基于物联网的安全用电智能计量设备研发与应用①
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摘 要：基于物联网的安全用电智能计量设备的研发，是针对现在过多的电力需求而特意研发出来的。智能计量设备的研发，需要从智能电表设计的理念和需求、智能电表设计的思路和创新点、智能电表设计的技术和功能等多方面考虑，使安全用电智能计量设备能够在物联网的网络上和系统上都能够得到广泛的应用，实现在电气设备的参数上，能够智能化的收集、记录和存储。本文就浅谈基于物联网的安全用电智能计量设备研发与应用。
关键词：物联网 安全用电智能计量设备 研发与应用
中图分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）09（b）-0140-02
随着我国经济的发展，人们对于用电的需求越来越多，而电力系统作为人们用电重要的能源单位，是人们安全稳定用电的保证，所以，保证电力系统的稳定运行是非常重要的一个课题。随着物联网的概念提出和不断的发展，在物联网的技术上，对电力系统的变电、输电、配电等多方面系统进行监控和安保的措施，是电力系统物联网安全系统的核心。这其中，由于用电设备不断的增多，安全隐患也越来越大，通过互联网技术研发和应用电力智能计量设备，是安全用电的有效途径。
1 安全用电智能计量设备研发的环境及原理
随着5G网络即将商业化的发展状态，物联网的概念和应用也越来越完善，在这样的一个基础上，依托于物联网研发的安全用电智能计量设备的终端，智能电表将会成为我国智能电网构建的关键一环。事实上，传统的电表，不管是机械式的电表还是电子式的电表，都有着很大的不足，不能够满足现在化智能用电的需求，也不符合用户的利益。在这种情况下，不管是电力企业还是用电的客户都需要一款全新的能够满足双方在电能上和电量上数据共享，智能电表就是在这种情况下诞生的。智能电表在物联网的加持下拥有了很多传统电表没有的功能，除了能够完成数据的采集和显示，也能够对数据进行监视和存储，一旦出现异常还会启动报警的功能，可以说在用电的安全上有着很大的作用。安全用电智能计量设备的原理是通过OFDM 技术，将电力载波的通讯传输给物联网的集中器上，集中器再将各电表的数据参数分类整理和汇总，反馈给电力企业的管理中心，这样，智能电表就能够实现电力企业和用户的双向通信。
2 智能计量系统的功能和应用
随着大数据、“互联网+”等信息技术的高速发展，以高新技术为依托的智能计量系统对经济社会产生了深远影响，并由此引发了量值传递和溯源方式上新的变革。智能计量其应用的意义主要是：进行测量资源的准确配置和有效管理，实现测量设备和检测终端数字化、智能化和互联互通，完整、必要、准确和高效地采集各种重要数据，专业、智能、集成和协同地利用数据、采取行动，完成测量和质量控制的策划、配置和规范，融合制造企业的设计、计划、制造、质量四大过程及其系统，建立高度准确和国际互认的国家测量标准和测量技术。
3 智能计量设备设计与研发
3.1 主控单元
主控单元是智能计量设备设计的核心，也是所有硬件设施的集中体现。主控单元涉及的内容是比较多的，包括计量模块和电源模块、LCD显示和存储芯片、串口模块和RTC时钟。主控单元的设计上采用了集成计量和MCU控制的ADE7169F16计量芯片，ADE7169是SOC单芯片，集成了51核单片机，电源管理（ADC电池电压测量），硬件RTC（温补）。所以主控单元在这样的设计模式下，使得计量设备，不管是在电压、电流、功率衫，还是在电能和频率上，计量的效果都非常的精准。
3.2 受控单元
受控单元的设计，要根据智能计量使用的环境的需要，选择性的使用固态的开关或者是普通的开关。普通开关的通断原理是依靠活动的金属触点来实现电能的阶段和断开，这种开关在本质上，是一种机械装置，虽然这种装置在电能断开时会出现电弧的情况，连接时有所需要大量的时间，但是在背后中能够开关成本非常低，所以是现在主流选择的开关。固态开关主要是根据半导体的导电性实现电能间歇性的连断，由于它本质上是通过内部电离子的运动来实现断开和连接的，因此再连接不会生产电弧，断开的时间也非常快，还可以在发生短路的情况下，迅速切断电路，减少了损失的能源。除此之外，受控单元的主控程序设计也是重要的一环，在物联网的基础上，应当增加过电流保护和超压以及欠压的功能，保证电流流动的过程中出现意外能够有高速有效的防范措施。智能计量设备和电力设备的运行是息息相关的，但是由于电气设备的额定电流电压在实际的应用中不能够在理想的环境下工作，因此，就需要设计欠压和超压以及增加电流保护的功能，来保证电路的安全。
3.3 串口通讯
智能电表的另一大设计理念就是能够实现双重通讯，在电力企业和用户之间增加用电量的透明度，这其中的技术串口通讯是重要的一个模块。串口通讯主要是通过智能计量设备内部的系统和电力企业终端的系统间通过算法和指令对电能流通的数据进行采集，进而双向通讯的设计。一般来说现阶段串口通讯的模块有WIFI模块和NB-IOT模块、GPRS模块和LoRa模块以及4G模块等，这些模块都可以根据具体的工作环境进行采用。
4 基于物联网的安全用电智能计量设备应用
4.1 物聯网络应用架构
在物联网的基础上开发的智能计量设备，本质上也是物联网的一部分，构建一个大型综合性的网络体系。智能计量系统具有物联网的很多特性，比如说技术性、包容性、安全性、广泛性等优点。它的网络应用架构中，主要是通过计量的感知层和网络传输层以及智能应用层单个方面组成，计量的感知层主要是用过智能计量设备内部的传感器，实现对计量的节点检测。同时和超高频射频识别的协同工作，从而形成一个传感网络，能够对传感器的工作进行管理并且获得海量计量数据的系统网络。网络传输主要是对于计量数据进行传输，在现阶段有了更多的传输方式，电话、光纤、无线通讯等多种网络进行信息数据的传递。应用智能层主要是物联网的应用。
4.2 用电信息采集
传统的用电信息采集系统主要是针对居民用户和商业用户，还有一些大小型变压器的使用用户，进行电能数据的采集，电能数据的管理。而基于物联网的安全用电计量设备在自动抄录电表的数据和有序用电的管理、异常用电的分析和安全防护方面也有着非常优良的作用，还能够实现双向通讯。
5 基于物联网的安全用电智能计量的优点
5.1 科技性
和传统的智能电表相比，基于物联网的安全用电智能电表不仅仅拥有常规的电表功能，而且在电能质量评估上表现的非常优异，除此之外还能进行故障分析、排查和报警的功能，满足了用户对于电能的使用情况的查询，也方便了电力企业的管理，有着很大的先进性。
5.2 安全性
基于物联网的安全用电智能电表能够在线路上，尤其是三相线路上的平衡和电能电力的检测上，有着明显的优点，在发现有任何危险的情况下，发出预警或者还是自行切断电源，极大增加了设备使用的安全，也从侧面维护了电力网的安全运行。
6 结语
随着电力物联网规模的不断发展和采集数据规模的累积和增加，后续工作将进一步开发和研究基于电力物联网采集数据的跨专业融合、深度共享与精准用户服务技术，能够为电网的生产、经营、管理提供更科学、高效、智能的辅助决策支撑。
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