作者：崔伟 康伟 郭成光 张金诚
来源：《粘接》2022年第06期
冰鲜台
小学生文具盒
摘要：为进一步提高智能电网的信息分析挖掘能力以及数据共享交互能力，设计一款功能完善、实用性强的非侵入式负荷监测系统。在结合系统需求分析的基础上，完成对系统技术架构和系统总体方案的设计;从数据采集模块设计、主控模块设计、通信模块设计等方面入手，完成系统核心功能模块的设计;对系统的运行性能以及云平台在线监测功能进行测试。结果表明：所设计的非侵入式负荷监测系统运行正常、可靠、稳定，各个功能模块实现满足设计相关要求。
关键词：智能电网;非侵入式;电力负荷监测系统;设计
中图分类号：TM76
文献标识码：A文章编号：1001-5922（2022）06-0182-05
Design of non-intrusive load monitoring system for smart grid
水辊清洗剂 CUI Wei， KANG Wei， GUO Chengguang， ZHANG Jincheng
视频无线传输
（State Grid Shandong Electric Power Company， Jinan Zhangqiu District Power Supply Company， Jinan 250200， China
）
Abstract：In order to further improve the information analysis and mining capabilities as well as the data sharing and interaction capabilities of the smart grid， a non-intrusive load monitoring system with complete functions and strong practicability is designed. Based on the analysis of system requirements， complete the design of the system technical architecture and overall system plan. Start with the data acquisition module design， main control module design， communication module design and other aspects to complete the design of the core functional modules of the system. Finally， test the operating performance of the system and the online monitoring function of the cloud platform. The results show that the non-intrusive load monitoring system designed in this paper runs normally， reliably and stably， and the realization of each functional module meets the relevant design requirements.
Key words：smart grid; non-intrusive; power load monitoring system; design
在智能電网背景下，通过设计和应用非侵入式负荷监测系统，不仅可以实现对用电负荷自动化、远程化、精确化监测，还便于用户全面地了解和把握电力负荷特性，为保证电太阳能热水器控制器
血仓力负荷识别精确度，提高智能电网调度水平提供重要的平台支持。因此，为了促进智能电网的健康、可持续发展，如何科学地设计非侵入式负荷监测系统是技术人员必须思考和解决的问题。
1系统需求分析
系统需求分析作为非侵入式负荷监测系统设计基础内容，在正式进入系统设计之前，技术人员要从以下2个维度出发，做好对系统需求分析。（1）用户需求分析。该系统所涉及到的用户主要包含业务用户和系统用户两类，用户类型不同，其系统需求也存在的一定的差异。（2）功能需求分析。系统功能主要包含采集模块设计、主控模块设计、通信模块等模块，技术人员要重点做好对这些功能模块的设计和实现，以保证用户的使用体验。
2系统技术架构设计
在智能电网背景下，非侵入式负荷监测系统设计主要用到了以下核心技术，分别是负荷监测与识别技术、先进的信息通信技术、数据深度挖掘技术。首先，通过利用负荷监测与识别技术，实现对电力负荷数据的全面化分析和研究[1];然后，借助信息通信技术，保证
电网与用户之间的互动性，确保电网能够在最短时间内快速地获取用户电力负荷数据。最后，采用数据深度挖掘方式，对用户的电力负荷数据进行深入地分析和挖掘，从而为用户提供良好的智能化用电服务。系统技术架构设计示意图如图1所示。
3系统总体方案设计
3.1系统核心模块介绍
本系统主要包含以下几个模块，分别是数据采集模块、主控模块、通信模块和电源模块。系统总体设计示意图如图2所示。其中数据采集模块、主控模块、通信模块设计是本次研究中的重点，一旦所采集的数据精确度不高，将会直接影响本系统的运行性能。为避免以上不良现象的发生，技术人员要优先选用采样电阻，对电力负荷数据进行采集，这是由于这种电阻具有抗磁场干扰能力。此外，还要选用HLW8112电能计量芯片，将电力负荷数据快速转换为相应的电信号[2]。电源模块作为系统的基础功能模块，其稳压程度控制不合理，将会直接影响本系统的运行状态，因此，技术人员要优先选用开关电源芯片，对电力负荷数据进行转换，这是由于该开关电源芯片具有安全可靠、体积小、效率高等特点。主控模块作为本系统的核心模块，在实际的开发中，要优先选用STM32F1.03微处理器，对
数据采集模块所发送的电力负荷数据进行处理。为了确保用户能够对电力负荷数据进行远程化、在线化实时监测[3]，本系统在具体的设计中，要利用通信模块，向OneNET云平台安全、可靠地传输电力负荷数据。
3.2系统运行流程分析
本系统的运行流程为：通过将本系统安装和固定于电力供给入口端，此时，电源模块会向其他各个模块提供相应的工作电压，此时，系统会利用数据采集模块，将电压、电流、功率等电力负荷数据转换为相应的电信号，并将其传输到HLW8112电能计量芯片，由该芯片将这些电信号转换为电压有效值、电流有效值，并存储于指定的寄存器内，在此基础上，主控模块会自动完成对电力负荷数据的精确计算，并将最终的计算结果转化为相应的电力负荷特性值。最后，通信模块将这些电力负荷特性值安全、可靠地传输和存储于OneNET云平台[4];此时，用户通过借助移动端或者PC端，就可以实现对OneNET云平台的登录和访问，为保证电力负荷数据监测的实时性、有效性和针对性打下坚实的基础。
4系统功能模块设计
在智能电网背景下，为更好地提高非侵入式负荷监测系统的运行性能，实现对用电负荷自动化、远程化、精确化监测，满足用户的多样化使用需求[5]，现将本系统划分为3大模块：数据采集模块、主控模块、通信模块。系统功能模块设计示意图如图3所示。
4.1数据采集模块设计
数据采集模块主要由2大核心部分组成：一个是HLW8112电能计量芯片;另一个是采样电阻。其中，HLW8112电能计量芯片具有精度高、安全可靠等特点，其内部安装了电源和晶振，在科学设计外围电力的基础上，通过规范地编写软件代码，就可以保证数据采集模块实现效果;同时，通过借助主控模块[6]，可以实现对各个芯片寄存器内电力负荷数据的精确读取和整理。当这些数据比值达到1 000∶1，且电流有效值和电压有效值之间的测量误差小于1%时，可以保证数据采集结果的精确性和真实性。另外，在设计数据采集模块期间，技术人员要优先选用以下2种电阻：一种是1 mΩ的铜锰电阻;另一种是200 kΩ合金电阻，这2种电阻均具有成本低、操作简单、精确度高等特点，通过将其设置为采样电阻，可以实现对电压、电流的实时监测和整理，并将其转化为相应的电信号[7]，还要借助HLW8112电能计量芯片，采用数字量的方式，将这些电信号安全、可靠地传输于芯片寄存
器中。为了保证电力负荷数据采集的全面性和高效性，技术人员要将多个贴片合金电阻进行有效地连接，使其结合为统一的整体;同时，还要采用串联电阻的方式，尽可能解决单个电阻耐压水平低以及电网电压不稳定问题。在此基础上，还要借助HLW8112电能计量芯片，采用SPI通信方式，为本系统设计提供强大的硬件支持，以保证电力负荷数据输出的稳定性、可靠性和安全性。此外，数据采集模块主要适用于强电工作环境状态，为了确保该模块的可靠性和安全性，技术人员要借助光耦隔离芯片，将数据采集模块与主模块进行有效地隔离，通常，还要将HLW8112电能计量芯片的输出频率设置为7 012 Hz，该环节中所用到的高速光耦主要包含以下2种：一种是型号为EL357NB高速光耦;另一种是型号为PS8101高速光耦，通过利用2种高速电偶，可以提高SIP通信性能。只有这样，才能保证数据采集模块的实现效果，为用户带来良好的使用体验。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议