可远程抄表的防窃电智能型电能计量表的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种可远程抄表的防窃电智能型电能计量表，包括有电源模块、带采样电流电路的零线电流互感器、带采样电流电路的相电流互感器、带采样电压电路的电压互感器、信号调理电路、模数转换电路、霍尔元件、带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路、MCU控制单元、操作显示界面、蜂鸣器及通信模块。该可远程抄表的防窃电智能型电能计量表使用时运行稳定可靠，计量功能全面，能够在线实时计量用户所消耗的有功功率和无功功率的数值以及各次电压、电流的谐波数据等，还具有用电量超标（用户自行设定上限值）提醒功能；其通过自行向供电公司上传用户用电数据而实现远程抄表功能，并且具有强大的防窃电处理功能。
【专利说明】可远程抄表的防窃电智能型电能计量表
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种电能计量表，尤其是涉及一种可远程抄表的防窃电智能型电能计量表。
【背景技术】
[0002]电能表是用于测量电能的仪表，是电能计量装置中的核心单元，传统的电能计量表以有功功率消耗为标准进行计量，一般分为机电式与电子式两种。机电式电度表不仅需要电力公司动员大量人力进行抄表，同时显示功能单一，供电公司与用户仅能了解到消耗的有功功率的多少。随着用户的用电环境越来越复杂，用户不仅消费大量的有功功率，还会消费大量的无功功率，在此情形下，电子式电表得到了快速发展，电子式电表不仅能计量有功功率又能计量无功功率，给电力部门和用户明确收费提供依据。然而，目前常规的电子式电表，由于在设计上仅使用进线端的电压和火线的进出端所流经的电流作为电能计量的依据，且大多数没有使用可靠的铅封，导致一些窃电方式很容易被实现，却又很难被检测出，甚至对于一些非常简单的窃电行为也无能为力。因此，目前迫切需要一种计量功能全面、防窃电能力强、抄表作业方便的电能计量表。
实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题是:鉴于现有的电能计量表存在计量功能单一、抄表作业繁重且防窃电能力差的问题，而提供一种可远程抄表的防窃电智能型电能计量表，以满足目前的应用需求。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种可远程抄表的防窃电智能型电能计量表，包括有电源模块、带采样电流电路的零线电流互感器、带采样电流电路的相电流互感器、带采样电压电路的电压互感器、信号调理电路、模数转换电路、霍尔元件、带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路、MCU控制单元、操作显示界面、蜂鸣器及通信模块，所述的电源模块与带采样电压电路的电压互感器导线连接，带采样电流电路的零线电流互感器、带采样电流电路的相电流互感器、带采样电压电路的电压互感器均与信号调理电路电连接，信号调理电路与模数转换电路电连接，模数转换电路通过SPI总线与带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路连接，霍尔元件与模数转换电路电连接，带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路通过SPI总线与MCU控制单元连接，MCU控制单元外连操作显示界面、蜂鸣器及通信模块。
[0005]该可远程抄表的防窃电智能型电能计量表的工作过程及原理如下:配电网中的三相电压、电流分别经过该电能计量表的带采样电压电路的电压互感器、带采样电流电路的相电流互感器，并被分别转换为幅值为0.5V左右的电压信号与幅值为5mA左右电流信号，电压信号与电流信号再分别经信号调理电路调理(滤波)后，由模数转换电路采样并输入带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路，带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路计算出有功功率与无功功率数值并对数据进行快速傅里叶分解求解其各次谐波数据，通过SPI总线与MCU控制单元进行交互，MCU控制单元令操作显示界面显示数值(有功功率、无功功率及各次电压、电流谐波数据等)，并通过通信模块将用电数据上传给供电公司，从而实现远程抄表。用户还可以通过该电能计量表的操作显示界面的按键设定功率限定值，从而当消耗的功率限定值超过设定值时，带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路生成控制信号驱动MCU控制单元输出PWM脉冲以驱动蜂鸣器告警，实现限值告警功能。该电能计量表的防窃电方式包含两种，分别为防磁场干扰窃电与防电流不平衡窃电。磁场干扰窃电的原理是窃电者通过在电能表附近放置强磁磁铁来干扰电能表的正确计量，达到窃电的目的，因此该电能计量表的霍尔元件用于检测电能表周围的磁场强度，根据不同的环境要求补偿因磁场干扰造成的计量误差，当检测到的磁场强度大于预先根据环境设置的最小出现磁场干扰窃电现象的场强值时，即判定为有窃电现象发生，并对事件进行记录，MCU控制单元生成PWM脉冲驱动蜂鸣器告警(与限值告警的频率范围不同)，同时进行跳闸处理。防磁场干扰窃电功能适用于三相电能计量和单相电能计量。电流不平衡窃电是指窃电发生时所测得的任何火线和零线的负载电流不相等，这是由于窃电者旁路部分电流，导致电能表的测量值小于真实值，从而达到窃电目的，该电能计量表中的带采样电流电路的零线电流互感器与带采样电流电路的相电流互感器分别用来测量零线电流与火线电流，并在采样后自动对比两者电流的大小，考虑到测量误差与漏电流的影响，在比较大小时，预置了电流的窃电比例因数，当火线电流大于零线电流与窃电比例因数的乘积或零线电流大于火线电流与窃电比例因数的乘积时，即判定为发生了窃电现象，此时对事件进行记录，MCU控制单元生成PWM脉冲驱动蜂鸣器报警(与限值告警及磁场干扰窃电告警的频率范围不同)，同时进行跳闸处理。防电流不平衡窃电功能适用于电能计量表作为单相电能计量表使用时。
[0006]本实用新型的有益效果是:该可远程抄表的防窃电智能型电能计量表在使用时运行稳定可靠，计量功能全面，能够在线实时计量用户所消耗的有功功率和无功功率的数值以及各次电压、电流的谐波数据等，还具有用电量超标(用户自行设定上限值)提醒功能；该可远程抄表的防窃电智能型电能计量表通过自行向供电公司上传用户用电数据而实现远程抄表功能，并且具有防磁场干扰窃电与防电流不平衡窃电的强大防窃电处理功能。该可远程抄表的防窃电智能型电能计量表产品性价比高，具有很好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0008]图1是本实用新型的结构示意框图(图中附带的箭头表示信号的传送关系)。
【具体实施方式】
[0009]一种可远程抄表的防窃电智能型电能计量表，如图1所示，其包括有电源模块、带采样电流电路的零线电流互感器、带采样电流电路的相电流互感器、带采样电压电路的电压互感器、信号调理电路、模数转换电路、霍尔元件、带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路、MCU控制单元、操作显示界面、蜂鸣器及通信模块，电源模块与带采样电压电路的电压互感器导线连接，带采样电流电路的零线电流互感器、带采样电流电路的相电流互感器、带采样电压电路的电压互感器均与信号调理电路电连接，信号调理电路与模数转换电路电连接，模数转换电路通过SPI总线与带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路连接，霍尔元件与模数转换电路电连接，带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路通过SPI总线与MCU控制单元连接，MCU控制单元外连操作显示界面、蜂鸣器及通信模块。模数转换电路为六通道16位的高速A/D模数转换电路，其以交流耦合差分输入方式对信号进行采样，并外加高速时钟，以满足同时对三路电压和三路电流的采集要求。电源模块具有3路独立电源接口，以保证当三相电压中任意一相电压或两相电压失压时电能计量表能正常工作，并采用了 LM2596集成稳压芯片，能够稳定输出3.3V、5V、12V的电压。
[0010]该可远程抄表的防窃电智能型电能计量表的工作过程及原理如下:配电网中的三相电压、电流分别经过该电能计量表的带采样电压电路的电压互感器、带采样电流电路的相电流互感器，并被分别转换为幅值为0.5V左右的电压信号与幅值为5mA左右电流信号，电压信号与电流信号再分别经信号调理电路调理(滤波)后，由模数转换电路采样并输入带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路，带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路计算出有功功率与无功功率数值并对数据进行快速傅里叶分解求解其各次谐波数据，通过SPI总线与MCU控制单元进行交互，MCU控制单元令操作显示界面显示数值(有功功率、无功功率及各次电压、电流谐波数据等)，并通过通信模块将用电数据上传给供电公司，从而实现远程抄表。用户还可以通过该电能计量表的操作显示界面的按键设定功率限定值，从而当消耗的功率限定值超过设定值时，带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路生成控制信号驱动MCU控制单元输出PWM脉冲以驱动蜂鸣器告警，实现限值告警功能。该电能计量表的防窃电方式包含两种，分别为防磁场干扰窃电与防电流不平衡窃电。磁场干扰窃电的原理是窃电者通过在电能表附近放置强磁磁铁来干扰电能表的正确计量，达到窃电的目的，因此该电能计量表的霍尔元件用于检测电能表周围的磁场强度，根据不同的环境要求补偿因磁场干扰造成的计量误差，当检测到的磁场强度大于预先根据环境设置的最小出现磁场干扰窃电现象的场强值时，即判定为有窃电现象发生，并对事件进行记录，MCU控制单元生成PWM脉冲驱动蜂鸣器告警(与限值告警的频率范围不同)，同时进行跳闸处理。防磁场干扰窃电功能适用于三相电能计量和单相电能计量。电流不平衡窃电是指窃电发生时所测得的任何火线和零线的负载电流不相等，这是由于窃电者旁路部分电流，导致电能表的测量值小于真实值，从而达到窃电目的，该电能计量表中的带采样电流电路的零线电流互感器与带采样电流电路的相电流互感器分别用来测量零线电流与火线电流，并在采样后自动对比两者电流的大小，考虑到测量误差与漏电流的影响，在比较大小时，预置了电流的窃电比例因数，当火线电流大于零线电流与窃电比例因数的乘积或零线电流大于火线电流与窃电比例因数的乘积时，即判定为发生了窃电现象，此时对事件进行记录，MCU控制单元生成PWM脉冲驱动蜂鸣器报警(与限值告警及磁场干扰窃电告警的频率范围不同)，同时进行跳闸处理。防电流不平衡窃电功能适用于电能计量表作为单相电能计量表使用时。
[0011]上述实施例仅用于解释说明本实用新型，而非对本实用新型权利保护的限定，凡是在本实用新型本质方案的基础上进行的任何非实质性的改动，均应落入本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种可远程抄表的防窃电智能型电能计量表，其特征在于:包括有电源模块、带采样电流电路的零线电流互感器、带采样电流电路的相电流互感器、带采样电压电路的电压互感器、信号调理电路、模数转换电路、霍尔元件、带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路、MCU控制单元、操作显示界面、蜂鸣器及通信模块，所述的电源模块与带采样电压电路的电压互感器导线连接，带采样电流电路的零线电流互感器、带采样电流电路的相电流互感器、带采样电压电路的电压互感器均与信号调理电路电连接，信号调理电路与模数转换电路电连接，模数转换电路通过SPI总线与带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路连接，霍尔元件与模数转换电路电连接，带EEPROM和FLASH存储器的DSP数字信号处理电路通过SPI总线与MCU控制单元连接，MCU控制单元外连操作显示界面、蜂鸣器及通信模块。
【文档编号】G01R22/10GK204166050SQ201420686232
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】李忠良, 范不井, 李永刚, 李建文, 王国智, 齐飞, 姬哲, 龙洁, 成有才, 刘芳 申请人:国家电网公司, 国网河南省电力公司焦作供电公司, 华北电力大学（保定）