一款单相预付费分时电能表的设计与应用

一、引言

分时表和预付费电能表由于各自的优点，现在已经广泛地被用户接受.

预付费电能表采用先购电再用电，到零断电的模式，解决了以往收电费难的问题.并且，由于电能表带有断电装置，可以实现一些辅助功能，如负荷控制、过流保护等等.并且使用预付费电能表后，可以方便地实现增容.

现有的预付费电表一般采用存贮媒介来传递信息，用户将购电信息输入电表的同时可以将电表内的用电信息读入存贮媒介传回售电部门，供电部门可以对传回的用电信息及时进出口行分析和统计.

分时电能表优点在于实施了峰谷电价，对于消费者而言能够享受到电价优惠政策，得到实实在在的实惠.对于供电部门来说，分时表能够起到一定的削峰填谷的作用，起到优化电网的效果，对于目前电力紧张的现状而言，其意义不言而喻.而且一定程度上，实施峰谷电价以后，鼓励谷段用电，增加了谷段的用电量，也增加了电力部门的营业收入.另外，分时表一般均有带有rs485接口或红外通讯接口，便于组网，适合集中抄表.

目前，预付费电能表在北方一些地区使用较为广泛，而分时表在华东地区及一些南方地区使用得较多.特别是上海市、江苏省等地区已经大规模使用，在去年电力紧张的时刻已经发挥了一定的作用.

二、预付费分时表的可行性

分时表和预付费电能表均是适应市场需求的产品，并且在相应的时期起到了其应有作用.

当前，市场有对预付费分时表的需求.目前，全国上下普遍存在电力紧张的局面，尤其在经济发达的沿海地区和大中城市情况更是严重，特别是在去年的用电高峰期，电力部门不得不频繁拉闸限电.现在的一般做法是要求企业避峰，保证居民用电.对企业均实行分时计费的方式，并且强制要求企业加装负荷控制设备，控制其高峰负荷，保证电网安全.但对于居民用电目前还无法控制到户，但另一方面，居民用电量正逐年增加成上升之势.如果采用预付费分时电表则可以解决上述问题.预付费分时电表一方面利用分时电价鼓励用户让峰，另一方面可以给电表设定负荷上限值，强制限定其用电高峰时的负荷，达到控制电网负荷的目的，保证整个电网的良好运行.

对于已经使用预付费电表的地区，现在要推广使用分时计价方案，只有选择预付费分时电能表.预付费分时电表在继承了以往预付费电表的使用方式和优点的基础上，又增加了分时计费的功能，将预付费和分时计费合二为一.用户从自身的利益出发还是愿意接受的.从以往推广分时电表的经验来看，主动要求实施分时计费的用户非常多.

此外，从技术角度出发，预付费分时计费功能并不难实现.目前，分时电能表和预付费电能表均有比较成熟的技术方案.将两者进行有选择性的整合，就可实现预付费分时电能表的方案.一些两者共有的部分可原样保留下来，如cpu、计量部分、存贮器等;另外一些部分需要加以改进，如显示器部分，电源部分等等;还有一部分各自均需保留，如ic卡的读写卡座、继电器控制、时钟部分以及温度补偿部分等等.从硬件成本上考虑，预付费分时电能表要比单纯的预付费加分时表的成本低得多，因为有许多共用部分.在软件处理上，预付费分时表会复杂一些.需要实现两种电能表的功能，并且增加了数据量，对于数据的存贮和保护难度相应增加.但是，只要经过仔细的编排，就完全可以实现预付费分时电能表的功能.

从上面的分析可以看出.预付费分时电能表正是时下供电部分的需求，而且用户又能够主观接受，并且在技术上也是可以实现，因此，研制和推广这种电能表完全是可行的，并且必将受到各方的青睐.

三、预付费分时表的设计

设计预付费分时电能表时，既要考虑到分时表的特点，又要考虑到预付费表的特点.在设计过程中不仅要注重整机功能的可靠实现，更要将电磁兼容性能设计放在首位.

这里给出一种预付费分时电能表的方案，并给出关键元器件的选择.其主要由计量单元部分、显示部分、通讯部分、主处理单元部分和接口部分以及电源部分等单元组成.

计量单元采用传统的专用计量芯片ade7755，采用独立的电源供电.ade7755是美国ad公司比较成熟的单相计量专用芯片.目前已在单相电子表内广泛应用，而且评价不错.由ade775向cpu提供电量脉冲信号和电流方向信号

显示单元采用led专用屏显示.一方面考虑到目前使用预付费电能表的用户集中在北方地区，冬天气温较低，如采用lcd显示屏，工作温度范围较难达到要求;另一方面，led显示不需要特别的驱动电路，成本上占有一定优势.而且，一般单相电能表的安装使环境亮度较暗，lcd屏在没有背光的情况下，亮度不够，而led屏则没有这些问题.如在lcd屏加装背光，则成本受限制.

通讯部分主要包括rs485和红外两个部分.rs485部分采用隔离电源独立供电.485芯片采用美国ti公司的3082芯片.红外通讯部分采用美国德律风根的红外收发管组件.

主处理单元是电表的核心，所有的工作都是由它来完成的.本方案中，cpu采用美国motorla公司的最新mc68hc908系列单片机作为主处理芯片.它功能强大、指令灵活，最重要的是它的电磁兼容性优越，令整机的性能大大提高.时钟芯片采用日本epson公司的r8025，此款芯片带有温度补偿很难达到要求.最近，浙江省电力工业局于2004年02月25日印发了一份《关于公布居民分时电能表钟温度特性抽测结果的通知》，《通知》中明确指出11种采用温度补偿的电表通过测试，而3种未采用温度补偿的电表全部超出要求范围，并建议居民分时电表加装温度补偿电路.存贮电路采用铁电存贮器，此种eeprom存取速度快，功耗低，适用于大数据量的存取场合.而且可缩短数据由电卡到存贮器的读写时间，一定程序上起到防止插拔卡过快的作用.

接口部分主要包括ic卡接口、计量脉冲输出接口、秒信号输出接口、rs485通讯接口等.接口部分一般均可直接接触，最容易受到攻击，因此应当重点加保护路，并与处理单元隔离.

电源部分采用线性电源，分三组输出并互相隔离，分别供给计量单元、主处理单元和rs485通讯单元使用.电源输入回路除了加一般的磁珠、电容等保护措施外，串接热敏电阻以保证高压时电表达式不被损坏.

电表的工作原理是这样的：计量芯片ade7755根据电压、电流输入信号生产电能量脉冲信号和电流方向信号送给cpu进行处理.cpu对电量脉冲进行累计，计算出冲电量并存贮，同时根据当前费率对剩余购电进行减法处理，并判断是否告警或断电.cpu不断读时钟，并决定当前运行的费率;同时，定期读取温度传感器的当前温度参数，并依据当前温度对实时时钟的温度补偿系数进行调整.另外，cpu还监测rs485和红外通讯信号，接收或响应命令，进行串行通讯.另外电表还监测继电器状态和电池电压、功率等参数，对非正常状态告警和记录.

预付费分时表的主要具有以下一些功能：信

累计总电量的及分时电量，反向电量及过零电量

按照预定费率对购电量进行减法处理

最多可设定3个费率10时段，时段可跨越00：00

可通过ic卡接口或串行通讯接口修改费率时段等电表参数

对于不同费率可设定不同功率上限值，超负荷自动断闸，在设定时间后自动合闸或插卡合闸

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