1前言
电力负荷监测是开展电能节约工作的基础，它有助于用电单位了解自身不同时段电能的使用情况，制定合理的节电计划，对电力系统的规划和调度改善具有重要价值。家庭电力负荷和工业、商业负荷用电一样在全社会的电力负荷中占有相当重要的地位。由于家庭用电电器的复杂多样性，不仅仅要求的是目前智能电表所能测量的总负荷，而是要具体到家庭内每个设备的用电信息，因此，家居电器负荷信息一直是负荷监测研究的难点。
2负荷监测方案设计及实现
负荷监测系统主要分为三个模块：ARM主控中心模块、ZigBee网络模块、智能电器终端模块。采用Tiny6410开发板作为主控制器。主控中心通过串口与ZigBee协调器通信，控制指令通过串口发送给ZigBee协调器，协调器通过ZigBee网络把指令信息转发到各个ZigBee网络通信终端。智能电器终端集成了负荷信息采集电路、电器控制继电器及ZigBee网络通信终端三个功能单元，根据主控中心发来的指令控制相应的电器进行工作，采集电器负荷电流以及反馈电器工作状态信息等工作。采集的负荷信息和电器的状况信息再通过ZigBee网络发送到主控中心进行存储、显示、处理等。采用ACS712ELCTR电流芯片对电器电流信号进行获取，芯片的输出信号经运放电路处理转换成适合数据MCU采集的模拟信号。本设计MCU采用TI公司的CC2530，该芯片内部集成了低功耗8051微控制器，集成14位ADC，可在满足ZigBee无线通信的同时满足电流信号的采集，其精度和速率完全满足电流信号的获取要求。电器的开关控制和工作状态获取属于开关量信号的输出和输入，利用CC2530集成的24个GPIO外接功率芯片N298驱动动合触头串联在电器供电插座或回路的火线中的直流拍合式继电器实现。
3实验验证
3.1实验条件
以一个实际智能家居为实验对象。该家居包括冰箱、电视机、空调、以及照明等4个家居典型电器终端。各终端用电参数见表1。在每个终端电源侧装设本监测系统一套。实验测得供电电压AC223V，频率50Hz，监控时间0~0.6s，数据采集频率10kHz。
3.2实验结果及分析
由于空调和冰箱均以压缩机设备为主，其线圈属于感性负载性质，启动阶段产生较大反向电动势，因此启动电流较大，工作过程可分为瞬态的启动阶段和稳态的运行阶段。其瞬态启动电流远大于稳态运行电流，空调可达90A以上，冰箱30A以上。空调的瞬态启动阶段持续时间约为1.4s，冰箱的瞬态启动阶段持续时间约为1s。电视机和照明负荷电流波形见图3和图4，局部方法的波形图示于右下角。放大图中可见尽管整体上电流波形依然是周期性的变化，但一个周期内的波形对比正弦波出现部分畸变，其畸变的严重程度则与电子镇流器、整流设备等非线性负载的比例密切相关。
4结论
本文从实际需要出发，在对两种传统电力负荷监测分析方法的优缺点详细分析的基础上提出并设计实现了一种家居负荷采集系统。该系统借助于智能家居的终端-智能电器的硬件平台实现负荷数据采集，通过智能家居中的物联网络进行实施数据的传输，最终提出并实现了一种新的家居电力负荷监测系统。实验结果验证了该系统的良好效果。
作者：陶治宇 单位：东北林业大学信息与计算机工程学院
