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  • 三相智能电表参考设计方案
    日期:2014-10-5 浏览:1661次

    三相智能电表参考设计方案

    要想对风能、太阳能、水能等绿色清洁能源进行大规模开发、远距离输送和高效率利用以期切实改变全球能源格局,就必须将这些绿色能源转变为电能并通过一个集成先进的信息化、自动控制、储能、调度等技术的坚强智能电网对这些绿色电能进行集约化管理。而智能电表是构建智能电网的关键基础设施。因此,绿色能源的发展和智能电表的发展是密切相关的。

    我们公司紧跟绿色能源和智能电网的发展步伐,为智能电表行业提供高性价比的产品和优良的服务。

    基于上述的发展趋势和我们公司重视技术的服务理念,我们准备了三相智能电表的参考设计。



    国网三相表框图



    参考设计简要介绍

    § 基表以ADI的三相计量芯片ADE7858A和Microchip的16位单片机PIC24FJ256GA110为核心器件;无线通讯模块以SIMCOM的SIM900A为核心。

    § 基表按照国家电网标准《Q/GDW 356-2009 三相智能电能表型式规范》中三相费控智能电能表(载波)的要求设计硬件;无线通讯模块硬件按照《Q/GDW 356-2009 -三相智能电能表型式规范》的相关要求设计。

    § 硬件包括主板、电源板、显示板和CPU卡板。

    § 方案中的MCU和计量芯片都是3.3V供电,需要低静态电流LDO;这里采用Microchip的MCP1700T-3302E/MB,其静态电流的典型值只有1.6uA。

    § 485接口芯片采用ADI的ADM487E。

    § EEPROM采用Microchip的24LC256和24LC512。

    § CPU卡接口采用隔离方案,并采用ADI的磁隔离芯片ADUM3211来隔离卡时钟。ADUM3211可以隔离10MHZ以下的数字信号,其隔离电压为2.5KV,体积小,功耗低,可靠性高。

    § 弱电接口采用隔离方案。

    § 供电方式:采用线性变压器供电;变压器输出3路隔离电压(主回路供给MCU和计量芯片等,CPU卡单独供电,另一回路供给485和载波/无线模块)。

    主要软件功能

    § 显示总电量、电压、电流、有功功率、无功功率。

    § 通过485读写ADE7858A寄存器,初始化计量芯片,保存、比对校表数据等。

    § 输出有功校表脉冲和无功校表脉冲。

    § 基本计量功能。

    测试结果

    § 误差 额定电压220V,基本电流Ib=5A,最大电流Imax=80A,脉冲常数600imp/kwh,最小测试电流1%Ib
    A、功率因数为1.0时,各负载点有功误差在 0.1%以内
    B、功率因数为0.5L时,各负载点有功误差在0.25%以内(互感器在不同负载点的角差不同,导致功率因数为0.5L时 误差随负载变化相对功率因数为1.0时较为明显)


    § EMC测试结果
    A、计量芯片和MCU通过4.4KV快速电脉冲群测试(国网标准为4KV)
    B、计量芯片和MCU通过12KV的静电接触放电测试(国网标准为8KV)


    ADE7858A简要介绍

    § 支持三相三线、三相四线(角形或星形连接)等三相计量。

    § 提供有功、无功、视在功率和电能。

    § 在1000:1的动态范围内有功和无功误差小于0.1%,在3000:1的动态范围内有功和无功误差小于0.2%。

    § 包含数字积分器,支持罗氏线圈。

    § 在1000:1的动态范围内电压电流有效值的误差小于0.1%。

    § 提供各相波形数据。

    § 提供有功、无功和视在功率的防潜动阀值。

    § 提供电压通道之间、电流通道之间以及电压电流通道间的角度测量值,典型误差为0.3°。

    § 供电电压:2.4V ~ 3.7V。

    § 参考电压:1.2V(温漂典型值为10ppm/°C)。

    § 40脚LFCSP封装。

    § 工作温度:-40°C ~ 85°C。

    § IIC、SPI和HSDC(高速数据捕捉接口)可选。

    § ADE78XXA和ADE78XX主要区别:
    1) 功率通道LPF的建立时间可设置,增加建立时间可进一步减小有功、无功功率的波动; 
    2) 提供瞬时总电流的RMS;
    3) 提供电流、电压有效值的平均值寄存器; 
    4) 允许通过SPI接口连读电压、电流、功率瞬时波形数据; 
    5) 提供校验寄存器,用来比对上次操作的命令和数据;
    6) PSM2模式下的最低唤醒电平为满量程的1/587,而ADE78XX在PSM2模式下的最低唤醒电平为满量程的1/8;
    7) CRC校验涵盖所有可配置寄存器;
    8) CF输出的驱动能力由2mA增加至8mA。

    § 如果不使用ADE78XXA的新功能,那么用户从ADE78XX切换到ADE78XXA基本不需要做硬件或软件方面的更改(如果使用ADE78XX时AVDD和DVDD上接10uF电容,那么使用ADE78XXA时这两个电容需要改为4.7uF)。

    电能质量在线监测装置解决方案

    我们的电能质量在线监测装置适用于380V-220kV各电压等级的发电厂、变电站、风电场、光伏电站、石油、煤炭、钢铁、冶金、化工等大型厂矿企业的供电系统和实时监测公共连接点的电能质量参数。该电能质量监测设备具有以下特性和优势:


    基本监测功能

    可以在线监测电网频率、三相基波电压、电流有效值、基波功率、功率因数、相位、电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、负序电压、电流、谐波等。

    人机界面功能

    以图形方式显示主要电能质量监测指标的实时数据,设有操作键盘和触摸屏,可对各项监测硬件和数据进行设置。

    统计功能

    可统计一个时间段内监测指标的各项数值。

    GPS对时功能

    可接受IRIG-B码对时或秒脉冲对时信号,保证了同一变电站内或不同变电站内监测装置的同步采样。

    录波功能

    能记录暂态电压时间发生时刻前20个周波和后20个周波。

    高级监测指标

    能在线测量简谐波、电压波动/闪变、电压骤升/骤降/短时中断、暂时过电压。

    记录存储功能

    可实时保存基本监测指标和高级监测指标。

    通讯功能

    提供多种通讯接口方式,实现监测数据的实时传输或定时提取存储记录。

    告警功能

    可根据用户设定的电能质量指标的限值,启动指标报警功能。






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