下圖是一個智能電表的原理框圖:

  下圖是一個硬件設計圖:

  智能電表主要是由電子元器件構成,其工作原理是通過對用戶供電電壓和電流的實時采樣,采用專用的電能表集成電路,對采樣電壓和電流信號進行處理,轉換成與電能成正比的脈沖輸出,最后通過單片機進行處理、控制,把脈沖顯示為用電量并輸出。通常把智能電表計量一度電時A/D轉換器所發出的脈沖個數稱之為脈沖常數,對于智能電能表來說,這是一個重要的常數,因為A/D轉換器在單位時間內所發出脈沖個數的多少,將直接決定著該表計量的準確度。

  目前智能電表大多數采用一戶一個A/D轉換器的設計原則,但也有些廠家生產的多用戶集中式智能電表采用多戶公用一個A/D轉換器,這樣對電能的計量只能采用分時排隊進行,會造成計量準確度的下降。

  智能電表的采樣方式

  當前電子式電能表對用戶用電采樣方式主要有兩種形式,一種是用互感器采樣,一種是直接采樣。

   采用互感器采樣是用電壓互感器和電流互感器分別采集用戶的電壓信號和電流信號;而直接采樣是用熱穩定性高的電阻分壓網絡來取得電壓信號,用電阻溫度系數小的錳銅片進行電流直接采樣。

  采用互感器采樣,在啟動電流、線性范圍、功耗和精度等方面都不如直接采樣,尤其是當電流值很小的時候。互感器采樣的優點是抗干擾性較強,線路簡單,成本比較低。例如,當額定電流為20A的時候,直接采樣的啟動電流為20mA,互感器采樣的啟動電流為40mA。又比如,采用專用的錳銅片經行直接電流采樣的全電子電能表誤差可調整到+0.5%,而采用電流互感器采樣,若不采取補償措施,互感器本身誤差可能超過5%。

  智能電表的抄表方案

  電度表作為電費收取的計量依據,涉及到抄表,從現行技術來看主要有IC卡式,遠傳抄表式。

  IC卡電表收費系統的本錢較低、可靠性高、使用壽命長。IC卡是用硅片(EEPROM)來存儲信息的,一張IC卡至少也可以使用10年以上。IC卡電表收費系統安全性高,不易仿制,收費正確,不易出錯。它具有很強的加密性。采用IC卡電表收費系統可進步居民用電收費的治理水平,確保電力部分能及時收到電費(用戶不繼續買電,將被斷電)。IC卡表的系統功能包括預收費功能,報警功能,斷電功能,顯示功能和加密功能。

  IC卡表的整個收費系統包括主機,IC卡電表和IC卡三部分。IC卡電表收費系統,實現了用電收費電子化,技術成熟可靠。所以,IC卡收費系統在我國得到了較大范圍的推廣。但是,從系統的角度來看,由于用戶終端與系統主機并沒有直接lian系,只有在用戶持卡交費時才能了解到用戶情況,信息反饋滯后,可以講,用戶終端仍然與整個網絡脫節。從經濟角度來看電力部分先收費后送電不符合經濟政策,可以說在一定程序上侵犯了用戶的利益,所以現在有很多城市已經原則上不再審批新的IC卡表項目,從長遠來看,IC卡收費系統只能作為一種過渡性產品。

  遠程自動抄表系統實現用電數據的自動抄收,可杜盡人工操縱的一切弊端。用戶的用電數據可直接進進用電營業的計算機治理系統,用電治理職員可隨時監視用電情況,發現題目(如故障、竊電等)及時處理。線損情況直接影響著供電部分的經濟效益,以前不管人工抄讀還是IC卡表都無法正確計量線損情況,找到線損原因也很困難,而采用遠傳抄表后可以幾乎同時取得總表讀數和分表總讀數,隨時把握線損情況,并較輕易地分析線損原因以便加以處理。隨著形勢的發展,居民在銀行開設個人賬戶,營業計算機治理系統與銀行聯網,完成數據的自動抄收、處理、銀行轉賬交費等全套操縱,可真正實現用電治理的自動化。現在國內的遠傳抄表系統主要有485總線和載波抄表兩種形式,載波集抄系統是利用專用芯片對用電數據進行調制解調,通過電力線進行通訊以實現集中抄表。485總線方式的數據傳輸可靠性高,且造價較低,缺點是需布線,安裝較復雜,另外拉線易被人為破壞,特別是現在很多小區不答應拉明線,使這種總線方式難于施工。現在采用較多的方案是用戶終端到數據集中器采用電力線載波通訊,數據集中器到上位機用專用dian話線。當然,根據小區的不同情況,也有很多采取485總線與電力載波配合使用的方案。

  由于全電子式智能電表的用電量數據已經數字化,可以很方便地與各種數據收集傳送電路配合組成自動計量計費地系統,是現行家用電度表地換代產品,該類產品的大量使用將節省供電部門大量的抄表計算工作,并能及時回收電費,即先付費后用電,具有巨大的經濟效益和社會效益。這樣的智能電表有兩種常見的抄表方案:總線制集中抄表和電力載波集中抄表。都是遠程抄表。

  總線制集中抄表:電表部分采用智能電表,各戶智能電表信號線并接在一根總線上,總線連接到樓下轉接器,各樓轉接器與小區的集中器相連,由集中器集中供電。

   電力載波抄表:直接利用現有低壓輸電線路進行數據傳輸的集中抄表系統,省去了鋪線工程,優勢明顯。

  該系統是集微電子技術、通訊技術和計算機技術于一體的高新產品,具有高可靠且安裝簡單等顯著特點,廣泛適用于城市及農村的電表、氣表抄收、計費和監控。但由于電力線是給用電設備傳送電能的,而不是用來傳送數據的,所以電力線對數據傳輸有許多限制:(1)配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用,所以電力載波信號只能在一個配電變壓器區域范圍內傳送;(2)不同信號耦合方式對電力載波信號損失不同;(3)電力線存在本身固有的脈沖干擾。另外電力線上的高削減、高噪聲、高變形,使電力線成為一個不理想的通信媒介,但由于現代通信技術的發展,使電力線載波通信成為可能,其中數據信號的信噪比決定傳輸距離的遠近。電力線載波通信的關鍵就是選用一個功能強大的電力線載波專用Modem芯片。

  智能電表的工作特點

  智能電表不只采用了電子集成電路的設計,再加上具有遠傳通信功能,可以與電腦聯網并采用軟件進行控制,因此與感應式電表相比,智能電表不管在性能還是操作功能上都具有很大的優勢。

  1、功耗:由于智能電表采用電子元件設計方式,因此一般每塊表的功耗僅有0·6w~0·7w左右,對于多用戶集中式的智能電表,其平均到每戶的功率則更小。而一般每只感應式電表的功耗為1·7w左右。

  2、精度:就表的誤差范圍而言,2·0級電子式電能表在5%~400%標定電流范圍內測量的誤差為±2%,而且目前普遍應用的都是精確等級為 1·0 級,誤差更小。感應式電表的誤差范圍則為+0·86%~-5·7%,而且由于機械磨損這種無法克服的缺陷,導致感應式電能表越走越慢,最終誤差越來越大。國家電網曾對感應式電表進行抽查,結果發現50%以上的感應式電表在用了5年以后,其誤差就超過了允許的范圍。

  3、過載、工頻范圍:智能電表的過載倍數一般能達到6~8倍,有較寬的量程。目前8~10倍率的表成正為越來越多用戶的選擇,有的甚至可以達到20倍率的寬量程。工作頻率也較寬,在40HZ~1000HZ范圍。而感應式電表的過載倍數一般僅為4倍,且工作頻率范圍僅為45~55HZ之間。

  4、功能:智能電表由于采用了電子表技術,可以通過相關的通信協議與計算機進行聯網,通過編程軟件實現對硬件的控制管理。因此智能電表不僅有體積小的特點,還具有了遠傳控制、復費率、識別惡性負載、反竊電、預付費用電等功能,而且可以通過對控制軟件中不同參數的修改,來滿足對控制功能的不同要求,而這些功能對于傳統的感應式電表來說都是很難或不可能實現的。