題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 實(shí)時(shí)測量雙向通信智能電表
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品針對智能電網(wǎng)雙向的電力潮流和數(shù)字信息流，研發(fā)了一種實(shí)時(shí)測量雙向通信智能電表。 1、儲存刷新模塊為智能電網(wǎng)高效節(jié)能管理，實(shí)時(shí)提供帶時(shí)標(biāo)的電量信息；2、雙向交互式通信模塊，可接收調(diào)控信息及浮動(dòng)電價(jià)，發(fā)送電量及異常故障信息；3、雙向電量計(jì)量軟件，通過軟件判斷功率因數(shù)，成功地集成用戶側(cè)的分布式新能源；4、通過發(fā)送檢測到的故障信息，電力公司可快速定位診斷電網(wǎng)故障點(diǎn)。
- 詳細(xì)介紹：
- 一、作品目的：針對智能電網(wǎng)雙向的電力潮流和數(shù)字信息流，并且國內(nèi)的分時(shí)峰谷電表、預(yù)付費(fèi)電表和自動(dòng)抄表不支持信息和電能的交互。因此，研發(fā)了一種實(shí)時(shí)測量雙向通信智能電表。 二、作品技術(shù)原理：該作品進(jìn)行了以下突破，將之前非實(shí)時(shí)測量創(chuàng)新為實(shí)時(shí)測量，為智能電網(wǎng)高效節(jié)能管理提供帶有時(shí)標(biāo)的電量信息；將之前的單向通信創(chuàng)新為雙向通信，可接收調(diào)控信息及浮動(dòng)電價(jià)，發(fā)送電量及異常故障信息；將之前的單向計(jì)量創(chuàng)新為雙向計(jì)量，可計(jì)量分布式新能源倒送配電網(wǎng)的電能，成功地集成用戶側(cè)的分布式新能源。具體功能實(shí)現(xiàn)如下： 1）實(shí)時(shí)提供帶時(shí)標(biāo)的電量信息：由微控制器AT89S52、電能計(jì)量芯片ADE7878和存儲時(shí)鐘芯片DS32C35構(gòu)成實(shí)時(shí)測量電路。首先計(jì)量芯片對信號處理電路中的電流電壓信號進(jìn)行高速模數(shù)采樣，其次微控制器與計(jì)量芯片IIC通信，讀取電壓、電流、功率和功率因數(shù)等電量信息。然后微控制器將電量信息分門別類地寫入DS32C35的各FRAM區(qū)段中，同時(shí)讀取DS32C35中時(shí)鐘RTC的時(shí)間參數(shù)，并且對電量信息綁定時(shí)鐘參數(shù)。最后對存儲芯片DS32C35做必要的電量數(shù)據(jù)刷新。在主站召喚時(shí)，打包上傳帶時(shí)標(biāo)電量數(shù)據(jù)。最終可實(shí)時(shí)為智能電網(wǎng)的高效節(jié)能管理，提供帶時(shí)標(biāo)的電量信息。 2）雙向交互式通信：雙向通信電路采用收發(fā)器MAX485搭建，通過微控制器的通用異步串行接口UART實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。而嵌入式通信處理程序?qū)邮招畔⑦M(jìn)行拆包，分為上傳命令和電價(jià)信息發(fā)布及控制命令。若為上傳命令，打開TXD發(fā)送端口，判斷有無異常故障中斷，有則先打包傳送異常數(shù)據(jù)，無則打包傳送該時(shí)段電量信息；若為控制命令，進(jìn)行相應(yīng)的控制操作；若為電價(jià)信息發(fā)布命令，顯示實(shí)時(shí)電價(jià)數(shù)據(jù)，并以實(shí)時(shí)電價(jià)計(jì)費(fèi)。最終可接收調(diào)控信息及浮動(dòng)電價(jià)，發(fā)送電量及異常故障信息。真正實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)的信息交互，以及適應(yīng)高級化電力市場。 3）雙向電量計(jì)量：規(guī)定電能數(shù)據(jù)的二進(jìn)制代碼最高位為符號位，最高位為1，表示從電網(wǎng)取電狀態(tài)；最高位為0，表示向電網(wǎng)送電狀態(tài)。首先由計(jì)量芯片輸出的功率因數(shù)進(jìn)行正反向電量判斷，功率因數(shù)為正時(shí)置電能代碼最高位為1，功率因數(shù)為負(fù)時(shí)置最高位為0。然后對電能數(shù)據(jù)二進(jìn)制代碼的最高位分別累加即可求得正向和反向總有功。可準(zhǔn)確計(jì)量分布式新能源倒送配電網(wǎng)的電能，成功地集成用戶側(cè)的分布式新能源。 4）電網(wǎng)故障點(diǎn)快速定位診斷：當(dāng)計(jì)量芯片檢測到斷電故障（或其它異常）時(shí)，首先計(jì)量芯片IRQ0端口向微控制器INT0端口發(fā)中斷申請。其次微控制器讀取計(jì)量芯片中狀態(tài)復(fù)位寄存器的中斷事件類型。然后通過微控制器TXD 線發(fā)送故障信號，電力公司可以快速診斷故障點(diǎn)及故障類型，提高恢復(fù)供電的速度。 最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該智能電表可達(dá)到實(shí)時(shí)性以及信息和電能交互的效果。 三、作品支撐： 本作品成果在國內(nèi)核心期刊《電網(wǎng)技術(shù)》上發(fā)表1篇論文，并且被權(quán)威期刊《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》錄用1篇（均為第一作者）。而且在教育部科技查新站鑒定為作品的創(chuàng)新點(diǎn)在國內(nèi)未見報(bào)道。 本作品已授權(quán)1項(xiàng)國家實(shí)用新型專利，公開實(shí)審1項(xiàng)國家發(fā)明專利。并且智能電表龍頭企業(yè)北京博納電氣有限公司擬轉(zhuǎn)化產(chǎn)品并作推薦。 本作品同時(shí)還獲得多位專家的推薦，其中包括2名中國工程院院士，1名中國電力科學(xué)研究院高級工程師。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- ★發(fā)明目的：針對智能電網(wǎng)雙向的電力潮流和數(shù)字信息流，并且國內(nèi)的分時(shí)峰谷電表、預(yù)付費(fèi)電表和自動(dòng)抄表不支持信息和電能的交互，因此研發(fā)了一種實(shí)時(shí)測量雙向通信智能電表。 ★基本思路：根據(jù)智能電網(wǎng)對新型智能電表實(shí)時(shí)互動(dòng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)盡量以軟件控制代替硬件電路，簡化電路結(jié)構(gòu)，降低成本并減少故障率。主要由微控制器、電能計(jì)量芯片、時(shí)鐘存儲芯片、通信芯片和顯示器五大部分組成。 ★創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)關(guān)鍵： 1、實(shí)時(shí)提供帶時(shí)標(biāo)的電量信息：首先單片機(jī)讀取計(jì)量芯片的電量信息，后綁定時(shí)鐘參數(shù)。最后儲存帶時(shí)標(biāo)的電量信息以及控制存儲刷新模塊刷新數(shù)據(jù)。在主站召喚時(shí)，打包上傳帶時(shí)標(biāo)電量數(shù)據(jù)。可為智能化需求側(cè)的管理提供系統(tǒng)范圍內(nèi)的量測和可觀性。 2、雙向交互式通信：雙向通信電路采用收發(fā)器MAX485搭建，通過微控制器的通用異步串行接口UART實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。而嵌入式通信處理程序?qū)邮招畔⑦M(jìn)行拆包，分為上傳命令和電價(jià)信息發(fā)布及控制命令分別操作。最終可接收調(diào)控信息及浮動(dòng)電價(jià)，發(fā)送電量及異常故障信息。真正實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)的信息交互，以及適應(yīng)了高級化電力市場。 3、雙向電量計(jì)量：通過軟件判斷功率因數(shù)，可計(jì)量分布式新能源倒送配電網(wǎng)的電能，成功地集成用戶側(cè)的分布式新能源。 4、電網(wǎng)故障點(diǎn)快速定位診斷：計(jì)量芯片檢測到異常故障后，在后備電源保證下，由微控制器TXD 線發(fā)送故障信號。電力公司可快速診斷故障點(diǎn)及故障類型，提高恢復(fù)供電的速度。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 國內(nèi)相繼出現(xiàn)的分時(shí)峰谷電表、預(yù)付費(fèi)電能表及具有紅外抄表和異地抄表功能電能表還是電能表智能化的起步。它們都不具備實(shí)時(shí)雙向的功能，與真正意義上的智能電表還有很大差別。 ★科學(xué)性：實(shí)時(shí)測量雙向通信智能電表，提出了一種創(chuàng)新可行的實(shí)時(shí)測量模塊，為智能電網(wǎng)高效節(jié)能管理提供帶有時(shí)標(biāo)的電量信息；在交互方面，雙向通信模塊實(shí)現(xiàn)信息交互，雙向電量計(jì)量軟件實(shí)現(xiàn)電能交互。這與現(xiàn)有的電能表具有本質(zhì)上的區(qū)別，真正意義上滿足了智能電網(wǎng)要求的實(shí)時(shí)性以及信息和電能交互的功能。 ★先進(jìn)性：本作品已獲得1項(xiàng)國家實(shí)用新型專利授權(quán)并且公開實(shí)審1項(xiàng)國家發(fā)明專利。而且在教育部科技查新站鑒定為作品的創(chuàng)新點(diǎn)在國內(nèi)未見報(bào)道。并且獲得智能電表龍頭企業(yè)北京博納電氣公司擬轉(zhuǎn)化并推薦。本作品成果在國內(nèi)核心期刊《電網(wǎng)技術(shù)》上發(fā)表1篇，并且被權(quán)威期刊《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》錄用1篇。同時(shí)還得到2位中國工程院院士楊奇遜和黃其勵(lì)以及中國電力科學(xué)研究院高級工程師孫聲波的推薦?？梢姡陔p向通信和帶時(shí)間信息的電能計(jì)量方面都給出了一種創(chuàng)新可行的實(shí)現(xiàn)方案。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1、2010年3月獲批為國家級大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃（URP），并獲得國家教育部1萬元經(jīng)費(fèi)資助，并且在 2011年5月以優(yōu)秀成績結(jié)題； 2、2010年12月在中文核心期刊《電網(wǎng)技術(shù)》發(fā)表論文1篇；2011年4月被中文權(quán)威期刊《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》錄用論文1篇（均為第一作者）； 3、2011年5月在教育部科技查新工作站（G03）鑒定為作品的創(chuàng)新點(diǎn)在國內(nèi)未見報(bào)道； 4、2011年6月北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司評定方案創(chuàng)新，獲得楊奇遜院士推薦； 在國家電網(wǎng)東北電網(wǎng)評定技術(shù)可行，有廣闊應(yīng)用前景，獲得黃其勵(lì)院士推薦；在智能電表龍頭企業(yè)北京博納電氣公司鑒定技術(shù)創(chuàng)新可行，擬轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品并進(jìn)行推薦；在中國電力科學(xué)研究院通信與用電技術(shù)分公司評定為技術(shù)方案可行，具有較高的理論和現(xiàn)實(shí)意義。獲副總孫聲波高級工程師推薦； 5、2011年6月獲得省級挑戰(zhàn)杯比賽一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段，已經(jīng)通過在線仿真調(diào)試試驗(yàn)。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- ■實(shí)物、產(chǎn)品 ■圖紙 ■現(xiàn)場演示 ■圖片 ■錄像 ■樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- ★使用說明：用戶無需修改PCB布線就能進(jìn)行產(chǎn)品軟件升級。所提供設(shè)計(jì)包含必要的硬件和軟件，其中考慮到HAN負(fù)荷控制的要求，預(yù)留出負(fù)荷控制引腳。 ★技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢：1、模塊化設(shè)計(jì)：只需更換部分功能模塊就可實(shí)現(xiàn)智能電表的硬件升級；2、提供帶時(shí)標(biāo)的電量：區(qū)別于國內(nèi)電能表的按固定時(shí)間段分時(shí)計(jì)量，可為智能化需求側(cè)的管理提供系統(tǒng)范圍內(nèi)的量測和可觀性；3、雙向通信：支持浮動(dòng)電價(jià)適應(yīng)了高級化電力市場，而發(fā)送故障信息可快速定位系統(tǒng)故障；4、雙向電量計(jì)量：由于能計(jì)量分布式新能源倒送配電網(wǎng)的電能，可無縫集成用戶側(cè)的分布式新能源。 ★推廣前景和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 2010-2020年，中國將進(jìn)入智能電表更換高峰期，該智能電表推廣前景廣闊。該作品實(shí)時(shí)互動(dòng)功能，可平移友好負(fù)荷以實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷曲線的削峰填谷，減小發(fā)電成本。并且在電能可靠性和電能質(zhì)量方面的出色表現(xiàn)也可以提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)收益。
同類課題研究水平概述
- 目前，國內(nèi)外對智能電網(wǎng)的技術(shù)組成和實(shí)現(xiàn)順序進(jìn)行了深入研究。智能電網(wǎng)技術(shù)組成部分之一的高級量測體系是實(shí)現(xiàn)順序的第一步，其中智能電表最為關(guān)鍵。盡管各國對智能電網(wǎng)的關(guān)注點(diǎn)不同，然而智能電網(wǎng)的基本特征都要求電網(wǎng)和用戶的實(shí)時(shí)互動(dòng)。目前國內(nèi)外實(shí)時(shí)交互的智能電表仍在研發(fā)中，未進(jìn)入實(shí)用階段。 ★在帶時(shí)標(biāo)電量的實(shí)時(shí)測量方面：目前國內(nèi)智能電表的智能主要體現(xiàn)在抄表和付費(fèi)便捷化等，但還沒有涉及帶時(shí)標(biāo)電量的實(shí)時(shí)測量。例如分時(shí)峰谷電表，只是按固定時(shí)間的峰值段和谷值段計(jì)量，并非本質(zhì)的實(shí)時(shí)計(jì)量。除此，預(yù)付費(fèi)電能表及自動(dòng)抄表系統(tǒng)，這些還是電能表智能化的起步，與真正意義上的智能電表還有很大差別。實(shí)現(xiàn)帶時(shí)標(biāo)的電量測量，可為電力公司提供系統(tǒng)范圍的量測和可觀性。這保證了智能化需求側(cè)管理，被視為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的第一步。 ★在雙向通信方面：由于國家標(biāo)準(zhǔn)《DL/T645-2007 多功能表通信規(guī)約》在某些方面不能滿足智能電表的通信要求，如未涉及實(shí)時(shí)電價(jià)發(fā)布、戶內(nèi)網(wǎng)絡(luò)HAN負(fù)荷控制和竊電記錄上傳等信息。所以，在浮動(dòng)電價(jià)和控制信息接收機(jī)制，以及電量信息和異常故障信息發(fā)送處理方面在國內(nèi)仍是初步研究。如現(xiàn)有的IC卡電能表進(jìn)行通信時(shí)，用戶電表和供電公司相互獨(dú)立。用戶不能實(shí)時(shí)查詢用電信息和電價(jià)信息，供電公司也不能發(fā)送調(diào)控信息。這樣就不能滿足智能電網(wǎng)的信息交互要求，也不能適應(yīng)智能電網(wǎng)下的電力市場。 ★在雙向電量計(jì)量方面：由于分布式電源接入配電網(wǎng)還未進(jìn)入實(shí)用階段，配電網(wǎng)潮流仍是單向，目前的多功能電表不具備雙向計(jì)量功能?，F(xiàn)在學(xué)者正在積極研究采用不同的手段實(shí)現(xiàn)計(jì)量智能電網(wǎng)的雙向電力潮流。雙向電量計(jì)量可無縫集成用戶側(cè)分布式新能源，這也是國家智能電網(wǎng)利用潔凈能源和節(jié)能減排的要求。 綜上，智能電表作為智能電網(wǎng)信息和電能互動(dòng)性的良好媒介，在智能電網(wǎng)的建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用。目前國內(nèi)外實(shí)時(shí)交互的智能電表仍在研發(fā)中，未進(jìn)入實(shí)用階段。所設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)測量雙向通信智能電表提供了一種創(chuàng)新可行的實(shí)現(xiàn)方案，為實(shí)時(shí)交互智能電表的設(shè)計(jì)提供了參考。
