摘要：随着电力设备的推进，对新型的多功能电表要求也越来越强烈。智能电表是未来智能电网的基本组件之一，它可以实时监测系统的性能并检测潜在的故障，以实现对电网的远程监控。在智能电网系统中，智能电表是测量功耗和电能质量扰动的重要设备，因此，电能质量检测是必不可少的。本文对电能质量数据的各项指标进行了分析，了解电能质量如何检测以及监测，并和电表联系起来，达到电表可以对电能质量进行监测的目的，进一步使电表智能化，完善电表的各项功能，适应电力系统运行发展的需要。本文是对智能电表进行设计，使其具有在电能质量方面的监测能力，也是为推进电表智能化所做出的努力。
关键词：电能质量检测 智能电表 电网 电力系统
引言
在一些国家具有电能质量监测功能的智能电表的使用已经在大范围进行，我国的此项设计尚在完善阶段。现如今，住宅、工业安装、公共建筑上都需要有智能电表的参与。新型的高科技的智能电表是基于现场可编程门阵列 (FPGA) 技术, 允许可重构的体系结构, 使用户能够根据其应用选择适当的处理模块。智能电表配有智能传感器，开发的智能传感器网络计算了有效值、功率因数和总谐波失真等标准数据，它还能检测到电能质量的扰动，如倾角、膨胀或中断。此外，智能传感器可以识别某些种类的电器或工业设备如：风扇、照明、微波炉、电冰箱等。电能监测设备主要是为了计费，成本高昂，一般不用于连续监测。
1. 电能质量监测的重要性以及智能电表使用情况
1.1 电能质量监测
由于电能质量是智能电网的一项重要要求，因此已制定相应的国际标准，对影响电网或用户的电气扰动进行分类。电力管理政策，如电能和PQD监测，智能电网交互，负荷监测将是未来几年着重推进的技术。住宅和公共建筑以及工业设施将利用这些政策来降低能源消耗和成本，以实现其可持续性发展和符合现代化发展的需要。
1.2 智能电表使用情况
智能电表的发展是一种趋势，它代表着未来的智能化。是为了适应智能电网的发展以及新能源的使用，它不仅可以单项计费，还可以双重计费、具有掌控用户端的功能、双向数据通信等多种功能。新型的智能电表可以实现网络电能的购买功能。随着国家提出建设中国智能电网的口号，智能电表的设计被提上了日程。电表的终端是智能化，节能环保安全是智能电表的设计所需要考虑的。现在随着电网的发展，具有电能质量检测功能是电表的设计所需要的了。
2. 电能质量检测设计的可行性
2.1 理论指导
对于电能质量的监控的目的是监测电压、电流、频率及谐波等方面。当这些条件没有正常运行，会引起电路设备的损害，无论是功率还是电压的忽高忽低都会对电气设备造成一定的损伤。因此我们需要设计一种可以计算电压、电流、电频和三相电压的不平衡度的传感器，在这样的传感中输入各项指标的正常范围值，再植入一个具有报警功能的报警器，在数据超出正常范围后可以进行报警。现在有些高端仪器如气象色谱仪等对电压电功率的要求特别精确，这种装置设计成功后可以最大程度上保证电路的正常运行，并保护各种电子设备。在未来，对于电表的设计可能不单单具有监控功能，还可能具有调节功能，自动调节各项指标和参数使其在正常范围。
2.2 智能电表中的程序设计
设计电表具有电能质量监测功能，我们需要让智能电表监测的参数有：
2.2.1 电压偏差
图1.电压波动曲线图
电压偏差即电压的偏差率。电压在实际运行过程中高于或者低于额定的电压的差值，除以额定电压，如图1所示。电压的偏差反映了供电情况。设备常低压或者高压运行会对设备的稳定性造成一定的影响，还会因此降低设备的使用寿命。导致电压偏差的主要原因是变压器和电网的无功功率。我国的用电国标规定：供电电压的允许偏差范围为百分之七左右，因此，该智能电表的设计需要考虑到一旦超过此范围，智能电表需进行自动报警。
电压偏差的计算：电压偏差（%）UI=Ur/UN ×100% 公式（1）
式中——Ur：波动值：测量值与标称过电压的差值
UN：标称电压
对电压的控制需要在软件中输入一些程序，内容如下：开始------写入三相电压有效值寄存器的命令语句------读取数据------转换为数字信息------用电压偏差公式进行计算并得出数据范围------判定是否超出范围并判断是否报警------结束。
2.2.2 电压波动
电压波动的判定是看在一定时间范围内电压上下浮动的差值，即在一定时间段内实际电压的最高值与最低值之差。电压波动范围过大，会烧毁用电设备，造成电流过大负荷，如图2所示。况且电压波动会对用电进行测量的仪器造成准确性的干扰，使其无法正常运行。因此对电能质量监控时做到对电压波动的监控是非常有必要的。电压波动的计算是相邻两个电压最大值与最小值的差比上电压值的比率。即电压波动d= 
×100% 公式（2）
图2.120V及230V电压等级时矩形波动特征的电压波动幅度与频度的关系
对电压波动进行监测需要以下程序内容：开始------1.写入三相电压有效值寄存器的命令语句------2.读取数据（1和2命令语句循环进行采集数据）------数值比较取最大值和最小值------把数据转换为数值------用电压波动公式进行计算并且判断------判定波动是否超范围并判定是否报警------结束。
2.2.3 三相电压不平衡
三相电压不平衡是某些连接点在电网运行中的不平衡程度。一般情况下由三相有功功率或者三相无功功率引起的。此种不平衡可能导致电路中电能损耗过大和电路运行造成故障，如有不慎容易烧坏设备，因此智能电表对此项电能质量的监控是非常有必要的。三相电压不平衡度表示三相电力系统中三相的不平衡程度，用电压或电流负序分量与正序分量的方均根值百分比表示。
公式（3）
对三相电压不平衡的监测需要的程序：开始------写入一项电流有效值寄存器的命令语句------读取数据------数据转换为数值信息------用三相电压不平衡的公式进行计算------判定是否超出范围并是否报警------结束运行。
参考文献
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论文作者:杨茂喜
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/13
标签：电表论文; 电压论文; 电能论文; 智能论文; 相电压论文; 电网论文; 偏差论文; 《电力设备》2018年第8期论文;