一种智能电力计量系统及其控制方法与流程

本发明属于用电信息采集技术领域，特别是涉及一种智能电力计量系统及其控制方法。

背景技术：

智能电表采用数字化和信息化技术，能够较为准确地对负载的电压、电流等数据进行准确计量，具有安全性好、准确度高等优点，并且再结合通信技术，能够将计量数据传送至远端站点，为电力计费、负载响应以及故障监测等应用提供高质量的实时数据，因此，智能电表作为智能电网建设的重要基础设施，能够促进电网建设的可负担性并降低用电数据采集的成本。目前，在低压供电层面，供电公司面临的问题除了低压集抄外还要防止电力偷窃行为，因此工作人员的工作量大，且供电公司的经济损失严重。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种智能电力计量系统及其控制方法。

为了达到上述目的，本发明提供的智能电力计量系统包括：第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、微控制板、显示模块、电源模块、gsm模块和远端站点；第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、微控制板、显示模块、电源模块、gsm模块构成设置在计量现场的智能电表，其中：微控制板为智能电表的控制器，其分别与第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、显示模块、电源模块和gsm模块相连接；第一霍尔传感器和第二霍尔传感器为霍尔电流传感器，相线l和零线n组成单相用户供电线路，第一霍尔传感器安装在相线l上，用于检测相线电流，第二霍尔传感器安装在零线n上，用于检测零线电流；显示模块用于显示计量现场检测信息；电源模块为智能电表的工作电源，其电源输入端分别与相线l和零线n连接；gsm模块为无线通信模块，微控制板通过gsm模块与供电公司的远端站点连接；远端站点为本系统的计量上位机，远端站点7以无线的方式与微控制板交换数据。

所述的微控制板采用arduinomega2560控制板。

所述的显示模块为lcd显示器电路，与微控制板的数字输出接口直接连接。

所述的电源模块由降压变压器和桥式整流滤波器构成。

本发明提供的智能电力计量系统的控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

s1、在微控制板的控制下，利用第一霍尔传感器和第二霍尔传感器分别实时检测离开和进入智能电表的相线l和零线n上的电流，获取相线电流和零线电流的测量值；

s2、上述测量值将传送给微控制板，由微控制板对这两个测量值进行比较；

s3、如果某一时刻或某段时间的两个测量值相等则继续供电,并且继续获取相线电流和零线电流；

s4、如果某一时刻或某段时间的两个测量值之间的差值超过阈值，微控制板认定存在电力偷窃行为，因此输出控制信号将电源模块断开，同时利用gsm模块将信号发送给供电公司的远端站点并进行显示。

本发明提供的智能电力计量系统及其控制方法的优点和积极效果是：

本系统可采用gsm模块将控制命令发送到智能电表，并且智能电表可gsm模块回复相关的用电读数，通过这种方式，允许供电公司能够更好地监控低压用户实时用电数据，同时采用优化设计的智能电表能够基于对潜在的异常用电行为进行供电切断，并将相关信息反馈给远端站点，为供电公司提供更好的电力偷窃检测功能。本智能计量系统是面向家庭和工业用途的简单的低功耗电力计量和控制系统，可用于电力计费、选择性减载和电力偷窃控制。

附图说明

图1是本发明提供的智能电表系统结构示意图；

图2是本发明提供的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的智能电力计量系统及其控制方法进行详细说明。

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明提供的智能电力计量系统包括：

第一霍尔传感器1、第二霍尔传感器2、微控制板3、显示模块4、电源模块5、gsm模块6和远端站点7；第一霍尔传感器1、第二霍尔传感器2、微控制板3、显示模块4、电源模块5、gsm模块6构成设置在计量现场的智能电表，其中：微控制板3为智能电表的控制器，其分别与第一霍尔传感器1、第二霍尔传感器2、显示模块4、电源模块5和gsm模块6相连接；第一霍尔传感器1和第二霍尔传感器2为霍尔电流传感器，相线l和零线n组成单相用户供电线路，第一霍尔传感器1安装在相线l上，用于检测相线电流，第二霍尔传感器2安装在零线n上，用于检测零线电流；显示模块4为lcd显示器电路，为智能电表的显示器，用于显示计量现场检测信息；电源模块5为智能电表的工作电源，由降压变压器和桥式整流滤波器构成，其电源输入端分别与相线l和零线n连接；gsm模块6为无线通信模块，微控制板3通过gsm模块6与供电公司的远端站点7连接；远端站点7为本系统的计量上位机，远端站点7以无线的方式与微控制板3交换数据。

所述的微控制板3采用arduinomega2560控制板，该控制板作为核心控制板能够以非常高的转换率执行多项任务。

所述的gsm模块6用于智能电表与远端站点7进行通信，每5秒向远端站点7发送更新读数。

所述的显示模块4与微控制板3的数字输出(do)接口直接连接，用于显示所采集的电流、电压、消耗电能和负载功率在内的测量值。

本发明提供的智能电力计量系统不仅能够用于低压用户的用电费用计量，而且还能够进行低压用户电力偷窃检测。低压用户电力偷窃行为的主要形式是阻止负载电流进入电表，导致电表无法准确计量所消耗电能。为了减少这种类型的电力偷窃行为，在微控制板3的控制下，本系统使用两个相同的第一霍尔传感器1和第二霍尔传感器2来分别检测离开和进入智能电表的电流，即相线l和零线n上的电流，并将测量值传送至微控制板3，由微控制板3对这两个测量值进行比较。如果检测到某一时刻或某段时间的两个测量值之间的差值超过阈值，微控制板3则认定为存在电力偷窃行为，因此输出控制信号将电源模块5断开，同时利用gsm模块6将信号发送给供电公司的远端站点7并进行显示。

如图2所示，本发明提供的智能电力计量系统的控制方法包括按顺序进行的下列步骤：

s1、在微控制板3的控制下，利用第一霍尔传感器1和第二霍尔传感器2分别实时检测离开和进入智能电表的相线l和零线n上的电流，获取相线电流和零线电流的测量值；

s2、上述测量值将传送给微控制板3，由微控制板3对这两个测量值进行比较；

s3、如果某一时刻或某段时间的两个测量值相等则继续供电,并且继续获取相线电流和零线电流；

s4、如果某一时刻或某段时间的两个测量值之间的差值超过阈值，微控制板3认定存在电力偷窃行为，因此输出控制信号将电源模块5断开，同时利用gsm模块6将信号发送给供电公司的远端站点7并进行显示。

本发明提供的智能电力计量系统包括如下特征：

1、准确计费，这是智能电表系统的最基本要求；

2、安全地将所采集的用户用电数据自动传输至供电公司；

3、通过图形用户界面为供电公司和低压用户提供实时用电数据显示，以便供电公司能够更有效地实施负荷响应及帮助低压用户监控和管理电能消耗；

4、如果检测到可能的电力偷窃行为，可以针对性地切断用户电源；

5、如果存在对智能电表进行任何篡改的行为，系统将通过发送警报信号的方式通知远端站点。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

作为举例，在本实施例中，将智能电表应用于3种应用场景，分析本智能电表的测量准确性。

其中，

应用场景1：该场景中将120w的负载连接到本智能电表并检查智能电表上显示的读数，并将该智能电表读数与数字仪表上的读数进行比较；

应用场景2：该场景中将60w的负载连接到本智能电表并检查智能电表上显示的读数，并将该智能电表读数与数字仪表上的读数进行比较；

应用场景3：该场景中分别在120w和60w的负载情况下对不同的相、零线电流差值进行测试，以验证本智能电表系统检测电力偷窃行为的有效性和性能。

表1是上述3种应用场景中的智能电表测量结果。对场景1和场景2下应用数据进行分析可以发现，本智能电表在显示模块4上也显示了与数字仪表几乎相同的测量值。

表1

表2

表2为本智能电表检测电力偷窃行为的有效性和性能结果。电流差值分别设置为负载电流的5％、10％、20％、50％和100％。测试中阈值设为负载电流的10％。按照上述设置反复进行10组测试，发现两种负载水平下本系统的窃电检测准确率均高于90％，因此可以得出本系统具有良好窃电检测准确度，因此可提高窃电检测效率的结论。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。