智能電力計量系統的設計和實現分析

徐鵬飛

摘 要：為了進一步滿足電力計量管理需求，本文結合煙臺東方威思頓電氣有限公司的實踐，提出了一種引入GSM通信技術的智能電力計量系統設計方案，并從硬件與軟件兩方面闡述了該系統的設計。同時，對該系統的檢測準確性與竊電檢測率進行檢驗，結果證明該系統的性能良好。

關鍵詞：智能電力計量系統 GSM通信技術 竊電檢測

中圖分類號：F426文獻標識碼：A文章編號：1003-9082（2020）06-00-01

引言

為了實現對負載電壓、電流等數據的準確計量，應用智能電力計量系統是必然選擇，相比于傳統的電力計量系統來說，應用數字化與信息化技術的智能電力計量系統有著更高的準確性與安全性。因此，開發設計一種智能電力計量系統極為必要。

一、智能電力計量系統的設計

1.硬件設計

智能電力計量系統的運行過程，加入的設備包括通信設施、信息顯示屏、系統運行過程的控制板，三者設計方案如下：

1.1控制板設計

智能電力計量系統的核心控制板要完成多項任務，包括通信資源調整、電力數據獲得、電力數據分析等，目前開發的符合多任務通路的控制板中，考慮到穩定度、效率性、環境抵抗能力等因素，選擇Arduino Mega 2560型號，控制板硬件可以直接購買，則主要設計因素是控制板的供電系統設計。可以使用三端穩壓集成電路穩定供電，核心設施是LM7805，該設備采用TO-220封裝設備，其中含有過載保護電路，為讓其穩定輸出1A電流，要在供電核心外設置散熱片。

1.2顯示器設計

顯示器要可以直接顯示數據，為節約成本，可選用LCD液晶顯示器，該硬件的主要設計項目是顯示器和其他設備的連接方法，由于顯示器上展現的數據是控制板的輸出數據，同時顯示器上存在多個數據接口，要能夠正確連接，由于控制板通過輸出電流的方法輸出信息，可以滿足對LCD顯示器的供電要求，可采用控制板和液晶顯示直連方法，讓顯示器可以直接展現數據信息，其中控制板的數據輸出出口要和液晶顯示器的D0端口連接，以顯示智能電力計量系統獲得的各類測量結果。

1.3通信系統設計

智能電力計量系統的設計目的是，把測量參數回傳給數據分析系統，通信系統采用GSN無線通信技術，直接傳遞給電力參數控制站點。設備加入中，配置設備包括信號的發射裝置、中繼放大裝置、信息的接收裝置三項，其中信息的接收裝置也要直接使用通信線纜和數據處理中樞連接，理論上該系統每5s更新一次信息，則要求硬件設備可以滿足信息的高頻發送、接收和錄入要求。

2.軟件設計

智能電力計量系統的軟件設計主要是為了對電力偷竊行為進行檢測，其中低壓用戶的電力偷竊行為的主要表現形式是阻止負載電流進入到電表之中，這種行為會導致電表無法正確計量用電過程中所消耗的電能。為了有效減少阻止負載電流進入到電表之中的偷竊電力行為，在進行軟件設計時充分使用兩個相同的霍爾電流互感器來分別對進入儀表的電流及離開儀表的電流進行檢測和測量，即對中性線上的電流和相線上的電流進行檢測和測量，并將測量出的數值輸送到微控制器當中。使用微控制器來對中線性上的電流數值和相線電流數值進行比較。如果中性線電流數值與相線電流數值差值超過規定的閾值，微控制器就會將檢測結果判定為存在電力偷竊行為，繼而輸出的控制信號就會將電源進行斷開處理，同時輸出的控制信號會通過SMS將偷竊行為相關信息發送到供電公司的遠程站點顯示器之中。此部分監測及測量的工作流程為：（1）獲取電力消耗過程中的相應線性電流相關數值;（2）獲取電力消耗過程中領先電流相關數值;（3）運用電力消耗過程中相線電流量是否等于零線電流量來對是否出現偷竊電力行為來進行評估;（4）若電力消耗過程中的零線電流量等于相線電流量，則說明不存在電力偷竊行為，儀表不發出相應，繼續進行正常供電，若電力消耗過程中的零線電流量不等于相線電流，則儀器會發出存在電力偷竊行為的警報信號，切斷后續的供電，并將電力偷竊相關信息發送到供電站中;（5）供電站在獲取電力偷竊行為的相關信息后進行具體的調查工作，調查結束后對電力偷竊行為進行嚴懲，并恢復后續正常供電。

二、智能電力計量系統的測試

為了保證本次智能電力計量系統設計方案的科學性與可行性，筆者對其展開了系統測試，測試的主要內容為：在不同負載條件下，測定智能電力計量系統實際測量結果的準確性。測試中，選定的負載為60W和120W，將以上文所述方式完成制作的智能電力計量系統連入其中，并對系統顯示的數據進行讀取與記錄。將相應數據（系統實測數據）與數字儀表中讀取的數據結果相對比，完成準確性判斷。

此時，本智能電力計量系統所顯示的數據具體如下：在負載為60W時，本系統測得的電流數據為0.2A、電壓數據為220V;數字萬用表與電流表測得的電流數據為0.2A、電壓數據為221V。在負載為120W時，本系統測得的電流數據為0.4A、電壓數據為220V;數字萬用表與電流表測得的電流數據為0.4A、電壓數據為220V。總體來說，該智能電力計量系統得到的實測數據與數字萬用表中獲取的數據具有極高的一致性。

為了檢驗該系統在分流竊電檢測方面的效果，筆者進一步展開了如下測試：在負載為60W和120W的條件下，對不同相、零線的電流差值展開檢測，重復十次。得到的數據結果為：負載為60W時，實際竊電次數為40、系統檢出次數為37、檢測準確率為92.5%;負載為120W時，實際竊電次數為40、系統檢出次數為41、檢測準確率為97.5%。結果證明系統具有極高的竊電檢測效果。

總結

綜上所述，本文提出一種引入GSM通信技術的智能電力計量系統設計方案，對系統進行檢測，結果表明：該智能電力計量系統得到的實測數據與數字萬用表中獲取的數據具有極高的一致性;該系統具有極高的竊電檢測效果，值得推廣應用。

參考文獻

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