一种高压电能计量装置研制

论文摘要

传统的电能计量系统由于原理上或者工艺上的缺陷,存在种种不足之处,计量误差较大。本文分析了当前国内外电能计量装置及相关技术发展现状,研究设计了一种新型的适合高压环境使用的高精度全电子式多功能电能计量装置。全电子式电能计量装置计量准确、结构紧凑、成本低,并且能够实现电量的分时计量,对电网运行情况进行实时监控,可以有效提高电能利用的合理性、缓解电力供需矛盾、防止窃电行为的发生。文章首先分析了交流电参量测量原理与电子式电能计量装置的基本工作原理,然后在此基础上详细阐述了电子式多功能电能计量装置的软硬件设计及其实现。系统的硬件设计采用MCU(微控制器)结合ASIC (能量采集芯片)的方式,在此硬件平台的基础上采用模块化的软件设计方法实现了电流电压有效值测量、有功和无功能量分时计量、异常检测及记录等功能。系统在设计时综合考虑功能、功耗、成本等因素,使用由印刷电路板制成的Rogowski线圈电流互感器来对电流进行转换;选用美国Microchip公司的高性能8位单片机PIC16F877作为主控芯片实现对数据的处理;而电能计量芯片则采用ADI公司新推出的电能采集芯片ADE7753。以此搭建出系统的硬件电路实验平台,通过编程完成MCU与计量芯片之间的SPI接口通信,实现了电能的分时计量与存储显示。文章的最后,对系统的抗干扰设计和数字化校准进行了探讨。本课题的研究为电能计量和电力系统自动化管理提供了新的选择,具有显著的经济效益和一定的市场前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的目的与意义
• 1.3 国内相关研究状况及发展趋势
• 1.3.1 电能计量技术的发展概况
• 1.3.2 电能计量装置的发展方向
• 1.4 本文的主要工作
• 2 高压电能计量装置基本结构
• 2.1 电能计量原理
• 2.1.1 电压、电流有效值的计算
• 2.1.2 功率、电能的计算
• 2.1.3 无功功率的计算
• 2.1.4 功率因数的计算
• 2.2 电能计量装置的工作原理
• 2.3 高压电能计量装置总体结构
• 2.4 本章小结
• 3 高压电能计量装置实现
• 3.1 电能计量装置的硬件组成
• 3.1.1 Rogwoski 空心线圈电流互感器
• 3.1.2 电能计量芯片ADE7753
• 3.1.3 微控制器PIC16F877
• 3.2 硬件电路设计
• 3.2.1 电能计量芯片电路
• 3.2.2 微控制器PIC16F877 与ADE7753 的接口
• 3.2.3 液晶显示模块与 PIC16F877 的接口
• 3.2.4 时钟芯片D51302 与PIC16F877 的接口
• 3.3 软件的设计实现
• 3.3.1 软件开发环境概述
• 3.3.2 程序流程图
• 3.3.3 ADE7753 与单片机的数据交换实现
• 3.3.4 对 DS1302 的读写操作
• 3.3.5 对 EEPROM 的读写操作
• 3.3.6 液晶显示器显示功能实现
• 3.4 系统的抗干扰设计
• 3.5 本章小结
• 4 电能计量装置的校准及误差分析
• 4.1 电能计量装置的数字化校准
• 4.2 测试结果及误差分析
• 4.3 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 硬件电路原理图