CN203069670U

CN203069670U - 一种具有供电可靠率和电压合格率监测功能的智能电表

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Publication number: CN203069670U
Application number: CN 201320083949
Authority: CN
Inventors: 王成楷; 王金泽
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2023-02-22

Abstract

本实用新型公开了一种具有供电可靠率和电压合格率监测功能的智能电表及监测方法，智能电表包括电压传感器和电流传感器，其通过信号调整电路与采样电路相连；采样电路与DSP相连；MCU同时与DSP、数据存储器、电源模块、本地I/O模块、远程通信模块和硬件时钟相连。本实用新型所述智能电表将所采集的交流电压数据不仅用于电能计量统计使用，通过对电压数值大小所处越上限、合格、越下限、失压等不同范围的分类计时累加，将电压数据也用于供电可靠率和电压合格率监测统计使用，使智能电表具有供电可靠率和电压合格率监测功能，扩充了智能电表的应用范围。

Description

一种具有供电可靠率和电压合格率监测功能的智能电表

技术领域

本实用新型涉及电网电力测量仪表领域，尤其涉及一种具有供电可靠率和电压合格率监测功能的智能电能表及监测方法。

背景技术

供电可靠率和受电端电压合格率（以下简称“供电两率”）反映供电企业的供电服务质量重要指标，是电力监管机构对供电企业供电质量实施监管的主要内容之一。在广大农村地区，供电可靠性与电压合格率较低也是供电服务质量投诉的热点。

影响供电可靠性的因素较多，供电可靠率的统计方法也较复杂。供电可靠率包括RS－1、RS－2、RS－3三类统计指标，但目前行业内并没有形成规范统一的供电可靠率自动统计、记录专用仪器装置，主要依靠人工收集相关电网运行数据，人工录入供电可靠性管理信息系统进行统计。

电压监测仪是具有对电力系统正常运行状态缓慢变化所引起的电压偏差进行连续监测和统计功能的装置。业内一般采用电压监测仪来实现受电端电压合格率的记录、统计。根据《供电监管办法》（电监会27号令）的有关要求，供电企业在规定的位置安装电压监测仪，并由电力监管机构对供电企业设置电压监测点的情况实施监管。目前，供电企业广泛应用的电压监测仪一般都带有通信接口，能实现电压监测数据的远传功能，将数据自动定时上报到电压监测系统主站进行统计管理。

由于供电可靠率和受电端电压合格率数据均由供电企业安装专用记录装置和提供统计数据来实现，其统计结果受主观影响较大，难以真实、客观地反映出供电“两率”真实性。另外，实现供电“两率”的统计均需要投入专用设备、系统和组织专人进行维护，占用了较大的资金和人力资源。因此，结合现有条件，提出一种能同时提供供电可靠率和受电端电压合格率的记录统计装置是很有实用意义的。

电表是用来测量电路中消耗电能的仪表，其安装位置在供电企业与电力用户的产权分界点之间，该位置是测量供电可靠率与电压合格率的天然最佳地点。目前，采用数字化采集和通信技术的智能电表已成为主流电能计量装置，并建立形成了电力用户用电信息采集系统，这就为在智能电表实现供电“两率”连续监测和采集统计功能提供了充分的基础条件。

专利号为CN200920065662.1提供的《具备电压监测功能的电表》，在现有电表传统功能基础上实现电压监测功能扩充，是实现受电端电压合格率统计的有效方法。但根据其公开的技术资料，还存在以下几方面缺点：（1）没有提供供电可靠率记录统计功能。（2）其电压合格率统计方法不符合有关技术规范的要求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种具有供电可靠率和受电端电压合格率的电表，并在技术上满足以下需求满足《电压监测仪使用技术条件》的要求；又能够同时提供监测点的供电可靠率和受电端电压合格率两种类型的数据；并且满足《电力用户用电信息采集系统》的有关接入条件的要求。

本实用新型所采用的技术方案是：一种具有供电可靠率和电压合格率监测功能的智能电表，包括电压传感器和电流传感器，其通过信号调整电路与采样电路相连；采样电路与DSP相连；MCU同时与DSP、数据存储器、电源模块、本地I/O模块、远程通信模块和硬件时钟相连。其中，电压传感器、电流传感器负责将强电压、电流模拟信号转变为弱电压、电流模拟信号；采样电路负责对采集信号进行模/数转换；数据存储器负责储存电表的各种参数和运行数据；DSP负责对电压、电流数字信号进行处理，形成电压、电流、功率、电量等数据；MCU是智能电表各实现计量、供电“两率”统计、数据操作、数据通信等各项功能核心协调元件；远程通信模块负责相关参数、数据的远程传输。

优选的，所述电源模块包括整流充电电路和可充电电池，为智能电表提供运行电源和后备电源。

优选的，所述本地I/O模块为输入、输出的外部设备，包括按键、显示屏；远程通信模块连接主站系统。

优选的，所述硬件时钟是带有温度补偿和电池的计时模块，用于智能电表的独立精确计时，并确保智能电表在断电时仍能准确走时，以确保供电“两率”时间统计的准确性。

本实用新型还提供一种具有供电可靠率和电压合格率监测功能的智能电表实现对供电可靠率和电压合格率监测的方法，包括以下步骤：

A、数据预处理：电压互感器和电流互感器监测电力用户供电线路的实时电压、电流信号，并通过信号调整电路和采样电路转换为实时电压、电流数字信号，输出到DSP进行运算处理；

B、DSP数据处理：DSP将实时电压、电流数字信号进行处理，形成电压数据、电流数据、功率数据、电量数据，其中电压数据包括电压有效值、单位时间电压平均值；

C、MCU数据分析：MCU读取DSP生成的电压数值，根据其电压值所在区间按电压越上限、合格、越下限、失压四种类型进行比较和分类计时累加，进行供电可靠率分析和电压合格率分析，并将数据和分析结果输出到数据存储器；

D、统计数据提交：MCU定时将数据和分析结果输出到本地I/O模块中的本地显示模块上，主要通过显示屏显示，并定时通过远程通信模块上传到主站系统；

E、“两率”数据统计：主站通过用电信息采集系统数据通信网接收和储存各监测点的供电可靠率和电压合格率的统计数据，并自动根据预设的程序按统计口径抽取监测点进行统计，得到平均供电可靠率和平均电压合格率。

优选的，所述MCU对供电可靠率分析的具体方法是：MCU读取DSP所提供的当前电压平均值与预设的失压电压参数进行比较，当智能电表输入的电压平均值<失压电压时，或智能电表由正常带电状态变为完全失电状态时，智能电表依靠后备电源继续运行一段时间，MCU将当前的失压日期和时间写入数据存储器,记为DT_DN1；当输入的电压平均值>失压电压,或智能电表由完全失电状态变为正常带电状态时，MCU将当前复电日期和时间写入数据存储器，记为DT_UP1，并将停电次数计数器加1。当发生第2、3。。。n次停复电时，按上述方法类推进行记录。单户停电累计时间＝（DT_UP1－DT_DN1）+（DT_UP2－DT_DN2）+…（DT_UPn－DT_DNn）；分别以日、月、年为统计周期，当智能电表的硬件时钟完成一个统计周期走时后，MCU自动启动计算程序，计算出相应前一周期的单户供电可靠率。在一个统计周期内，单户供电可靠率计算公式是：

所述MCU对电压合格率分析的具体方法是：MCU读取DSP所提供的当前电压平均值与预设的越上限电压、越下限电压、失压电压整定值进行比较与时间累计，分别计算出电压越上限时长T1、越下限时长T2、失压时长T3，再根据下述公式计算一个统计周期时长T内单户电压合格时长Tn＝T－(T1+T2+T3)。当智能电表的硬件时钟完成一个统计周期走时后，MCU自动启动计算程序，计算出相应前一周期的单户电压合格率。在一个统计周期内，单户电压合格率公式是：

优选的，在步骤E中，所述主站系统得到平均供电可靠率和平均电压合格率的具体方法是：采用加权平均统计方法计算区域平均供电可靠率和区域平均电压合格率，在一个统计周期内，同一电压等级、同一供电区域用户的平均供电可靠率等于多个监测点的停电时间之和除以监测点统计期间时间之和，即

在一个统计周期内，同一电压等级、同一供电区域电力用户的平均电压合格率等于多个监测点的电压合格时间之和除以监测点运行统计时间之和，即

优选的，电力用户的电压有效值至少每秒采样1次，电压平均值至少每分钟统计一次。

优选的，电压数据还包括电压最小值、最大值、平均值、整点值。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1、改变传统供电可靠率、电压合格率的统计依靠供电企业安装专用设备和信息系统进行统计的方式，直接利用电能计量装置作为供电“两率”监测统计终端设备，扩充了智能电表的应用范围。2、提高了供电“两率”统计与考核的覆盖面和灵活性，任何安装本发明所述智能电表的安装地点均可抽取、定义为供电“两率”统计监测点。3、提高了供电“两率”统计数据的准确性和客观性，各监测点的供电“两率”统计数据均受供电监管机构、供电企业和电力用户三方共同监督，最大限度地排除传统监测设备与统计方法的人为干扰因素。4、制造与实施成本低廉，以DSP智能电表为基础，只需按本发明所述技术方法进行相应软件开发，就可以实现所述的功能。5、本实用新型可以完全取代现有的专用电压监测仪、失压计时仪，既可以作为电能计量装置使用，也可以作为电压监测仪或失压计时仪使用。6、可以记录电表因自然或人为原因引起的计量电压回路故障发生时间，为追补电量提供科学的技术数据，防止电能计量损失。7、兼容《电力用户用电信息采集系统》有关技术规范要求，直接利用其相关通信、主站系统等资源实现供电“两率”的远程自动采集和统计。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型数据采集处理示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1、图2所示，一种具有供电可靠率和电压合格率监测功能的智能电表，包括电压传感器和电流传感器，其通过信号调整电路与采样电路相连；采样电路与DSP相连；MCU同时与DSP、数据存储器、电源模块、本地I/O模块、远程通信模块和硬件时钟相连。其中，电压传感器、电流传感器负责将强电压、电流模拟信号转变为弱电压、电流模拟信号；采样电路负责对采集信号进行模/数转换；数据存储器负责储存电表的各种参数和运行数据；DSP负责对电压、电流数字信号进行处理，形成电压、电流、功率、电量等数据；MCU是智能电表各实现计量、供电“两率”统计、数据操作、数据通信等各项功能核心协调元件；远程通信模块负责相关参数、数据的远程传输。电源模块包括整流充电电路和可充电电池，为智能电表提供运行电源和后备电源。本地I/O模块为输入、输出的外部设备，包括按键、显示屏；远程通信模块连接主站系统。硬件时钟是带有温度补偿和电池的计时模块，用于智能电表的独立精确计时，并确保智能电表在断电时仍能准确走时，以确保供电“两率”时间统计的准确性。

本实用新型使用上述具有供电可靠率和电压合格率监测功能的智能电表实现对供电可靠率和电压合格率监测的方法，包括以下步骤：

D、统计数据提交：MCU定时将数据和分析结果输出到本地I/O模块的本地显示模块上，主要通过显示屏显示，并定时通过远程通信模块上传到主站系统；

供电可靠率和电压合格率的计算原理：

1、供电可靠率的统计。

根据《供电系统用户供电可靠性评价规程》（DL/T 836—2003）的有关规定，可靠性最基本的指标包括用户平均停电时间（记作AIHC-1）、供电可靠率（记作RS-1）、用户平均停电次数（记作AITC-1）三类。三类基本指标的计算公式如下：

根据上述统计公式原理，可以采用加权平均统计方法计算区域平均供电可靠率。在一个统计周期内，同一电压等级、同一供电区域用户的平均供电可靠率等于多个监测点的停电时间之和除以监测点统计期间时间之和，即

同一供电区域内，纳入供电可靠率统计的监测点数量越多，越能反映真实的平均供电可靠率统计数据。

2、受电端电压合格率的统计方法。

受电端电压合格率统计的对象是供电实际电压与标准电压的偏差情况。根据《电能质量供电电压偏差》（GB/T 12325-2008）的定义，电压合格率是实际运行电压偏差在限值范围内累计运行时间与对应的总运行统计时间的百分比。监测电力系统电压值的节点称为电压监测点，通过供电电压偏差的统计计算可获得电压合格率，其计算公式如下：

电压监测分为A、B、C、D四类监测点，分别监测不同电压等级和供电类型的受电端电压，其受电端电压偏差限值也不相同。

根据上述统计公式原理，可以采用加权平均统计方法计算区域平均电压合格率。在一个统计周期内，同一电压等级、同一供电区域电力用户的平均电压合格率等于多个监测点的电压合格时间之和除以监测点运行统计时间之和，即

同一供电区域内，纳入电压合格率统计的监测点数量越多，越能得到准确的平均电压合格率统计数据。

供电可靠率和电压合格率采集统计的实现原理：

1、监测点供电可靠率与电压合格率数据采集处理总体过程。

将本实用新型所述智能电表安装于监测点，如图2所示，智能电表的利用采样电路将监测点输入的交流电压模拟信号进行模－数转换，将输入的信号转变为交流电压数字信号，输出到DSP进行运算处理。DSP对输入的数字电压信号进行运算处理，计算出电压有效值、单位时间电压平均值。MCU读取DSP生成的电压数值，根据其电压值所在区间按电压越上限、合格、越下限、失压四种类型进行比较和分类计时累加，按统计周期定时进行供电“两率”统计，并将有关数据输出到数据存储器进行存储。MCU还定时将统计数据输出到本地I/O模块的本地显示模块上，主要通过显示屏显示，并定时上传到主站系统。监测点的电压有效值每秒至少采样1次，监测点的电压平均值每分钟至少统计一次。监测点电压及供电“两率”数据统计周期以日、月、年为周期进行分别记录和存储，所统计的电压数据还包括电压最小值、最大值、平均值、整点值等。统计周期时间由硬件时钟提供，硬件时钟定期与主站系统对时以确保时间准确性。

主站系统可实现对多个智能电表的供电“两率”数据采集统计。主站系统、供电“两率”数据通信系统不需要另外建设，可在用电力用户用电信息采集系统上增加供电“两率”分析功能，直接利用用电信息采集系统主站及其数据通道实现供电“两率”的统计。

2、供电可靠率采集统计的具体实现方法：

（1）可靠率参数设定与智能电表初始化。可靠率统计所涉及主要参数包括电压互感器变比、失压电压参数、采样统计周期、硬件时钟时间校对，上述参数在本发明所述智能电表安装时就应预先设定好并存储在数据存储器的参数区，当智能电表加电启动时，电表初始化程序将各相关参数和系统时间读取到MCU的内存中。

（2）单户停电时间累计、平均停电次数累计。MCU读取DSP所提供的当前电压平均值与预设的失压电压参数进行比较，当智能电表输入平均电压<失压电压时，或智能电表由正常带电状态变为完全失电状态时，智能电表依靠后备电源继续运行一段时间，MCU将当前失压日期时间写入数据存储器,记为DT_DN1；当智能电表的输入电压>失压电压,或智能电表由完全失电状态变为正常带电状态时，MCU将当前复电日期时间写入数据存储器，记为DT_UP1，并将停电次数计数器加1。当发生第2、3。。。n次停复电时，按上述方法类推进行记录。单户停电累计时间＝（DT_UP1－DT_DN1）+（DT_UP2－DT_DN2）+…（DT_UPn－DT_DNn）。

（3）单户供电可靠率（RS-1）计算。在一个统计周期内，单户供电可靠率方法如下：

以日、月、年为统计周期，当智能电表内置时钟完成一个统计周期走时后，MCU就自动启动可靠率计算程序，计算出前一日、月、年周期的单户供电可靠率，写入数据存储器，并将多个统计周期的单户供电可靠率长期保存下来。

（4）显示、上传。智能电表的MCU将单户累计停电时间、运行时间、供电可靠率等供电可靠率相关数据输出到本地显示设备，或通过远程通信模块将数据上传到主站系统。

（5）主站统计供电可靠率。主站通过用电信息采集系统数据通信网接收和储存各监测点的供电可靠率统计数据，并自动根据预设的程序按时间、区域、电压等级等统计口径抽取监测点供电可靠率数据进行供电可靠率统计，其平均供电可靠率按公式（4）进行计算。

3、电压合格率采集统计的具体实现方法：

（1）受电端电压合格率参数设定与智能电表初始化。电压合格率所涉及主要参数包括电压互感器变比、越上限电压、越下限电压、失压电压参数、采样统计周期和硬件时钟时间校对，上述参数在本发明所述智能电表安装时就应预先设定并存入数据存储器的参数区，当智能电表加电启动时，电表初始化程序将相关参数和系统时间读取到MCU的内存中。

（2）单户电压合格时间统计。MCU读取DSP所提供的当前电压平均值与预设的越上限电压、越下限电压、失压电压整定值进行比较与时间累计，分别计算出电压越上限时长T1、越下限时长T2、失压时长T3，再根据下述公式计算一个统计周期时长T内单户电压合格时长Tn＝T－(T1+T2+T3)。

（3）单户电压合格率计算和存储。在一个统计周期内，单户电压合格率方法如下：

式中，T为统计周期时长、T1为电压越上限时长、T2为电压越下限时长（不包括失压时长）、T3为失压时长。

与供电可靠率统计相同，当智能电表内置时钟完成一个统计周期走时后，MCU就自动启动电压合格率计算程序，计算出前一个统计周期的单户电压合格率，并将相关数据写入数据存储器，将多个统计周期的单户电压合格率相关数据长期保存下来。

（4）显示、上传。智能电表的MCU将单户电压合格率相关数据，如：电压越上限时长、电压合格时长、电压越下限时长、单户电压合格率等数据输出到本地显示设备，或通过远程通信模块实时、定时将数据上传到主站系统。

（5）主站统计电压合格率。主站通过用电信息采集数据通信网接收和储存各监测点的电压合格率统计数据，并自动根据预设的程序按时间、区域、电压等级等统计口径取监测点电压合格率数据进行电压合格率统计，其平均供电可靠率按公式（6）进行计算。

其它实施方式：

1、按监测点电压等级类型划分的实施实例。

对于10kV及以上电压等级的高压供电监测点，其电压的测量是通过电压互感器来实现的，可选用额定输入电压为交流100V的具有供电“两率”监测功能的智能电表来实现供电“两率”监测；对于交流220V/380V的低压供电监测点，可选择相应的220V或380V额定输入电压的、具有供电“两率”监测功能的智能电表来实现供电“两率”监测。

2、按用途划分的实施实例。

本实用新型所提供的具有供电“两率”监测功能的智能电表，根据监测点现场的实际情况，及主站进行供电“两率”监测点统计样本的选择需要，任意安装本发明所述智能电表的场所，均可按下述几种方式使用：

（1）单纯作为供电可靠率统计或电压监测仪表使用。

（2）单纯作为电表使用。

（3）既作为电表，也作为供电“两率”监测统计仪表使用。

3、替代方案。

由于电力负荷管理终端、配变监测仪等装置在其内部结构及功能上与智能电表是一致的，也都具有电压、电流、电功率和电量统计记录功能，作为替代方案，可以在电力负荷管理终端、配变监测仪基础上，按本发明所述方案，增加电压合格率和供电可靠率统计功能，同样也可以实现供电“两率”的统计。上述采用电力负荷管理终端、配变监测仪来实现供电可靠率或电压合格率监测的替代方案也属于本发明范围。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种具有供电可靠率和电压合格率监测功能的智能电表，其特征在于，包括电压传感器和电流传感器，其通过信号调整电路与采样电路相连；采样电路与DSP相连；MCU同时与DSP、数据存储器、电源模块、本地I/O模块、远程通信模块和硬件时钟相连。

2.根据权利要求1所述的一种具有供电可靠率和电压合格率监测功能的智能电表，其特征在于，所述电源模块包括整流充电电路和可充电电池。

3.根据权利要求1所述的一种具有供电可靠率和电压合格率监测功能的智能电表，其特征在于，所述本地I/O模块为输入、输出的外部设备，包括按键、显示屏；远程通信模块连接主站系统。

4.根据权利要求1所述的一种具有供电可靠率和电压合格率监测功能的智能电表，其特征在于，所述硬件时钟是带有温度补偿和电池的计时模块。