用户可以通过手机或电脑等设备随时监控和控制用电状况。
-支持能耗管理系统：智能电能表应支持连接能耗管理系统，为用户提供更详细的能耗数据和分析。
2.硬件设计：-电量测量：采用准确度较高的电量测量器件，例如精密电流互感器和电压测量器。
-通信技术：选择适合的通信技术，例如无线通信或物联网技术来实现实时数据传输。
-安全性：加入硬件加密模块，确保数据传输的安全性和完整性。
-耐用性与防护：选用可靠性较高的元器件，以及具备防护措施，例如防水、防尘等设计。
-管理性和可维护性：设计良好的外部接口和易于操作的面板，方便用户使用和维护。
3.软件设计：-数据采集：通过采集系统准确采集电力用量、电压、电流等信息。
-数据处理和分析：对采集到的数据进行处理和分析，例如计算功率因数、能量消耗等指标。
-数据存储和管理：将采集到的数据存储在内部存储器或云平台中，方便后续查询和分析。
-报表生成：根据用户需求，生成数据报表，以便用户更好地理解和管理电力消耗。
-用户界面设计：设计直观友好的用户界面，方便用户查看实时数据、报告和控制用电设备。
-远程控制与警报：实现远程控制功能，并设置能耗警报，帮助用户及时调整用电情况。
智能电网中的智能电表设计
智能电网中的智能电表设计随着科技的不断发展和人们对清洁能源的需求增加，智能电网逐渐成为未来电力系统的发展方向。
智能电网通过整合智能电表、分布式发电、电力负荷管理等技术，实现供电的高效、安全和可持续发展。
其中，智能电表作为智能电网的重要组成部分，对于监测和管理电能的使用起到关键作用。
本文将深入探讨智能电网中的智能电表设计。
一、智能电表的基本功能智能电表作为电力系统中的智能终端设备，其基本功能是测量、记录和报告电能的使用情况。
传统的电表仅仅能够提供对电能的测量功能，而智能电表除了具备测量功能外，还能实现远程通信、数据传输和远程控制等功能。
智能电表通过与智能电网的通信，可以向电力公司实时传输用户的用电信息，从而实现对电能的准确测量和远程控制。
二、智能电表的设计原则在设计智能电表时，应遵循以下原则：1. 无线通信：智能电表应采用无线通信方式，可以使用无线传感技术或蜂窝网络等通信方式，实现远程监测和控制的功能。
无线通信方式可以避免布线的麻烦，提高了智能电表的安装和使用的便利性。
2. 数据安全：由于智能电表与电力公司之间会进行数据传输，所以数据的安全性是设计智能电表时需要考虑的重要因素之一。
智能电表应采用加密算法等技术来保证数据的安全传输，并设立权限管理机制，确保只有授权人员才能访问和修改数据。
3. 多功能性：智能电表除了测量和传输电能使用信息外，还应具备多种功能。
例如，智能电表可以监测电力负荷的情况，并及时向电力公司报告，以实现对电力负荷的管理和优化。
此外，智能电表还可以与其他智能设备进行联动，实现能源的共享和协调使用。
三、智能电表的技术应用智能电表作为智能电网的重要组成部分，具有众多的技术应用，以下是一些常见的应用场景：1. 电力负荷管理：通过智能电表对电力负荷的监测和分析，电力公司可以实时了解电力负荷的分布和变化情况，从而进行合理的负荷分配和优化。
这样可以避免局部的过载和供电不足问题，提高电力系统的效能和稳定性。
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ｓｍａｒｔ ｍｅｔｅｒ
（５）电压骤降和中断。电压骤降是指供电电压突
然下降到额定电压的１０％～９０％，然后在短时间内
图１中，ＡＩＴＴ０２２ＢＺ相电能专用计量芯片作为数 据采集的中心，其内部丰富的寄存器保证了电压、电 流、有功功率、无功功率、基波及谐波电能等多项电能
（１０ｍｓ￣１ｍｉｎ）恢复到正常水平的一种故障现象。电压
ａｓ
ｐｏｗｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｃ８０５ １Ｆ３４０ ａｎｄ ＡＴＩＴ０２２Ｂ
ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ’Ｓ
ｃｏｒｅ
ｃｈｉｐｓ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ ｓｍａｒｔ ｍｅｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ａｎｄ
近年来，随着电子技术和计算机技术的发展，智 能电网的智能化进程也取得了长足的进步，建设全面 完善的智能电网体系，得到业内广泛关注。智能电表 作为智能电网体系中不可或缺的部分，其功能的完善 及应用对智能电网起着至关重要的作用。 智能电网对智能电表在支持用电负荷管理、分布 式电源并网、电网运行调度、电能质量监测和电力市 场交易等方面有诸多要求【１１。现有的智能电表主要实 现的是电能计量、阶梯电价、结算电费的功能。为了进 一步完善智能电表在电能质量监测方面的功能，本文 提出了一种新型智能电表的设计方案，该方案除了能 够实现以上功能外，还能够进行电能质量监测。电能
ＳＯ
ｃａｎ
ｎｏｔ ｏｎｌｙ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｓｔｅｐ ｔａｒｉｆｆ，ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ
ｏｎ，ｂｕｔ ａｌｓｏ
ｃａｎ
ｍｅａｓｕｒｅ
ａｎｄ
ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ
ｑｕａｌｉｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
文章编号：１００１—１３９０（２０１２）１２—００７４—０４
Ｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ
Ｐｏｗｅｒ
Ｑｕａｌｉｔｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
Ｈｕｉ－ｊｉａ １００２，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）
ＣＨＡＮＧ Ｔｉｅ－ｙｕａｎ，ＷＡＮＧ Ｙａｎｇ，ＳＵＮ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ
ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７
３软件设计 ３．１主程序设计 智能电表的电能质量监测功能是由软件来完成，
效值寄存器ｒ．＿．Ｕｒｍｓａ、Ｂ相电压有效值寄存器ｒ＿Ｕｒｍｓｂ、 ｃ相电压有效值寄存器ｒ＿＿Ｕｒｍｓｃ、Ａ相电流有效值寄存 器ｒ＿Ｉｒｍｓａ、线频率有效值寄存器ｒ＿Ｆｒｅｑ、基波功率校 正寄存器ＬｉｎｅＦｒｅｑＰｇ和基波测量与谐波测量切换选择 寄存器ＥｎＨａｒｍｏｎｉｃ的读写操作，提取相关参数。其工 作过程概括为：向指定寄存器写入８位命令字（寄存器 的数据地址），然后从寄存器中读出或写入２４位数据。 读数据时，当串行时钟ＳＣＬＫ频率高于２００ｋＨｚ，需要 ３１ｘｓ的等待时间；低于２００ｋＨｚ，则无需等待。写数据 时，无论串行时钟ＳＣＬＫ频率为多少，都无需等待。
ＵＮ
Ｘ％００
１ １
（２）
式中ｄ为电压波动；／／＇ｍａｘ、ｔｔｍｉｎ为实际工作电压的相邻２ 个极值电压值。国家电能质量标准针对不同电压等级 规定了允许电压波动值范围：１０ｋＶ及以下为２．５％；
３５～１
（７）
１０ｋＶ为２％；２２０ｋＶ及以上为１．６％。
式中Ｍ，为电压骤降和中断；ｕ，为实测电压；ｕ。为系统额 定电压。其中，电压骤降的判定值为低于９０％；电压中 断的判定值为低于１％。 （６）频率偏差。频率偏差是指电力系统实际运行 频率与标称频率的差值。造成频率偏差的主要原因是 有功功率不平衡。频率偏差不仅影响用电设备的工作
乩
ＴＨＤ。＝—三 “Ｕｌ
（６） 图１
Ｆｉｇ．１
式中乩为谐波电压含量；Ｕ．为基波电压（均方根值）。 国家标准规定了电力系统谐波电压总畸变率的范围：
１ １ ０ｋＶ及２２０ｋＶ允许值为２％；１ ０ｋＶ允许值为５％。
智能电表硬件系统结构框图
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍ
ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ
其硬件设计只是提供了一个平台。主程序设计流程如 图２所示。首先，进行初始化，对各Ｉ／Ｏ口进行配置，等 待进入定时器中断，执行中断程序，完成对电能参量 相关寄存器的读写及显示，然后进行电能质量测算及 判定，最后发出警告，完成数据上传。注意定时器必须 设置准确，ＡＴＩＴ０２２Ｂ上电后６５０ｍｓ各寄存器中有才有 正确值，数据更新时问为１／３ｓ。
（３）
（３）三相电压不平衡。一般情况下，三相电压不平 衡是指电力系统中公共连接点的电压不平衡程度，多 由三相有功或无功功率不平衡引起。三相电压不平衡 将导致输配电线路损耗增大，造成用电设备电压过高
或偏低，烧毁用电设备。即：
以
￡。＝—！×１００％ “Ｕ。
状态，还会影响到电力系统的稳定运行。即：
式中ｓ。：为三相电压不平衡度；Ｕ。为正序电压；Ｕ２为负 序电压。实际情况下，ｕ。看作线电压，单相负荷电流， 已知的条件下，求出负序电流乞与，的关系为：
３．３
电能质量测算及判定 四项指标的测算判定流程如图３所示。
（１）电压偏差包括Ａ相电压偏差、Ｂ相电压偏差和
ｃ相电压偏差。首先，写入电压有效值寄存器Ａ、Ｂ、ｃ的 命令字，分别为ＤＩＮ＝０ｘ０Ｄ、ＤＩＮ＝０ｘ０Ｅ，ＤＩＮ＝０ｘ０Ｆ，然 后读取到相应寄存器的值，该值是以２４位补码形式给 出的，最高位为符号位，经过计算处理后，才能得到所 需要的实际数值，即：
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｓ ｉｎｄｅｘｅｓ ａｎｄ ｃａｃｕｌａｔｉｏｎ
ｏｎ
ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｍａｒｔ ｇｒｉｄ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ
ｐｒｅｓｅｎｔ
ａ
ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｗｅ
ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｓｍａｒｔ ｍｅｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ
一７５—
万方数据
总第４９卷第５６４期 ２０１２年第１２期
ＥｌｅｃｔｒｉｃａＩ
电测与仪表 Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ
Ｖ０１．４９ ＮＯ．５６４ Ｄｅｃ．２０１２
参量的测量，同时内置一个ＳＰＩ接口，包括２条控制线 和２条数据线，分别是ＣＳ片选输人、ＳＣＬＫ串行时钟输 入、ＤＩＮ串行数据输入和ＤＯＵＴ串行数据输出，在硬件 上确保了向单片机进行计量参数数据信息的传递【８】。 主控制器采用Ｃ８０５１Ｆ３４０，低功耗，可外接高频振荡 器，内含ＦＬＡＳＨ存储器６４ＫＢ，４个通用１ ６位定时器及 ４０个Ｉ／Ｏ口等丰富资源，能满足多种数据采集的功能 要求，进行电能质量的计算及判定１９１。时钟芯片为电表 提供实时时钟，铁电存储器把电表要求的各项电能指 标数据分门类别的存储在内存的各个区段，以便上位 机通讯查询，两者均通过Ｉ。ｃ接口进行访问，减少了与 主控制器问的连线数，节省了Ｉ／０口资源。显示模块和 按键控制电能数据显示及更新…。。通信模块中可选 接人ＲＳ４８５、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和无线ＺｉｇＢｅｅ三．种通信接Ｅｌ，增强 了与智能变电站间数据传输的灵活性。硬件系统的搭 建，除了支持电能计量，远程抄表的功能外，还能满足 电能质量监测的功能。
式中Ｕ为线电压；．ｓ。为公共连接点的三相短路容量（基 准值为１００）。国家电能质量标准中规定：公共连接点 处的每个用户引起电压不平衡度的允许值为１．３％；短
时间内低于２．６％。
（４）谐波。谐波是指频率大于等于２倍基波频率的 周期正弦波电压、电流分量。现实情况下，电网中运行 了大量的非线性电力设备，从开始用电，就注入了许 多谐波分量。谐波含量过高，会造成电压及电流波形 的畸变，甚至有可能导致电网内部串联或并联谐振， 损坏电气设备及影响通信线路的正常传输。谐波含量 常用电压谐波总畸变率（ＴＨＤ。）来衡量，即：
总第４９卷第５６４期 ２０１２年第１２期
Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
电测与仪表 Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ
Ｖ０１．４９ Ｎｏ．５６４ Ｄｅｃ．２０１２
具有电能质量监测功能的智能电表设计
常铁原，汪洋，孙慧佳
（河北大学电子信息工程学院，河北保定０７１００２）
摘要：围绕智能电网对电能质量方面的要求，通过分析电能质量指标及其计算方法，提出一种以Ｃ８０５１Ｆ３４０和 ＡＴｒ７０２２Ｂ为硬件核心芯片，具有电能质量监测功能的新型智能电表系统的设计方案。并结合软件设计，使新型 智能电表不仅具有电能计量、阶梯电价、结算电费等常规功能，还可以实现如电压偏差、电压波动、三相电压不 平衡、谐波、电压骤降和中断、频率偏差等电能质量参数的测量及计算，进一步完善了智能电表的功能，使智能 电表更加适应智能电网的发展要求。 关键词：智能电表；Ｃ８０５１Ｆ３４０；ＡＴＶＴ０２２Ｂ；电能质量监测 中图分类号：ＴＭ９３３．４ 文献标识码：Ｂ Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｍａｒｔ
不平衡、谐波、电压骤降和中断、频率偏差六个方面［２１。
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电能质量参数及计算方法
万方数据
总第４９卷第５６４期 ２０１２年第１２期
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电测与仪表
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ
Ｖ０１．４９ Ｎｏ．５６４ Ｄｅｃ．２０１２
的变化，导致了电压波动的产生。电压波动会扰乱大 部分测量性仪器的正常工作，影响数据的准确性及使 用者的判断１４１。即：
质量的监测主要涉及电压偏差、电压波动、三相电压
加的危害，影响设备正常运转，降低使用寿命引。即：
ｕ．：／。ｒ－－ＵＮ×１００％ ×
Ｕ△＝
ｕＮ
式中Ｍ．为电压偏差；Ｕｒ为实测电压；ＵＮ为系统标称电 压。国家电能质量标准中规定了供电电压允许偏差 范围：小于等于１０ｋＶ，偏差允许值为标称电压的±７％； ２２０Ｖ单相供电，允许值为＋７％一１０％。 （２）电压波动与闪变。电压波动是指实际电压均 方根值周期性变化的幅度。通常情况下，电网中大量 非线性、冲击性负荷的运行，引起了有功或无功功率