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1、编号：时间：2021年x月x日学无止境页码：第40页 共40页基于载波通信的三相智能电表的设计通过整理的基于载波通信的三相智能电表的设计相关文档，希望对大家有所帮助，谢谢观看！ 基于载波通信的三相智能电表的设计 摘要 智能电表作为电能数据采集的基础设备，在智能电网的建设中起着非常关键的作用。智能电表要求具备原始电能数据采集、测量和数据传输的功能。随着智能电网的发展，对智能电表提出了新的要求。由于越来越多的非线性负荷接入电网，导致电网中产生谐波污染，不仅浪费电能还给电力部门带来一定的经济损失。因此，具有谐波检侧功能的智能电表应运而生：随着国家节能减排的号召，为了提高居民节约用电意识，分时复费电价
2、被提出已在部分地区实施应用，这要求电表具有分时计费功能。同时为提高用户用电的便捷，电力公司和用户间的双向通信也受到更多的关注。 课题基于徽处理器 STM32 强大的数据处理能力，配合电能采集电路及主控制器 STM32 外围电路，实现智能电表的电能计量功能、分时电价功能、双向通信功能与谐波检测功能。课题研究了 FFT 对谐波分析中的作用，将插值加窗的 FFT算法用于谐波分析，减小了频谱泄漏和栅栏效应带来的误差影响。 课题主要完成了智能电表硬件与软件程序的设计，硬件电路主要设计了电压、电流采集电路、 ADC 采样电路、 RS-485 通信电路等。通过利用MATLAB 仿真软件，用加窗插值的 FFT
3、 算法对谐波信号进行了仿真分析，并验证该算法对谐波分析的准确性。最后搭建实验平台对智能电表进行了调试。 关键词：智能电表；载波通信；STM32；谐波分析；FFThttps:/ abstract As the basic equipment of electric energy data collection, smart meter plays a very key role in the construction of smart grid. Smart meters are required to have the functions of collecting, measuring an
4、d transmitting raw power data. With the development of smart grid, new requirements are put forward for smart meters. As more and more nonlinear loads are connected to the power grid, harmonic pollution is generated in the power grid, which not only wastes electric energy but also brings certain eco
5、nomic losses to the power sector. Therefore, smart meters with harmonic detection function have emerged at the historic moment: with the call of national energy conservation and emission reduction, in order to improve residents awareness of saving electricity, time-of-use electricity price has been
6、proposed to be applied in some areas, which requires the meters to have time-of-use charging function. At the same time, in order to improve the convenience of users, two-way communication between power companies and users has also received more attention. The subject is based on the powerful data p
7、rocessing capability of the smart meter STM32, which is combined with the power acquisition circuit and the peripheral circuit of the main controller STM32 to realize the power metering function, time-of-use electricity price function, two-way communication function and harmonic detection function o
8、f the smart meter. In this paper, the effect of FFT on harmonic analysis is studied, and the interpolation and windowing FFT algorithm is applied to harmonic analysis to reduce the influence of spectrum leakage and error caused by fence effect. The subject mainly completed the design of hardware and
9、 software program of smart meter. The hardware circuit mainly designed voltage and current acquisition circuit, ADC sampling circuit, RS-485 communication circuit, etc. By using MATLAB simulation software, the harmonic signal is simulated and analyzed by FFT algorithm with windowed interpolation, an
10、d the accuracy of harmonic analysis by this algorithm is verified. Finally, an experimental platform was built to debug the smart meter. Key words：Smart meters; Carrier communication；STM32；harmonic analysis；FFT 第一章、绪论 1.1引言 最近几年我国经济态势呈现出相对快速发展的趋势，工业信息化的兴起，正在为21世纪注入新的生机与活力。在此过程中引起了各个领域的相关人员足够的重视，电能的切
11、实有效利用成为当今发展的重中之重，传统形式的能源已经不能满足各行各业进一步发展的需要，尤其是在环境污染方面需要相对节能环保的能源出现。电能在工业领域的有效应用，在一定程度上可以促使社会朝着和谐稳态层次进行长足性发展，不仅能将相应的污染有效降到最低，而且能够无限满足物质文明发展的需要。电动机本身就可以称之为一种相对较为绿色的能源形式，在之前的应用过程当中，一直很受青睐。在相应的科学技术稳步提升的背景下，企业呈现出逐步规模集成与网络现代化以及更加智能自动化，尤其对智能电网的开发，在一定程度上较相应的传统电力行业更加切实有效。不仅在操作便捷方面，而且在使用安全性方面都得到切实可靠的应用，随着相关智能
12、电网技术不断完善，使人类的日常生活变的更为便捷，而且具有一定的节能环保性功效。 智能电表的出现，可以说占据着智能电网当中重中之重的地位。凭借着传统形式电表的基础技术不断更新与完善融入一系列智能化因素从而形成所谓的智能电表，其所具有的特性可以归结为在一定程度上更加稳定可靠操作方面更为精准，可以说他是明确用户以及电力部门实际利益的化身，传统形式的电表主要集中于电磁式在与之相比之下，可以有效降低人工抄表的工作量，除此之外也可以有效避免电表老化所产生的抄表误差，精度方面更加准确，前稳定可靠。新型智能性的电表，有效开发以后，不仅在用电计量功能上具有传统形式的保留，还集成了一系列电力信息存储功能，比如一系
13、列多种形式的费用核算、客户端自定义 控制以及相互之间的双向通信等层面。新型的智能电表可以说是智能电网的终极形式的智能终端，在电能切实有效利用方面承载的重中之重的方向。 智能电网的研究趋势在不断朝着前沿性以及智能性发展，在此过程中就需要相应电表具有一定的相对较为精准稳定可靠的计量方式。电力电子的相关发展呈现出逐步日趋完善的趋势，在非线性负荷方面在电网当中也是比比皆是，在此过程中谐波电流以及电压的形式也是呈现出不断上升的趋势，在这一系列发展需要的过程当中，便会造成一定的谐波污染。不仅在一定程度上带来相应的电能无形浪费直接导致相关电力部门的经济效益蒙受折损。在这样的前提背景之下，必须有效研制出一种具
14、有谐波检测功效的智能电表产出，国家日益加强在节能减排方面的声明，在此过程中还出台了一系列电费梯度征收的政策，其目的在于有效提升我国居民节约避免浪费的意识，为了切实响应国家的相关号召，襄阳智能电表的开发必须具备一定的分时、分层计费功效。除此之外，也要为相关用户提供出一定的操作便捷性，也就是在一定程度上实现相关用户以及电力部门进行双向通信。 1.2国内外研究现状 1.2.1国外研究现状 针对于智能型电表开发的过程当中，国外一些发达国家起步相对较早，而且在当前的形势之下，已经呈现出高、精、尖等形式集成化的特点。不仅在硬件方面有所创新，而且更加关注各方面性能的稳步提升。发展到目前为止其相应的研究重点集
15、中于智能化应用的相关方面，在新型智能电表的一系列基础性研究过程当中引入更多的先进较为科学的技术，利用智能电表来配合其他设备完成特定的功能。 针对于通信应用方面，国外西方发达国家所采用的形式要属无线传输相对较为常见，在此过程中有效引入无线传输功能与相关电力部门建立起一定的通信网络实现实时有效通讯。所涉及到的网络类型，具体可以归结于：网状网络以及固定无线形式，或者将二者混合搭配使用，除此之外，可以说还有一些潜在资源有待开发，譬如WiFi形式的应用以及与相关物联网能够搭建平台的相关网络。在一定程度上，不仅能够满足上端网络进行切实有效的通信，而且还能满足人类日常生活的各种行为所需。在此过程中可以有效凭
16、借Zigbee以及相应的无线技术，将相应的新型智能电表进行家庭局域网集成化改革，在一定程度上，将一系列的家用电器，譬如电视、空调、洗衣机等与相应的新型智能电表进行切实有效的交互。在此过程中，不仅能够有效监测各个电器单独的运转状态，而且还能够监测相互之间的协作运行状态。除此之外新型的智能电表不仅仅局限于用户端的使用，还可以有效应用到电网相关设备当中。用于监测电气设备的工作状态。国外的电力公司，尤其是在变压器以及中压馈线当中引入相应的智能电表，在此过程中即可将实时数据采集以及监测功能发挥的淋漓尽致，并有效反馈到相应的控制系统当中。可以将相应的故障监测以及运行状态实时呈现到相关操作人员眼中。 虽然国外一些发达国家在这方面的研究相对
