1、1 基于 AT89S52单片机的三相电度表研究 摘要 本文以智能计量总表为研究对象，采用计量芯片 ADE7758和AT89$52设计三相电度表，介绍了计量电路原理、系统结构特点以及分段计量的软件设计与实现。针对 10-35kV输配电网正常负荷和超低负荷两种情况下的精确计量，提出按功率额度实时分段计量的电度表设计方案；为了调整电力负荷曲线，针对用电量的时间不均衡问题，提出复费率分时段计量方案。 采用双变比电流传感器进行信号的检测采样，当负荷电流低于额定电流的 20时，单片机通过检测功率，自动切换到低负荷计 量回路，即小电流比计量回路，最大限度降低了电流传感器低负荷运行时造成的信号检测误差，提高电
2、能计量精度。单片机通过对瞬时有功功率的检测，实现了计量回路的实时选通切换和功率分段计量：通过对时间参数的检测，实现了定时存储和分时段计量。 根据电度表参数配置进行 ADE7758初始化参数计算。为了评估电度表计量数据的真实性和有效性，对模拟信号输入电路进行试验设计，应用 ME300B单片机开发系统进行在线仿真调试。以功率参数为性能指标，通过仿真试验，对功率参数的理论值和电度表的显示值两组数据进行分析比较，得出电度表 计量数据是真实有效的结论。 采用双变比电流传感器进行电度表设计，扩大了负荷计量范围，提高了电能计量精度，且计量回路切换无需进行人工干预。该方案有望实现全量程的精度均衡和精确计量，为
3、具有实时分段计量功能的三2 相电度表设计提供一种可行的方案。目前，已完成样表的设计与测试工作。基于精确的试验平台，完成对电度表的增益和偏差校准，即可进行现场试验和数据采集，具有良好的市场应用前景。 关键词：实时分段， 精确计量，仿真试验， ME300B， ADE7758， AT89S52 3 Abstract The intelligent total energy meter iS studied and discussed in this paper With ADE775 8as electrical energy measurememt IC and AT89S52 as contro
4、l unit， the principium ofmeasuring circuit， and characters of system structure， design and realization of hardware and software for power-subsection are introduced As to achieving accurate measurement undernormal load and lower load for 1 0 35kV power system， this Paper presents a new strategy of th
5、ree phase watt hour meter with the function of real time measuring in section according to load power Considering time- unbanlance of power-consumption，another strategy of multi rate time subsection measuring to regulate powerload curves is alSO proposed In this paper,current sensors with double rat
6、ios are used to carry out signal detecting and sampling When the load current iS below 20 of rated value the singlechip regulates ratios of current sensors to lower 10ad measuring circuit which reduces current sensor S detecting error under lower laod and enhances accurate measurement By means of po
7、wer parameters detecting the adjustment of measuring circuits between normal load and lower 10ad are finished Time memory and time subsection measuring are realized by time parameters 4 detecting The initial values of ADE775 8 are computed according to the configurations of meter parameters In order
8、 to evaluate the authenticity and ef|ficiency for the measuring data， this paper designs the analog input circuits， and uses ME300B to do simulation and debugging on line Using power parameters as evaluation index the experiment results show that the measuring data are valid and faithful， by means o
9、f comparing power parameters that computed in theory and that displayed by three phase watt-hour meter In the design of three phase watt hour meter,current sensor with double ratios enlarges the load measuring range and enhances measuring precision This scheme can be expected to realize the whole pr
10、ocess precision balance and accurate measurement， and alSO provides a method for real-time subsection measuring The design process and test process have been finished With accurate experiment。 table， gain calibration and offset calibration Call be done， and this scheme has a good application value K
11、eywords： real time subsection measuring， accurate measurement， simulation and experiment， ME300B， ADE7758，AT89S52 5 符号约定及其说明 一、变量定义及显示代码 (斜体时表示变量，正体时表示显示代码 ) RO 总的无功电量 ED 总的有功电量 EJ 分时段有功电量 (00： 00 12： 00) E2 分时段有功电量 (12： 00 00： 00) E3 按负荷功率分段小负荷计量时有功电量 E4 按负荷功率分段正常负荷计量有功电量 P 瞬时有功功率 V 瞬时无功功率 脚断相事件次数
12、H2 单相过流事件次数 H3 单相过压事件次数 二、按键功能说明 K1 手工复位 K2 分时段电量参数查询显示 K3 按功率分段电量参数查询显示 K4 瞬时有功、无功功率参数查询显示 三、电度表参数 MC 电度表脉冲常数 PO 有功功率分段参考 Imax 满足计量精度的负荷额定最大电流 6 Vn 负荷额定电压值 Vf ADE7758电流、电压通道信号输入 Ifullscal ADE775 8电流通道满刻度输入对应的负荷电流 Vfullscale ADE7758电压通道满刻度输入对应的负荷电压 Wh/LSB ADE7758有功能量寄存器最低有效值 VARh/LSB ADE7758无功 能量寄存器
13、最低有效值 7 第一章绪论 电度表技术正向着复费率、多功能、网络化的方向发展。电能计量芯片 ADE7758、 ATT7022B等在电度表设计中的应用，提高了电能计量精度，简化了电度表设计结构。随着电能计量芯片的推陈出新，复费率电度表、防窃电电度表、配置 RS-485通信及红外通信接口的电度表以及三相多功能电度表发展迅速。电度表的计量精度、功能扩展、抄表方式等发生了深刻变化，电能的科学管理和合理利用进入实施和操作阶段。在这种背景下，电度表的功能、性能、以及可靠性设计等都有了显著 提高与改进，电度表技术面临难得的发展机遇。 1 1电度表技术现状与发展趋势 早在本世纪初，电子式电度表就已经取代感应式
14、表，成为工商业用表的主流。随着电力系统在不断扩展三相多功能表的应用领域，三相多功能表的需求呈明显上升趋势。功能的扩展提升了供电部门对居民用电的现代化管理，为将来实现大规模自动抄表提供了基础。其中复费率表得到了很多经济发达而电力紧张的地区供电部门的青睐，复费率表的技术因此也得以迅速提高和发展。 预付费表技术趋于完善。一方面由于供电部门加大对欠费用户的管理力度，使市场需求升温，另一方面由于技术改 进，特别是使用了CPU卡和非接触式卡等最新技术，使预付费表的性能尤其是安全性和可靠性方面已逐步趋于完善。目前，江南大学学生宿舍所用电度表就是预付费电度表，有效进行了电能管理。文献【 1】进行了基于 RFI
15、D的预付费电度表的研制，文献 2给出预付费电度表的设计方案，文8 献【 3】进一步给出磁卡式预付费电度表的应用及其效益分析。上述文献为预付费电度表的研制提供了设计经验。 自动抄表技术发展颇具前景。近几年来，随着通信技术的不断进步以及电力市场应用的需要，国内自动抄表技术水平取得了长足的进步。低压电力线载波技术逐步被越 来越多的电力部门所采纳，短距离红外抄表技术得到应用和推广。文献【 4】基于单片机红外通信实现了无线抄表系统设计，文献【 5】阐述了智能抄表系统的研究现状和发展，文献【 6】基于低压电力载波技术实现了单相电子式电度表的设计，文献【 7】把电力载波技术和 GPRS技术相结合，阐述了远程
16、抄表系统的设计实现方案。在无线抄表方式中，红外方式用于短距离通信，而 GPRS技术可以实现远程长距离通信。随着社会需求的发展和 科学技术的进步，无线通信技术和远程管理系统得到了广泛应用。文献 8给出基于无线网络通信技术的电力资源远程智能管理 系统的设计和应用。文献 9基于 GPRS技术进行了无线抄表系统的设计与实现；文献 10基于 ADE7758计量芯片进行了 GPRS网络电度表的设计。 电子式电度表在可靠性、准确度、功能扩展、性价比等方面显著优于感应表，有全面取代感应表的趋势。防窃电要求进一步加强。随着窃电方式的更加多样化和隐蔽化，对电度表防窃电的要求也越来越高，电子式电度表表现出强大的优势
17、。文献【 1 1】 -【 12】阐述了三相电度表的错接线对电能计量的影响。增强电度表的谐波计量能力，是提高电能计量准确度的有效手段。文献【 13】对非正弦条件下的感 应式电度表的计量精度问题进行分析；文献 141对非正弦条件下9 电力系统的特性进行分析，并研究了在线计量问题。 具有通信接口尤其是 RS一 485接口成为趋势。随着抄表到户的逐步实施以及电力部门的体制改革，自动抄表成为用户强烈的需求，因此越来越多地要求电度表配备通信接口。目前的通信方式在一个或几个方面或多或少存在一些问题，无法全面满足用户的要求。而电度表配备 RS一 485接口具有成熟和性价比的优势，适合未来采用更新、更好的通信技
18、术，因此成为用户目前较为理想的选择而逐渐成为标准配置。文献 15进行了 RS-485电路的 匹配和保护性研究，文献 16实现了 PC机与 RS一 485总线多机串行通信的软硬件设计。 模块化设计成为趋势。随着电力市场改造力度加大，对电度表的技术更新速度也提出了更高的要求。电度表的硬件和软件可以采用模块化设计，将技术相对成熟和标准的部分进行封装入库，如计量模块、电源模块、 RS 485模块、 RTC模块、显示模块、继电器控制模块、 IC卡模块、数据存储模块等。当设计一个新的产品时，开发人员只需要 将精力集中于产品的新模块、新功能的开发，以及模块的集成上，进而有效缩短产品的开发周期，提高产品设计的
19、可靠性。 测量 电路的集成化、模块化是计量芯片的发展趋势。当前，各大型器件公司纷纷推出自己的计量芯片，并不断的进行产品更新换代。比较典型的有美国 ADI公司推出的 ADE7758计量芯片，珠海炬力公司推出的 ATT7026A和北京福星晓程电子公司推出的 PL3223。上述三种芯片都集成了 DSP数字信号处理技术，支持硬件和软件两种校表方式，计量精度高，且外围电路设计简单。文献 17介绍了三种计量芯片的工10 作原理，比较了各自的性能指标，为合理选择芯片提供参考。以ADE7758计量芯片【 1 8】为例说明。 ADE7758是一款高精度的三相 电量计量芯片，可以同时处理有功、无功等多个电量参数，
20、符合 IEC61036标准。在 250C条件下，有功能量计量在 1000： l动态范围内误差小于O 1。文献 19一 21阐述了 ADE7758计量芯片在电度表设计中的具体应用。 目前，我国感应式电度表仍占据相当的市场。峰谷分时电价和避峰电价政策的出台，将推动多费率表市场需求。尤其是大工业用户，对三相多费率表的需求，会较快增长。此外，三相高精度多功能表也将得到重点发展。该电度表目前主要用于发电厂、变电站和各大用户，并不断扩大到普通三相表用户中。电子式电度表有多 功能、高精度、多费率、自动抄表等优势，逐步成为电度表发展的主流。 1 2拟解决的问题和本文的创新性工作 课题研究主要解决分段计量问题，包括按时间参数分段和按负荷功率实时分段两种方式。基于 ADE7758和单片机 AT89S52进行电度表设计，根据负荷的功率额度实时分段计量，是本文的创新点。为了实现正常负荷和超低负荷两种情况下的精确计量，提出按负荷功率实时分段计量方案；为了缓解电力供需矛盾，调整电力负荷曲线，提出复费率分时段计量方案。两种计量方案分别针对提高电能计量精度和调整电力负荷曲线提出。 复费率分时段计量拟 解决的问题。随着经济的发展，各行各业对电力的需求越来越大，用电量时间不均衡的现象日益突出。为了合理
