摘要：本文分析了智能电表设计中可能出现的各种问题，并介绍了相应的软硬件抗干扰措施，为现代化电网全面推广的智能电能表评标提供重要的参考。
关键词：智能电能表 软硬件 抗干扰
一、引言
为适应现代化电网自动化管理的需要，我们现在正在全面推广使用智能电表。智能电能表是全电子式电能表，它除具备基本的计量功能外，带有硬件时钟和完备的通信接口，支持双向计量、自动采集、阶梯电价、分时电价、冻结、控制、监测等功能，具有更高的可靠性、更高的安全等级以及大存储容量等特点。由于微控制器的引入，对智能电能表的设计提出了更高的要求。这是因为由于电源等引入的干扰可能导致诸如电量数据的丢失、改变或死机等，从而引起不可预测的后果。像家用电脑死机现象是允许的，可以通过人工复位，重新设置等手段来恢复。然而，在智能电能表的实际工作运行中，噪声和干扰是不可避免的。目前，大多数智能电能表都应保证在干扰较强的现场运行，如何提高智能电表的抗干扰能力，保证其在规定条件下正常运行，以及防止其内部产生的噪声对外部的辐射，是智能电能表设计中的关键问题。
二、硬件抗干扰措施
在智能电能表研制初期，当电能表带上电感性负载（比如电扇）时，在电扇快速插拔的瞬间，容易导致智能电能表中单片机数据的丢失或死机。如果从设计上不能把智能电能表的抗干扰问题解决好，智能电能表是很难做到正确计量电能的。
1、电源的抗干扰措施
（1）在对电源变压器进行设计的过程中，要使电能表空载的电流降低，这样可以有效地节省电能表的功耗。有效地增加变压器的容量，能够有效地降低干扰脉冲的数量和幅度，使变压器的容量受到电能表空间的限制，同时变压器又不能太大。
（2）在电磁干扰中，最基本的是干扰源，它是主要的干扰因素之一，也是电磁干扰的必备条件。通常情况下，在整个干扰源头中，电源是一个重要因素。因此，在控制干扰的过程中，电源干扰的控制是最直接的。在实践中，可以使用很多方法来对电源干扰进行抑制。在交流电网中，可使用的抑制电磁干扰的方法一般有两种：①关闭交流电网的电源变压器，或者屏蔽。有时，也可以在电源变压器外面安装屏蔽层。②在电路中增加电磁滤波器，将电磁干扰过滤掉，甚至消除电磁干扰。除此之外，控制电磁干扰能够防止噪声污染电网。为了降低整流电源纹波干扰，先要对电源进行稳压处理。然而，有时即使电压稳定了，也存在电子电路系统不能正常运行的情况。造成这种情况的原因有很多，其中之一便是放大电路输入端与整流电源输出端的连接线长度超过了一定的限度。当连接线的长度超过 20cm时，可以在电子电路系统中安装滤波电路。在电子电路中进行抗干扰控制，主要目的是通过采用合理的方案来降低干扰产生的影响，从而确保电子电路的稳定运行。在此过程中，使用不同的元器件和布线方式都会对最终的抗干扰性能产生影响。提升电路抗干扰性能的基本措施有两种，分别为提升敏感元器件的抗干扰性能和在设计电路的过程中增加抑制干扰的器件。在一个良好的电子电路中，这些措施是必须要有的。
2、电能表可靠性测试
根据电能表的设计原理和应用环境的分析，可从计量、通信、数据存储、可靠性这几个方面对电能表进行测试。各类工况的选取范围是：电压70%～130%Un、电流0～1.21max、相位0～360°、频率47.5Hz～52.5Hz、温度－40℃～70℃，在这些基本的测试条件下再加上各种干扰情况：脉冲耐压、谐波影响、冲击电流、雷击浪涌组合成各种测试工况环境。干扰的具体参数是：脉冲干扰电压值6 kV，脉宽10μs～50μs；冲击电流300 A，时间500 ms±10%；工频过压的电压值为2倍参比电压，持续时间20 ms±10%；高温70℃和低温－40℃试验过程中电能表不上电工作，试验时长2小时，环境温度结束之后上电查看电能表功能是否正确。可靠性测试项目示例如下：（1）反复上掉电验证电能表功能是否合格；（2）反复缓升缓降验证电能表功能是否合格；（3）谐波情况下验证电能表功能是否合格；（4）外加干扰情况下验证电能表功能是否合格；（5）高温70℃，2小时后，验证功能是否合格；（6）低温－40℃，2小时后，验证是否合格；（7）阳光照射下验证电能表功能是否合格；（8）高温70℃和湿度85%，2小时后，验证功能是否合格；（9）冲击电流对计量和数据存储的影响；（10）工频过压对计量和数据存储的影响。通过以上10个测试项目，对电能表进行反复的可靠性测试，并进行分类统计，再应用G-O模型预测电能表可靠性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3、串行E2PROM的选择
因为电能表数据存储的可靠性至关重要，为了保证在掉电时以及在因干扰导致单片机复位时，智能电能表中的主要数据和参数不丢失，存储器的选择上要有所考虑。使用并行存储器，虽然有速度快的特点，但读写信号容易受到干扰从而造成错误，而采用串行E2PROM存储器时，其读写时序相当严格，受到干扰出错的几率就小得多。
三、软件抗干扰措施
电磁干扰错综复杂，硬件上从供电电源、信号传输、接地、合理布线等方面采取措施后仍有不确定的干扰进入系统，这时可通过软件对干扰进行处理。软件抗干扰技术是指系统受干扰后能恢复其正常运行，或输入输出信号受干扰后能识别并剔除干扰信号的一种辅助方法。
1、采用软件抑制叠加在输入输出信号上的干扰
对模拟输入信号进行数字滤波，由于数字滤波可采用不同的滤波方法（算数平均值法、中位值法等）或滤波参数，因此与硬件滤波器相比，具有灵活、方便、功能强的特点。对开关量输入信号采取多次重复采集，只有连续两次或两次以上采集的结果完全相同，信号才有效。
2、指令冗余技术
指令冗余所谓的指令冗余，其实是在实际的施工基础之上，对内部所存在的众多技术进行合理的搭配，简答的来说就是，在技术的开发过程当中，对于技术的应用往往存在着不同的局限性，因为毕竟没有一个完美的技术。
3、“看门狗”措施
软件看门狗技术是一种实现程序分离的手段，一般应用在乱飞的程序进入死循环阶段时，对这些程序的运行长度进行定期检测，如果发现这个程序的循环时间已经比最大限度更大，就需要进行错误处理，以提高系统的稳定性。看门狗定时器具有使能/禁用引脚（低电平有效，WDENn），以方便工厂初始编程或现场编程刷新。
4、保证EEPROM数据写入的可靠性措施
（1）正常写入EEPROM之前，要进行一系列操作，可将其分成几部分。第一部分设置一写入口令。只有程序正常一步一步运作，口令才会逐一被赋予正确的值，到最后写入时再判断所有的口令是否正确。若正确，写入，否则退出。写入完成，口令清除。
（2）数据双备份。当由于干扰使微处理器中的寄存器数据改变时，鉴于三组数据在同一值出错的概率较小，故在写入之前，将三组数据比较，若相等则写入，若不相等则将相等的两组数据写入。
（3）写入之前对数据的合法性进行判别，即对电量或参数的数据格式进行判别。有了这样的限制，可进一步提高可靠性。
（4）定时设置I/0口状态：微处理器受到干扰，I/0口状态可能改变，比如电脉冲输入口若改变为输出态，会造成用户用了电但微处理器却检测不到的可能.所以周期性地重复定义I/0口的输入/输出状态对于干扰环境下运行的电能表是有好处的。
四、结束语
在电子电路领域，干扰的抑制是一项需要深入探究的课题。这其中很多内容需要在具体的实践工作中不断地积累经验，具体问题具体分析，并在实际中进行技术的创新。尤其是在恶劣的工作环境下，电子电路受到的干扰是很大的。这种干扰不仅会影响电子电路的性能，还会干扰电路的正常运行。因此，只有采取科学、合理的抗干扰措施，才能有效处理电路的屏蔽和接地问题，从而提高电路工作的稳定性和可靠性。
参考文献：
[1]王幸之等《单片机应用系统抗干扰技术》——北京航空大学出版社，2000
[2]邱玉春等《EEPROM器件在电度表中的应用》——电测与仪表，2000
[3]国家质量技术监督局计量司、中国计量出版社合编《电能表技术手册》——中国计量出版社，2000
[4]国家电网公司企业标准Q/GDW《三相智能电能表技术规范》
论文作者:万江
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/28
标签：干扰论文; 电能表论文; 抗干扰论文; 智能论文; 电子电路论文; 可靠性论文; 措施论文; 《电力设备》2017年第21期论文;