智能化費控電能表的設計和應用

余 佳

（內蒙古電力（集團）有限責任公司內蒙古電力科學研究院分公司，內蒙古 呼和浩特 010020）

0 引 言

遠程費控電能表是智能電網建設的核心終端。與傳統電能表相比，它增加了智能測量與計量、控制用戶端電能表、數據可雙向傳輸等功能[1-3]。智能化費控電能表的推廣應用，將使智能電網的發展更加高效[4-5]。本文闡述遠程費控電能表的關鍵技術，設計的智能遠程費控電能表具有電量計量、分時計量、三相功率測量、自定義費率以及遠程控制的功能，并從硬件和軟件兩方面展開說明。

1 遠程費控電能表的基本結構及關鍵技術

1.1 遠程費控電能表的基本結構

遠程費控電能表包括液晶顯示屏、控制器單元和通信模塊等，基本結構如圖1所示。

1.2 遠程費控電能表關鍵技術

預付費控制原理是上位機系統將客戶預付費信息發送給電能表，電能表接收信息后，根據剩余電量情況控制用電端。它由多個環節協作完成，基本原理與傳統電卡計費方式類似，不同之處為遠程費控電能表可實現遠程智能控制。近幾年，智能電網不斷升級，遠程費控與預購電存在差異。預購電是提前結算，無法實現分時電價。預付費技術用完電費后才進行結算。預付費技術能設置費率，具有報警和控制功能[6]。

圖1 遠程費控電能表基本結構

2 硬件原理及設計

2.1 遠程費控電能表的基本功能

遠程費控電能表的基本功能如下。

第一，計量功能。包括測量電壓、電流、頻率和功率，實現電能分時計量功能，可存儲和匯總高峰期、低谷期的數據。

第二，通信功能。將監控、存儲數據利用通信技術進行數據通信。

第三，自定義費率功能。可自定義不同費率，針對不同時區、時段、特殊日期等進行設置。

第四，監控功能。實時監控用戶的使用負荷，如果負荷大于裝置設定的閾值，將發出聲光報警信號，提醒管理者，同時具有凍結電量的功能。

第五，記錄功能。記錄電能表發生斷相、超負荷、失壓、過壓和掉電等異常情況。

2.2 各模塊硬件設計

硬件模塊主要包括信號處理、計量、控制、外圍電路和電源等。信號處理模塊負責采樣電流、電壓數值，確保采樣數值滿足電能計量芯片對精度的要求。計量模塊的硬件設計以計量芯片為核心。以ADE7878計量芯片為例，它是一種三相的高精度、多功能電能計量芯片，具有多功能測量能力和多點通信接口。控制模塊和外圍電路為遠程費控電能表提供控制和交互功能。電源模塊為電能表內所有用電元器件提供穩定的電能[7]。

3 遠程費控電能表的軟件設計

計量程序實現有功功率和無功功率的單獨計量。對于有功功率，可實現正向和反向的計量。對于無功功率，可設置為任意四個象限量之和。遠程費控電能表的軟件程序具備分時電能計量功能。有功功率和無功功率可根據時間段分別累計，存儲總、尖、峰、平和谷電能數據。

軟件設計電能表的結算時間可在每個月的1號至28號的任意一天。如果發生停電導致電能表錯過結算，電能表重新上電后，將自動補全結算日的電能量數據。軟件可使用滑差方式計量電量數據，需量周期可選5～60 min，滑差時間為1～5 min[8]。

計量費控程序可選擇本地費控和遠程費控兩種方式。對于本地費控方式，當電能表剩余金額小于裝置設定的報警金額時，電能表發出聲、光，提醒用電客戶充電。如果用戶未及時繳費并透支金額，電能表控制負荷開關中斷供電。用戶續費后，電能表自動扣除透支金額。當剩余金額大于零時，恢復用戶供電。遠程費控方式電能表主要實現計量功能，計費功能通過遠程上位機完成。用戶用電量超過充值量時，遠程上位機給用戶負荷開關發出斷電命令。用戶充值后，發送合閘命令。

4 遠程費控電能表的應用

第一，滿足用戶需求。它使用戶得到繳費主動權，用戶可自由安排繳納電費的時間、地點和次數，不受原有繳費方式的限制，降低用戶的繳費成本。

第二，用戶預存電費后才能用電，減少繳費時間，降低電費結算安全風險。

第三，供電企業利用遠程控制，降低催繳工作量，減少企業經營風險。

5 結 論

遠程費控電能表應用前景廣闊，控制模式可實現多種功能。通過上位機系統可遠程采集電能表的計量數據并精確計費。此外，具備遠程控制功能，對欠費用戶執行催費、停電、復電等功能。智能化費控電能表能降低管理成本、提升管理效率，使用戶用電更加便捷。