单相电子式防窃电电能表设计
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摘要
随着用电量的高速增长,一些电力用户受经济利益的驱使,不惜采用违法手段进行窃电,电力管理部门虽投入大量的人力和物力试图解决窃电问题,但收效甚微。随着窃电手段的不断提高,以及现有防窃电措施的不足,窃电现象日益严重,窃电使国家和电力管理部门蒙受了巨大的经济损失。
针对当前严重的窃电现状和现有防窃电措施的局限性,本文设计并研制了一种基于SH69P561+双ADE7755结构的单相电子式防窃电电能表。系统既能实现电能的准确计量,又能实时准确甄别各种窃电行为。全文共分为6部分:
第1章为绪论,介绍了当前严重的窃电现状和防窃电措施的不足,探讨了基于单相电能表防窃电新技术的研究意义,指出了本论文的工作内容。
第2章介绍了单相电子式防窃电电能表结构和工作原理,探讨了系统的功能设计。
第3章详细介绍了信号调理与采集单元、信息管理单元、电源管理单元的硬件电路设计,讨论了硬件的抗干扰设计。
第4章介绍了单相电子式防窃电电能表的软件开发环境,着重阐述了系统的误差校正、窃电判断、电能计量等软件设计,探讨了系统软件的的抗干扰设计。
第5章探讨了系统数据采集、窃电判断测试中遇到的问题及解决方法,给出了系统的准确度要求、环境温度影响、电气要求试验和EMC试验等测试结果,给出了系统的实物图和LCD显示图。
结论部分总结全文的工作,并指出后续工作方向。
实际运行表明,单相电子式防窃电电能表能实现电能的准确计量,并能实时准确甄别各种窃电行为,且成本低廉。因此,单相电子式防窃电电能表具有广阔的市场应用前景。
With the development of the use of the energy, someone steal the power using different kinds of means, Although the power supply bureau has made great efforts to prevent from stealing power, the condition is not better. The methods that are used to steal power are improving, whereas the detecting methods of power stealing are deficient, the tampering actions are becoming more and more rampant.The stealing power has made tremendous loss of the state’s exchequer.
In this thesis, a new single-phase electronic anti-steal watt-hour meter that has the function of highly accurate metering and rightly identifying energy stealing activities is designed. The main contents of the thesis are follows:
1. The severe tampering actions and the disadvantage of tampering prevention means are introduced, the significance of design the single-phase electronic anti-steal watt-hour meter is discussed, and the main tasks of this thesis are pointed out.
2. The structure, principle and function of the single-phase electronic anti-steal watt-hour meter based on SH69P561+ADE7755 are described.
3. The hareware design of data acquisition unit, information-processing unit and power management unit are gave, and the methods of hareware design anti-disturbance are discussed.
4. The tools of the software design is introduced, the software designs of the error analysis, energy metering, and power monitoring are put forward, as well as the means of software design anti-disturbance are discussed.
5 The methods of meter testing are introduced, and the datas under diffirent test are given. Finally, the working of this thesis is summarized, and the deficiencies and improvement methods are pointed.
The single-phase electronic anti-steal watt-hour meter with low consumpition and low cost is put into use now. Practices indicate that the meter can identify power stealing activities rightly and meter power accurately, with highly reliability. Therefore the meter has comprehensive application foreground.
针对当前严重的窃电现状和现有防窃电措施的局限性,本文设计并研制了一种基于SH69P561+双ADE7755结构的单相电子式防窃电电能表。系统既能实现电能的准确计量,又能实时准确甄别各种窃电行为。全文共分为6部分:
第1章为绪论,介绍了当前严重的窃电现状和防窃电措施的不足,探讨了基于单相电能表防窃电新技术的研究意义,指出了本论文的工作内容。
第2章介绍了单相电子式防窃电电能表结构和工作原理,探讨了系统的功能设计。
第3章详细介绍了信号调理与采集单元、信息管理单元、电源管理单元的硬件电路设计,讨论了硬件的抗干扰设计。
第4章介绍了单相电子式防窃电电能表的软件开发环境,着重阐述了系统的误差校正、窃电判断、电能计量等软件设计,探讨了系统软件的的抗干扰设计。
第5章探讨了系统数据采集、窃电判断测试中遇到的问题及解决方法,给出了系统的准确度要求、环境温度影响、电气要求试验和EMC试验等测试结果,给出了系统的实物图和LCD显示图。
结论部分总结全文的工作,并指出后续工作方向。
实际运行表明,单相电子式防窃电电能表能实现电能的准确计量,并能实时准确甄别各种窃电行为,且成本低廉。因此,单相电子式防窃电电能表具有广阔的市场应用前景。
With the development of the use of the energy, someone steal the power using different kinds of means, Although the power supply bureau has made great efforts to prevent from stealing power, the condition is not better. The methods that are used to steal power are improving, whereas the detecting methods of power stealing are deficient, the tampering actions are becoming more and more rampant.The stealing power has made tremendous loss of the state’s exchequer.
In this thesis, a new single-phase electronic anti-steal watt-hour meter that has the function of highly accurate metering and rightly identifying energy stealing activities is designed. The main contents of the thesis are follows:
1. The severe tampering actions and the disadvantage of tampering prevention means are introduced, the significance of design the single-phase electronic anti-steal watt-hour meter is discussed, and the main tasks of this thesis are pointed out.
2. The structure, principle and function of the single-phase electronic anti-steal watt-hour meter based on SH69P561+ADE7755 are described.
3. The hareware design of data acquisition unit, information-processing unit and power management unit are gave, and the methods of hareware design anti-disturbance are discussed.
4. The tools of the software design is introduced, the software designs of the error analysis, energy metering, and power monitoring are put forward, as well as the means of software design anti-disturbance are discussed.
5 The methods of meter testing are introduced, and the datas under diffirent test are given. Finally, the working of this thesis is summarized, and the deficiencies and improvement methods are pointed.
The single-phase electronic anti-steal watt-hour meter with low consumpition and low cost is put into use now. Practices indicate that the meter can identify power stealing activities rightly and meter power accurately, with highly reliability. Therefore the meter has comprehensive application foreground.
引文
[1] 陈 向 群 . 电 能 计 量 技 能 考 核 培 训 教 材 . 北 京 : 中 国 电 力 出 版 社 ,2003:445-449
[2] 刘秋华. 电力企业管理. 北京:中国水利水电出版社,2004:273-276
[3] 黄文科. 电力远程智能管理信息系统应用于用电监测与反窃电系统的方案. 供用电,2005,22(2):60-62
[4] 刘军,高亮,蔡振江等. 单相全电子式防窃电电能表的研制. 河北农业大学学报,2003,26(2):93-96
[5] Chandler T. The technology development of automatic metering and monitoring systems. Power Engineering Conference,2005. IPEC 2005. The 7th International.Nov. 29 2005-Dec. 2 2005 Page(s):1-147
[6] 张翼翔. 电能表窃电现象分析. 山西电力,2007,(6):17-19
[7] 程海花,李晓明,黄军高等. 窃电检测在电能量计量计费系统中的应用.电力系统及其自动化学报,2001,13(6):53-57
[8] Djokic B,Bosnjakovic P,Begovic M. New method for reactive power and energy measurement. IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement,1992,41(2):280-285
[9] 宋君烈,蓝永林,刁芬. 采用矢量法分析监视非法窃电的自动检测装置.测控技术,2002,21(2):64-66
[10] Brent K , Bruce G. Protection, Metering, Monitoring, and Control of Medium-Voltage Power Systems. IEEE Trans. On Industry Applications,2004,40(1):33-40
[11] 贺晓蓉,董淳,刘述喜. 单相电能表防窃电新技术及应用. 供用电,2007,24(2):70-74
[12] 程海花,李晓明,黄军高等. 电能量计量计费系统的窃电检测. 电力自动化设备,2002,22(6):64-67
[13] 孙洪波. 三相电能计量系统防窃电技术研究:[重庆大学硕士学位论文].重庆:重庆大学,2001:1-2
[14] 江波 . 基于 PIC单片机的电力系统防窃电装置研究 . 广西电力, 2005,(6):65-67
[15] 吴小美. 防丢窃电的技术措施与管理. 电测与仪表,2003,40(446):8-10
[16] 邹玉明,冯庆东,张海忱. 防窃电装置在无线电负荷管理系统中的应用. 电力自动化设备,2002,22(6):68-70
[17] 刘 乾 业 , 刘 芳 彪 . 防 窃 电 三 相 用 电 户 窃 电 的 对 策 . 电 世 界 , 1998 ,(7):294-296
[18] Bandim C J,Alves J E R,Pinto A V,etal. Identification of energy theft and tampered meters using a central observer meter: a mathematical approach. IEEE PES. Transmission and Distribution Conference and Exposition,2003,(1):163-168
[19] 郑德平,靳晓燕. DDJ101a型单相多功能防窃电、防触电电能表. 电测与仪表,2002,39(436):22-24
[20] 孙凤杰,刘争芳,张永灿. 基于GPRS无线传输的防窃电系统. 电力系统通信,2007,28(171):53-56
[21] 高继贤,李晓媛,靳永强. 基于专用电能表芯片和SMS通信的防窃电监控系统的设计. 电气应用,2005,24(10):115-118
[22] 张春明,许心. 防窃电系统的应用. 高电压技术,2005,31(8):88-89
[23] 陈可钰. 城乡地区地区常见窃电手段及防范措施探讨. 供用电,2007,24(3):72-75
[24] 杨兰. 配电管理系统实现防窃电功能. 电力自动化设备,2002,22(1):84-85
[25] 候晓君,汤光泽. 窃电分析及防窃电技术措施. 天津电力技术,2007,(1):34-35
[26] 欧伟明,罗三定,张继红. 智能数控电流源的设计. 通信电源技术,2006,23(5):52-54
[27] 应仙茶. 微型电流互感器在静止式电能表中的应用 . 计量技术, 2003,(10):8-10
[28] 洪耀鹏. 计量用电流互感器的选择与使用. 电力标准化与计量,2004,13(2):42-44
[29] 王涛. 电压互感器二次压降对电能计量的影响及其改造方法. 广西电力,2004,27(1):14-17
[30] 龙军. 电能表中互感器角差的纠错算法 . 电力系统及其自动化学报,2005,17(3):59-62
[31] 刘阳力,滕召胜,周良璋等. 基于单相电能表防窃电新技术的研究. 计算机测量与控制,已录用
[32] 王文波,郭世明. 基于ADE7755的带CAN总线的工业用电度表设计方案.国外电子测量技术,2005,24(增刊):40-43
[33] 勾亚峰,叶卫平 . 基于 PIC16C66单片机的多费率电能表接口电路设计 . 自动化与仪表,2002,17(6):16-19
[34] 姜玉晗,李墨之. 计量芯片AD7755与ADE7755设计应用的区别. 仪器仪表用户,2004,11(1):61-63
[35] 王昭,曾国宏,张瑛博. 基于LPC9401单片机复费率电能表设计. 电测与仪表,2007,44(3):30-33
[36] 仪表技术编辑部. 电子电能表与电能测量技术讲座第二讲以AD7755设计的电子电能表. 仪表技术,2002(4):38-40
[37] Toth E,Franco A M R,Debatin R M. Power and energy reference system,applying dual-channel sampling. IEEE Trans. On Instrumentation and Measurement,2005,54(1):404-408
[38] 刘洪利. 智能型复费率数字电能表的设计. 上海电力学院学报,2005,21(3):241-244
[39] 何 立 民 . I2C总 线 应 用 系 统 设 计 . 北 京 : 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ,1995:52-199
[40] Sarkar A,Sengupta S. A Low-Cost Fault-Tolerant Rea,Reactive,and Apparent Power Measurement Technique Using Microprocessor. IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement,2007,56(6):2672-2680
[41] 王智昊,王志强. 一种新颖的电容降压型直流稳压辅助电源. 电源世界,2004,23(11):26-28
[42] 金永镐,金山海. 基于电解电容降压的小容量直流稳压电源. 信息技术,2006,(10):65-67
[43] 胡艳华,高赟. 限流稳压型本质安全直流电源的研制. 仪器仪表学报,2007,28(4):21-23
[44] Minosi A,Martinola A,Mankan S,etal. Intelligent, low-power and low-cost measurement system for energy consumption Virtual Environments. IEEE International Symposium on 27-29 July 2003. Human-Computer Interfaces and Measurement Systems,2003,(1):125-130
[45] 滕召胜. 便携式智能仪器通用低功耗单片机系统设计. 计算机工程与应用,2000,(4):83-84
[46] 王幸之,王雷. 单片机应用系统抗干扰设计. 北京:北京航空航天出版社,2000:200-220
[47] 王振华,张学平. 电磁兼容技术在 PCB 抗干扰设计中的应用. 中国无线电,2006,(2):60-63
[48] 王燕芳,宋辉. 单片机系统实用抗干扰设计. 电子工程师,2006,32(7):49-51
[49] 易霞. 基于 RFID+STS 的预付费单相电能表设计:[湖南大学硕士学位论文]. 湖南长沙:湖南大学,2007:20-40
[50] 周航慈. 单片机应用程序设计技术. 北京:北京航空航天大学出版社,2002:140-158
[51] 滕召胜,罗隆福,童调生. 智能检测系统与数据融合. 北京:机械工业出版社,2000:150-167
[52] Kawagoe J , Tsuchiyama T , So E. A Digital System for Calibrating Active/Reactive Power and Energy Meters. Precision Electromagnetic Measurements Digest,2004 Conference. 2004,(6):293-294
[53] 马晓光. 电子式电能表的误差及其调整方法. 电气时代,2004,(3):124-125
[54] Georgakopoulos D,Wright P S. Calibration of energy and power meters under non-sinusoidal conditions. IEE Proceedings Science,Measurement and Technology,2006,153(6):241-247
[55] 王红卫. 浅谈计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术. 太原科技,2005,(3):58-59
[56] 宗 承 云 , 王 康 元 . 智 能 电 能 表 的 电 磁 兼 容 . 浙 江 大 学 学 报 , 2001 ,35(6):681-683
[57] Sachdeva A,Chand S. EMC evaluation and analysis of electronic energy meter, Electromagnetic Interference and Compatibility.Proceedings of the International Conference. 1999,(12):190-192
[58] 白同云. 电磁兼容设计. 北京:北京邮电大学出版社,2001:180-188
[59] 郭红霞. 群脉冲对电子式电能表性能的影响. 山东电力高等专科学校学报,2005,(3):50-53
[60] 国家计量技术监督局计量司. 电能表技术手册. 北京:中国计量出版社,2000:88-110
[2] 刘秋华. 电力企业管理. 北京:中国水利水电出版社,2004:273-276
[3] 黄文科. 电力远程智能管理信息系统应用于用电监测与反窃电系统的方案. 供用电,2005,22(2):60-62
[4] 刘军,高亮,蔡振江等. 单相全电子式防窃电电能表的研制. 河北农业大学学报,2003,26(2):93-96
[5] Chandler T. The technology development of automatic metering and monitoring systems. Power Engineering Conference,2005. IPEC 2005. The 7th International.Nov. 29 2005-Dec. 2 2005 Page(s):1-147
[6] 张翼翔. 电能表窃电现象分析. 山西电力,2007,(6):17-19
[7] 程海花,李晓明,黄军高等. 窃电检测在电能量计量计费系统中的应用.电力系统及其自动化学报,2001,13(6):53-57
[8] Djokic B,Bosnjakovic P,Begovic M. New method for reactive power and energy measurement. IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement,1992,41(2):280-285
[9] 宋君烈,蓝永林,刁芬. 采用矢量法分析监视非法窃电的自动检测装置.测控技术,2002,21(2):64-66
[10] Brent K , Bruce G. Protection, Metering, Monitoring, and Control of Medium-Voltage Power Systems. IEEE Trans. On Industry Applications,2004,40(1):33-40
[11] 贺晓蓉,董淳,刘述喜. 单相电能表防窃电新技术及应用. 供用电,2007,24(2):70-74
[12] 程海花,李晓明,黄军高等. 电能量计量计费系统的窃电检测. 电力自动化设备,2002,22(6):64-67
[13] 孙洪波. 三相电能计量系统防窃电技术研究:[重庆大学硕士学位论文].重庆:重庆大学,2001:1-2
[14] 江波 . 基于 PIC单片机的电力系统防窃电装置研究 . 广西电力, 2005,(6):65-67
[15] 吴小美. 防丢窃电的技术措施与管理. 电测与仪表,2003,40(446):8-10
[16] 邹玉明,冯庆东,张海忱. 防窃电装置在无线电负荷管理系统中的应用. 电力自动化设备,2002,22(6):68-70
[17] 刘 乾 业 , 刘 芳 彪 . 防 窃 电 三 相 用 电 户 窃 电 的 对 策 . 电 世 界 , 1998 ,(7):294-296
[18] Bandim C J,Alves J E R,Pinto A V,etal. Identification of energy theft and tampered meters using a central observer meter: a mathematical approach. IEEE PES. Transmission and Distribution Conference and Exposition,2003,(1):163-168
[19] 郑德平,靳晓燕. DDJ101a型单相多功能防窃电、防触电电能表. 电测与仪表,2002,39(436):22-24
[20] 孙凤杰,刘争芳,张永灿. 基于GPRS无线传输的防窃电系统. 电力系统通信,2007,28(171):53-56
[21] 高继贤,李晓媛,靳永强. 基于专用电能表芯片和SMS通信的防窃电监控系统的设计. 电气应用,2005,24(10):115-118
[22] 张春明,许心. 防窃电系统的应用. 高电压技术,2005,31(8):88-89
[23] 陈可钰. 城乡地区地区常见窃电手段及防范措施探讨. 供用电,2007,24(3):72-75
[24] 杨兰. 配电管理系统实现防窃电功能. 电力自动化设备,2002,22(1):84-85
[25] 候晓君,汤光泽. 窃电分析及防窃电技术措施. 天津电力技术,2007,(1):34-35
[26] 欧伟明,罗三定,张继红. 智能数控电流源的设计. 通信电源技术,2006,23(5):52-54
[27] 应仙茶. 微型电流互感器在静止式电能表中的应用 . 计量技术, 2003,(10):8-10
[28] 洪耀鹏. 计量用电流互感器的选择与使用. 电力标准化与计量,2004,13(2):42-44
[29] 王涛. 电压互感器二次压降对电能计量的影响及其改造方法. 广西电力,2004,27(1):14-17
[30] 龙军. 电能表中互感器角差的纠错算法 . 电力系统及其自动化学报,2005,17(3):59-62
[31] 刘阳力,滕召胜,周良璋等. 基于单相电能表防窃电新技术的研究. 计算机测量与控制,已录用
[32] 王文波,郭世明. 基于ADE7755的带CAN总线的工业用电度表设计方案.国外电子测量技术,2005,24(增刊):40-43
[33] 勾亚峰,叶卫平 . 基于 PIC16C66单片机的多费率电能表接口电路设计 . 自动化与仪表,2002,17(6):16-19
[34] 姜玉晗,李墨之. 计量芯片AD7755与ADE7755设计应用的区别. 仪器仪表用户,2004,11(1):61-63
[35] 王昭,曾国宏,张瑛博. 基于LPC9401单片机复费率电能表设计. 电测与仪表,2007,44(3):30-33
[36] 仪表技术编辑部. 电子电能表与电能测量技术讲座第二讲以AD7755设计的电子电能表. 仪表技术,2002(4):38-40
[37] Toth E,Franco A M R,Debatin R M. Power and energy reference system,applying dual-channel sampling. IEEE Trans. On Instrumentation and Measurement,2005,54(1):404-408
[38] 刘洪利. 智能型复费率数字电能表的设计. 上海电力学院学报,2005,21(3):241-244
[39] 何 立 民 . I2C总 线 应 用 系 统 设 计 . 北 京 : 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ,1995:52-199
[40] Sarkar A,Sengupta S. A Low-Cost Fault-Tolerant Rea,Reactive,and Apparent Power Measurement Technique Using Microprocessor. IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement,2007,56(6):2672-2680
[41] 王智昊,王志强. 一种新颖的电容降压型直流稳压辅助电源. 电源世界,2004,23(11):26-28
[42] 金永镐,金山海. 基于电解电容降压的小容量直流稳压电源. 信息技术,2006,(10):65-67
[43] 胡艳华,高赟. 限流稳压型本质安全直流电源的研制. 仪器仪表学报,2007,28(4):21-23
[44] Minosi A,Martinola A,Mankan S,etal. Intelligent, low-power and low-cost measurement system for energy consumption Virtual Environments. IEEE International Symposium on 27-29 July 2003. Human-Computer Interfaces and Measurement Systems,2003,(1):125-130
[45] 滕召胜. 便携式智能仪器通用低功耗单片机系统设计. 计算机工程与应用,2000,(4):83-84
[46] 王幸之,王雷. 单片机应用系统抗干扰设计. 北京:北京航空航天出版社,2000:200-220
[47] 王振华,张学平. 电磁兼容技术在 PCB 抗干扰设计中的应用. 中国无线电,2006,(2):60-63
[48] 王燕芳,宋辉. 单片机系统实用抗干扰设计. 电子工程师,2006,32(7):49-51
[49] 易霞. 基于 RFID+STS 的预付费单相电能表设计:[湖南大学硕士学位论文]. 湖南长沙:湖南大学,2007:20-40
[50] 周航慈. 单片机应用程序设计技术. 北京:北京航空航天大学出版社,2002:140-158
[51] 滕召胜,罗隆福,童调生. 智能检测系统与数据融合. 北京:机械工业出版社,2000:150-167
[52] Kawagoe J , Tsuchiyama T , So E. A Digital System for Calibrating Active/Reactive Power and Energy Meters. Precision Electromagnetic Measurements Digest,2004 Conference. 2004,(6):293-294
[53] 马晓光. 电子式电能表的误差及其调整方法. 电气时代,2004,(3):124-125
[54] Georgakopoulos D,Wright P S. Calibration of energy and power meters under non-sinusoidal conditions. IEE Proceedings Science,Measurement and Technology,2006,153(6):241-247
[55] 王红卫. 浅谈计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术. 太原科技,2005,(3):58-59
[56] 宗 承 云 , 王 康 元 . 智 能 电 能 表 的 电 磁 兼 容 . 浙 江 大 学 学 报 , 2001 ,35(6):681-683
[57] Sachdeva A,Chand S. EMC evaluation and analysis of electronic energy meter, Electromagnetic Interference and Compatibility.Proceedings of the International Conference. 1999,(12):190-192
[58] 白同云. 电磁兼容设计. 北京:北京邮电大学出版社,2001:180-188
[59] 郭红霞. 群脉冲对电子式电能表性能的影响. 山东电力高等专科学校学报,2005,(3):50-53
[60] 国家计量技术监督局计量司. 电能表技术手册. 北京:中国计量出版社,2000:88-110