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电力能效监测终端是采集、处理电气量和非电气量(如流量、压力、温度、湿度等)信息,并能与电力能效信息集中与交互终端进行数据交换的装置,是电力能效监测系统研究的基础。而电力能效监测系统研究作为目前智能电网电力需求侧能效管理研究的重要组成部分,其基础研究意义重大。因此设计出多功能、高精度的电力能效监测终端是实现精准能效监测、评估、需求响应及负荷控制的前提。 首先,分析了电力能效监测终端研究发展经历的三个阶段:模拟仪器、数字仪器及智能仪器阶段,并对每个阶段的技术方案及终端特点进行了详细对比。突出了智能仪器阶段电力能效监测终端的主要特点是:具备信息采集、捕获、识别及短距离无线通信功能。其中信息采集、捕获和识别不仅针对自身监测信息,也包括其他智能设备的信息;短距离无线通信需具有与其他智能设备及网络进行数据交换的能力。 其次,根据国家标准技术规范对所设计的智能电力能效监测终端类型(电能质量电量型(V)型)的需求进行了详细分析,并对智能电力能效监测终端进行了总体功能和结构设计。设计中除注重终端的监测功能外,还增加了两项功能:一是多通信功能,将目前集抄系统主流的通信方式(红外、RS485、电力载波、GPRS及WIFI通信)进行模块化设计并在终端中设置各通信模块的接口,终端通过对接入的通信模块自适应,可以响应不同的通信方案,各通信模块相互独立,在终端中可单独使用也可多种组合使用,增强了终端的适应性;二是利用WIFI通信赋予了终端连接其他智能设备(智能监测设备、智能配电设备及智能电器)并对智能设备进行监控和管理的功能,增强了终端与用户的互动性。 然后,硬件设计中主控芯片选用了ST公司生产的32位低功耗ARM微控制器STM32F103ZET6,计量芯片选用了ADI公司生产的集成谐波监控的高精度多相多功能电能计量芯片ADE7880,此两款芯片在功能和性能上都可完全满足智能电力能效监测终端的设计需求。 进而,软件设计中针对每个芯片或功能模块的特点分别设计子程序,各子程序相互独立互不干扰,主程序通过对各子程序的衔接调用实现智能电力能效监测终端的运转。 最后,根据硬软件设计方案完成了智能电力能效监测终端的实物制作,并具体展示了制作方法及过程。终端制作完成后通过与主站系统对接,测试了终端的通信及智能设备管理功能,并对测试结果进行了展示。同时,还对终端的校准方法、过程及误差与精度分析进行了详细介绍,验证了本设计智能电力能效监测终端的工作性能。