基本信息
- 项目名称：
- 基于阻抗鉴别技术的单相（三相）智能电表
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本设计属于应用电子产品的技术领域。设计基于一种全新的阻抗鉴别技术，可以用于对建筑物内各主要用电设备的电能信息进行恒定准确地实时采集与监控。本设计是实现智能电网的关键一环，我国已进入智能电网改造的大力发展时期，本设计在具备智能电表所有功能的基础上，又增加了基于阻抗鉴别技术的对单一指定电器进行监控的智能算法，可以实现多种独有的功能，应用前景旷阔。
- 详细介绍：
- 本设计在具备智能电表所有功能的基础上，又增加了基于阻抗鉴别技术的对单一指定电器进行监控的智能算法，可以实现多种独有的功能。 1、对总体用电量的监测：当被监控目标使用电能时，利用电磁感应原理，通过感应线圈检测出被监控目标的电流、电压、相位。而后通过电能处理模块转换成相应的数字量传送至中央处理器进行解析处理，得到视在功率、功率因数等数据并存储。 2、对单个用电器用电情况的监测：通过智能电表对用户使用重要用电设备的自适应学习过程，得到不同用电器所对应的电压、电流及其阻抗、功率因数等。而后在测算过程中进行阻抗匹配，得出特定用电负载在任一时段的用电量。因此，用户可以通过分时段查询用电量，了解家里的耗电大户，同时采取省电措施，养成良好的、科学的用电习惯。 3、当某个监测点出现异常用电信息时，可实现报警、事故处理等操作。 本设计的优点： 1、实现对单个用电器的电能信息进行恒定监控，帮助居民了解用电设备在插电却不使用时的耗电量，从而改变不科学的用电习惯，达到节能环保，降低二氧化碳排放和提高用户经济效益的效果。 2、可以对大型仪器设备的电能信息进行实时监控并存储，方便操作人员随时查询，并及时采取节能措施。 3、利于家长对孩子进行良好的家庭教育：用户可以通过该系统了解计算机、电视机等家用电器的用电时段，从而掌握孩子独自在家的学习动态。 4、适用于高校对学生宿舍违禁电器的监测：出现异常用电情况，可实现报警、事故处理等操作。 5、系统自身功耗较低。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的 随着国家“绿色 低碳”等理念的提出，人们越来越需要对居所、办公场所或工业产房等地点内特定电器的用电情款进行智能检测，这样可以方便使用者掌握其相关情况，科学制定用电方案，也可侦测出违禁电器的使用，降低火灾隐患发生，提高安全保障。基于此要求，设计出了本作品。 作品设计的基本思路 在设计智能电表时，需要处理的几个物理量：视在功率，有功功率，功率因数，它们之间的存在一种数学关系。 创新点 1、自主提出并实现了基于阻抗鉴别技术的用电负载辨别方法，可以对指定电器进行分别监控； 2、根据此算法，可以对一类用电电器进行监控，可实现对违禁电器的自动判别； 技术关键 1、阻抗鉴别算法 2、应用MSP430实现快速运算 3、高精度电能采集芯片 主要技术指标 1、工作电压：220V 2、扩展工作范围：0.8Un～1.15Un 3、工作电流：40A(80A) 4、工作频率：50Hz，-4%～+2% 5、准确度等级：有功1.0级；无功2.0级 6、工作温度：-15℃～+45℃ 7、相对湿度： 10%～95% 8、功耗： 1.0W
科学性、先进性
- 本设计在通用功能的基础上增加了基于阻抗的辨别算法，增强了实时数学运算功能。 对智能电表下某一单独电器，进行单独监控是智能电表研究的一个方向，现在通常采用电流增量辨别算法和功率因数辨别算法，其中功率因数辨别算法需要智能提取并分析出功率因数的增量，需要进行大量的数学运算。 按照上述两种算法，分别进行电器判断，都不可避免的出现多个电器参数重复的现象，导致判断错误。本设计综合应用上述两种算法进行辨别，极大的提高了辨别的准确度。但是经过大量的实验，我们也看出，由于电源电压的不稳定导致我们每次测量的结果都有差异，而且须综合判断两个参数，不能使用一个参数加以判别。 将电压再考虑进去，就形成了本设计的基于阻抗的辨别算法，使用电压、电流增量和功率因数，求出电器阻抗，可以唯一标示当前设备。 为了实现此算法，选用数学运算能力强大的MSP430处理芯片。
获奖情况及鉴定结果
- 此作品正在实际场合试用
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 有偿转让
作品可展示的形式
- 实物,讲解。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势 1、对总体用电量的监测： 2、对单个用电器用电情况的监测： 3、当某个监测点出现异常用电信息时，可实现报警、事故处理等操作。 本设计的优点： 1、实现对单个用电器的电能信息进行恒定监控， 2、可以对大型仪器设备的电能信息进行实时监控并存储，便于及时采取节能措施。 3、家长可以通过该系统了解计算机、电视机等家用电器的用电时段，从而掌握孩子独自在家的学习动态。 4、适用于高校对学生宿舍违禁电器的监测 作品的适用范围 可以用于对建筑物内各主要用电设备的电能信息进行恒定准确地实时采集与监控。 推广前景的技术性说明 智能电表是实现智能电网的关键一环，我国已进入智能电网改造的大力发展时期增加了基于阻抗鉴别技术的对单一指定电器进行监控的智能算法，可以实现多种独有的功能，应用前景旷阔。 市场分析和经济效益预测 随着我国智能电网的大力发展，本作品相对于传统智能电表具有诸多优势，如能得到大力推广，将可得到广泛应用。
同类课题研究水平概述
- 智能电表的发展过程及现状 研究人员在机械电表的基础上，通过不断扩展数字技术的应用，电子式电表具备了分时机费、预付费等功能。智能电表实现了对电子式电表的全面突破，以智能芯片为核心，集成包括具有双向信息交流功能的读表器，一套操作管理系统和数据库，构建应用计算机技术、通信技术等多系统的交流平台，实现电功率计时计量、自动计量、即时双向通信、优化用电等功能。 经过30年的发展，欧美发达国家智能电表技术实现多轮升级，功能不断扩展。 1、功能要求更加明确 在综合考虑本国产业体系支撑能力以及本国电网结构和用电特点基础上，欧美的智能电表信息化、兼容性功能日益丰富，并得到积极推广。2008年11月，美国宾夕法尼亚通过法案，明确国定所有新建建筑必须安装智能电表，并对智能电表的功能界定如下：必须具有双向数据传输功能，远程遥控开关功能，远程编程功能，自带信息存储功能，监控电压并反馈信息功能，断电定位功能；电表必须以小时为单位读表，当天传送数据，数据信息提取间隔精确到15分钟或者更短；电表支持自动符合控制，支持实时定价、分时定价，并可以计算用户自发电量。 2、试点应用成果明显 以智能电网建设为契机，英国对安装智能电表的试点用户及电网进行优化运行效果测试。根据智能电表监视器统计数据，通过双向即时的数据反馈功能，初步测算出：由于优化用电方式，一个普通家庭用户年电费支出削减潜力为13%-15%。这些数据为政府出台更多政策提供了依据。 3、智能电网的建设为智能电表的普遍应用提供了契机。欧美从节能环保和促进可再生能源角度出发，纷纷表示要加快智能电网建设，促进经济复苏，促使智能电表发展全面提速。 我国的智能电表研究和推广时间与国际基本同步，但由于受以下几方面因素的影响，我国智能电表技术与国外水平存在较大差距： 1、核心技术缺失，高端市场基本被国外产品占领，即使是国产品牌，芯片等核心部件均才用国外产品或技术，自有技术支撑能力薄弱； 2、生产厂家分散，直接导致研发力量不足，核心技术突破进展缓慢。 3、集成能力落后于国际水平，我国智能电表生产研发的核心技术分散在电子、机械、电力等多个行业，技术集成难度较大。我国缺乏像IBM、GE等具备跨行业、跨平台产业整合能力的大型企业集团，即使单项专业技术接近国际水平，但由于集成环节或安装工艺存在短板，电表产品的应用性能仍然难以满足要求。
