新型多用户电子式电能表的研究与设计

摘要

该课题针对目前居民楼和公寓等用电户集中场所的电能计量现状和存在的主要问题,研究设计了一种多用户电子式电能表.该电表可同时分别检测和记录多用户的有功电能,不仅具有结构紧凑、精度高、功耗低等优点,而且还可以分时段计量各用户的电能以提高电网利用率,达到避峰填谷的目的.基于这种电能表组成的远程自动抄表系统采用低压电力线载波进行底层数据的传输,通过通讯和计算机网络等技术自动读取和处理电能表数据.该文首先综述了电能表的发展和自动抄表系统的现状,并介绍了电能测量的基本原理,重点对∑-△A/D转换原理进行了分析.然后,论文对多用户电能表硬件电路的设计进行了阐述,包括电源电路、电能测量电路、存储器、时钟电路、显示器和键盘电路、译码电路以及用于电力线载波通信的发送、接收和耦合电路等.载波通信接口电路中选用了适合中国电网现状的由青岛东软公司开发的SSC16系列扩频收发芯片.在软件上,主要介绍了主程序和多用户电能脉冲的采集、复费率计量、最大需量计量、数据显示和键盘扫描等子程序,并绘制了其工作流程图.重点介绍了多用户表的自动抄表通信程序和通讯协议的内容.最后,文中论述了系统的测量误差和误差补偿方法,并对系统的抗干扰性的进行了分析与设计.该课题的研究为电能计量和数据管理提供了一种新的技术手段.这种基于新技术而研制的具有电力线载波抄表功能的多用户复费率电能表,将以其较高的性价比而值得推广使用.

目录

文摘

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第1章绪论

1.1电能表的发展历程

1.2电能抄表计费的方式

1.3电力线载波通信技术研究和应用的现状

1.4本研究课题的提出及意义

1.5本文的主要研究内容

第2章电能测量原理

2.1感应式电能表的测量原理

2.2电子式电能表的测量原理

2.2.1模拟乘法器的测量原理

2.2.2数字乘法器的测量原理

2.3 ∑-△A/D转换器的原理

2.3.1 ∑-△ A/D转换器的调制转换原理

2.3.2经∑-△调制的连续波的∑-△码的获取

2.3.3 ∑-△A/D转换的非线性误差分析

第3章多用户电子式电能表的设计

3.1系统硬件设计

3.1.1电源电路

3.1.2电能测量电路

3.1.3数据处理系统

3.1.4通信接口

3.2系统软件设计

3.2.1电能脉冲采集

3.2.2动态显示和键盘扫描

3.2.3抄表通信

3.3系统误差和误差补偿

3.4电能表的功能

第4章扩频通信原理及其电力线载波实现

4.1低压电力线载波通信的特点

4.2扩频通信基础

4.2.1扩频通信的理论基础

4.2.2扩频通信的主要性能指标

4.2.3扩频通信的工作原理

4.2.4扩频通信的工作方式

4.3载波扩频通信的实现

4.3.1载波通信芯片介绍

4.3.2载波扩频通信接口电路

第5章系统抗干扰设计

5.1形成干扰的基本要素及干扰对仪表的影响

5.1.1形成干扰的基本要素

5.1.2干扰对计量仪表影响

5.2硬件抗干扰技术

5.2.1电源的抗干扰设计

5.2.2屏蔽

5.2.3隔离与耦合

5.2.4接地

5.2.5印刷电路板的设计

5.3软件抗干扰设计

结论

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B数据处理单元电路原理图