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一、直流電能表的概述

（一）定義與作用

直流電能表是一種專門為特定應用場合設計的儀表，主要用于測量直流系統(tǒng)中的各種電氣參數(shù)。它可以對直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率、正向與反向電能等進行精確測量。

直流電能表通常由測量單元、數(shù)據(jù)處理單元、通訊單元和顯示單元等組成。測量單元負責采集直流系統(tǒng)中的電氣信號，如電壓和電流等。數(shù)據(jù)處理單元對采集到的信號進行處理和計算，得出各種電氣參數(shù)的值，如功率和電能等。通訊單元使得直流電能表能夠與工控設備、計算機等進行連接，組成測控系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和共享。顯示單元則用于本地顯示測量結(jié)果，方便用戶直觀地了解直流系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

直流電能表的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

首先，它具有電能計量功能。能夠準確測量直流電路中的電能消耗，為用戶或系統(tǒng)運營商提供可靠的能耗數(shù)據(jù)。這對于能源管理和成本控制至關(guān)重要。例如，在電信基站、太陽能供電等應用場合，通過直流電能表的計量，可以清楚地了解能源的使用情況，以便合理安排能源供應和優(yōu)化能源利用效率。

其次，直流電能表可用于系統(tǒng)監(jiān)控。通過實時監(jiān)測電能使用情況以及電壓、電流等參數(shù)，有助于及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的異常情況，如過壓、過流等，從而保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。在光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域，直流電能表能夠?qū)ο到y(tǒng)的運行狀態(tài)進行全面監(jiān)控，為系統(tǒng)的優(yōu)化和維護提供依據(jù)。

再者，在能源管理方面，直流電能表發(fā)揮著重要作用。特別是在光伏和儲能系統(tǒng)中，它可以優(yōu)化能源的使用和存儲。通過準確測量電能的輸入和輸出，實現(xiàn)對能源的合理分配和調(diào)度，提高能源利用效率。同時，為用戶或管理者提供準確的能源數(shù)據(jù)，支持他們做出合理的能源使用和投資決策。

此外，直流電能表還具有安全保障功能。通過監(jiān)測電流和電壓，能夠及時發(fā)現(xiàn)過載和短路等安全問題，觸發(fā)報警或采取相應的保護措施，防止事故的發(fā)生。在電動汽車充電站等應用場合，直流電能表的安全保障功能尤為重要，確保充電過程的安全可靠。

二、直流電能表的選擇方法

（一）考慮安裝方式

在選擇直流電能表時，安裝方式是一個重要的考慮因素。目前主要有嵌入式、導軌式和壁掛式三種安裝方式。

嵌入式安裝通常適用于對整體協(xié)調(diào)性要求較高的場合，它能夠與柜體融合，不占用額外空間。但在選擇嵌入式安裝時，需要確保柜體有足夠的空間容納電能表，并且要考慮安裝后的操作和維護便利性。

導軌式安裝具有結(jié)構(gòu)模數(shù)化設計的特點，寬度與微型斷路器匹配，可方便安裝于照明箱內(nèi)。這種安裝方式適用于空間有限但又需要對直流系統(tǒng)進行精確測量的場合。導軌式安裝的電能表具有體積小巧、精度高、可靠性好等優(yōu)點，能夠滿足政府和大型公建中對電能分項計量的需求，也適用于企事業(yè)單位的電能管理考核。

壁掛式安裝則適用于特定的場合，如壁掛式復費率直流電能表采用液晶顯示，具有 RS485 功能可與微機進行數(shù)據(jù)交換，適合充電樁直流計量、蓄電池、太陽能電池板等直流信號設備電量測量和電能計量使用。此外，DJSF1352 型電子式直流電能表也是壁掛式的一種，同樣采用液晶顯示，具有 RS485 功能，可與微機進行數(shù)據(jù)交換。安科瑞電氣股份有限公司生產(chǎn)的 PZ72L-DE 智能直流電能表可以直接取代常規(guī)測量儀表，作為一種先進的智能化、數(shù)字化的前端采集元件，已廣泛應用于各種控制系統(tǒng)、SCADA 系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中。

在選擇安裝方式時，需要根據(jù)實際情況綜合考慮整體協(xié)調(diào)性和功能擴充性。如果空間有限且對協(xié)調(diào)性要求較高，可以選擇嵌入式安裝；如果需要快速安裝和拆卸，導軌式安裝是一個不錯的選擇；而對于特定場合，如充電樁、蓄電池等設備的電能計量，壁掛式安裝則更為合適。

（二）確定工作電源

直流電能表的工作電源主要有 AC/DC 85 - 265V、DC24V、DC48V 等多種選擇。

AC/DC 85 - 265V 的工作電源適用于大多數(shù)場合，具有較廣泛的適用性。它可以在交流和直流電源環(huán)境下工作，為用戶提供了更多的選擇。

DC24V 和 DC48V 的工作電源則適用于特定的直流系統(tǒng)，如一些工業(yè)自動化設備和通信設備等。在選擇工作電源時，需要根據(jù)實際應用場景的電源情況來確定，確保電能表能夠正常工作。

（三）選擇功能

直流電能表可具有通訊接口、繼電器報警輸出、開關(guān)量輸入 / 輸出等功能，用戶應根據(jù)需求進行設置。

通訊接口是直流電能表的重要功能之一，它可以使電能表與工控設備、計算機等進行連接，組成測控系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和共享。常見的通訊接口有 RS485 通訊接口，采用 Modbus-RTU 協(xié)議，能夠與各種設備進行高效的數(shù)據(jù)通信。

繼電器報警輸出功能可以在電能表檢測到異常情況時，如過壓、過流等，觸發(fā)報警信號，提醒用戶及時處理。開關(guān)量輸入 / 輸出功能則可以實現(xiàn)對外部設備的控制，提高系統(tǒng)的自動化程度。

對于具有測量、計量、分時等功能的智能直流電能表，如 PZ 系列智能直流電能表，還可以根據(jù)不同要求，通過儀表面板按鍵，對變比、通訊進行設置與控制。同時，智能直流電能表還具有分時功能，兩套時段表，一年可以分為 4 個時區(qū)，每套時段表可設 12 個日時段，4 個費率（F1、F2、F3、F4 即尖峰平谷），時段最小間隔為 15 分鐘，時段可跨零點設置（僅 LCD 液晶表具有）。還能統(tǒng)計上 12 月的歷史電能（各費率電能）（僅 LCD 液晶表具有）。

（四）關(guān)注顯示數(shù)位

一般直流電能表有四位甚至五位顯示，顯示位數(shù)越多測量精度越高。

過去的顯示儀表有兩位、三位及三位半顯示，而現(xiàn)在市面上的常規(guī)多功能電力儀表產(chǎn)品一般都提供四位甚至五位顯示。顯示位數(shù)的增加不僅能夠提高測量精度，還能更直觀地顯示測量結(jié)果。例如，正五位 LED 數(shù)碼管顯示的直流電能表，量程自動轉(zhuǎn)換，小數(shù)點自動移位，能夠為用戶提供更準確的電能數(shù)據(jù)。

（五）明確輸入信號

在選擇直流電能表時，必須弄清測量信號的性質(zhì)，包括電流還是電壓、交流還是直流等。

直流電能表的輸入信號可以是直接輸入儀表的測量信號（電壓或電流），也可以是經(jīng)過轉(zhuǎn)化后（電壓或電流互感器）接入儀表的信號。要弄清楚信號類型，是電流還是電壓，是交流還是直流，是脈沖信號還是線性信號等等，還要弄清楚信號的大小。如果不清楚測量信號的性質(zhì)，買去的儀表可能不能用，甚至會損壞儀表及原有設備。

例如，數(shù)顯直流電能表可以測量直流電能、直流電流、直流電壓、直流功率等參數(shù)。其輸入信號范圍廣泛，電流可直接輸入 0~10Adc，超出 10Adc 需加分流器；電壓可直接輸入 0~650Vdc，允許過量程瞬時電壓 2 倍 / 1 秒，持續(xù) 1.2 倍。

（六）注意接線方式

電流信號采樣線須使用屏蔽雙絞線，不同的采樣方式有不同的接線方法。

使用分流器采樣電流時，分流器與儀表之間的接線需要按照特定的方式進行連接。使用霍爾電流傳感器采樣電流時，根據(jù)霍爾電流傳感器的供電方式不同，接線方式也有所不同。如果霍爾電流傳感器單獨供電，與儀表之間的接線有特定的要求；如果霍爾電流傳感器由儀表的選配功能 12V 電源輸出供電，接線方式也會有所變化。此外，還有其他接線方式，需要根據(jù)實際情況進行選擇。

在接線時，一定要嚴格按照說明書的要求進行操作，確保接線正確可靠，以保證直流電能表的正常工作和測量精度。

三、直流電能表的工作原理

直流電能表主要采用磁電系或電動系測量機構(gòu)，通過測量電壓、電流等參數(shù)實現(xiàn)電能計量。不同類型的直流電表工作原理略有差異，如檢流計、直流電流表、直流電壓表等。

磁電系測量機構(gòu)是直流電能表常用的一種測量機構(gòu)。其測量基本量是電流，可用來直接測小電流。對于大量值的直流電流，磁電系測量機構(gòu)要使用分流器，也就是并聯(lián)電阻。直流電流表的作用是將大部分被測電流分流。對約 10A 以下的電流多采用內(nèi)附分流器；對更大的電流值，則使用 ** 分流器。采取四端結(jié)構(gòu)，具有兩個電流端，兩個電位端。其電阻值的選擇條件為：當標稱電流通過該分流器時，其電位端間的電壓為 45mV 或 75mV；以量程為 45mV 或 75mV 的磁電系毫伏表測此電壓值，而表盤上則以電流值刻度。

電動系測量機構(gòu)也是直流電能表的一種測量方式。它通過測量電壓、電流、功率等參數(shù)，實現(xiàn)對用電量的計量。其工作原理是根據(jù)電能表內(nèi)部的磁場力與電流大小成正比，通過電流線圈產(chǎn)生的磁場來驅(qū)動鋁制轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)計數(shù)。

檢流計是一種高靈敏度的磁電式電流測量儀表，在直流電能表中也有重要作用。檢流計的核心部件是一個放置在磁鐵磁場中的可轉(zhuǎn)動線圈。當有電流通過線圈時，線圈會在磁場中受到一個力矩的作用，這個力矩的方向與電流方向和磁場方向都有關(guān)。線圈的旋轉(zhuǎn)帶動指針偏轉(zhuǎn)，指針的偏轉(zhuǎn)程度與通過線圈的電流大小成正比。檢流計不僅用于測量微小電流，還廣泛應用于各種電橋電路中，如惠斯通電橋和雙臂電橋，以檢測電路是否達到平衡狀態(tài)。

直流電壓表是由表頭與分壓電阻串聯(lián)而成的，通常把它并聯(lián)在電路中測量電壓。按所測電壓大小，直流電壓表可分為微伏表、毫伏表、伏特表和千伏表等。電壓表的主要參數(shù)有：內(nèi)阻，即表頭內(nèi)阻與分壓電阻串聯(lián)的電阻值；量程，即電壓表指針達到滿刻度時的電壓值；電壓靈敏度，表頭滿刻度電流的倒數(shù)，其單位是 Ω?V -1，由它可算出量程為 U i 時電壓表的內(nèi)阻 R i =SU i。

直流電流表是由表頭與分流電阻并聯(lián)而成的，通常把它串聯(lián)在電路中測量電流。按所測電流大小，直流電流表可分為微安表、毫安表、安培表等。電流表的主要參數(shù)有：內(nèi)阻，即表頭內(nèi)阻與分流電阻并聯(lián)的電阻值；量程，即電流表指針達到滿刻度時的電流值。

總之，不同類型的直流電能表通過磁電系或電動系測量機構(gòu)，以及檢流計、直流電流表、直流電壓表等部件的協(xié)同工作，實現(xiàn)對直流系統(tǒng)中電壓、電流、功率以及正反向電能等參數(shù)的精確測量。

四、       安科瑞DJSF1352直流電能表

五、直流電能表的應用場景

（一）電信基站

在電信基站中，直流電能表發(fā)揮著重要的作用。電信基站需要穩(wěn)定可靠的直流電源來保證通信設備的正常運行。直流電能表可測量直流系統(tǒng)中的電能參數(shù)，包括電壓、電流、功率和正反向電能等，實現(xiàn)對基站電能的有效管理。

例如，安科瑞的 DJSF1352-RN 導軌式直流電能表和 PZ 系列智能直流電能表等產(chǎn)品，可用于電信基站的電能計量和監(jiān)控。這些電能表能夠準確測量基站的電能消耗，為運營商提供可靠的能耗數(shù)據(jù)，以便進行能源管理和成本控制。同時，通過實時監(jiān)測電能使用情況以及電壓、電流等參數(shù)，有助于及時發(fā)現(xiàn)基站系統(tǒng)的異常情況，如過壓、過流等，保障通信設備的安全穩(wěn)定運行。

（二）直流充電樁

直流充電樁是電動汽車充電的重要設施，而直流電能表在其中起著確保準確計費的關(guān)鍵作用。

在電動汽車充電系統(tǒng)中，充電樁通過和汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）通訊，將三相交流輸入電能轉(zhuǎn)換為 BMS 所需的直流電能。在直流母線的輸出側(cè)接入直流電能表，用于對輸出電能進行計量。例如安科瑞的 DJSF1352-RN 導軌式直流電能表，帶有雙路直流輸入，可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率以及正反向電能等。充電管理控制器讀取直流電能表的電能數(shù)據(jù)，并控制直流充電輸出等。

直流電能表可配置分流器或者霍爾傳感器實現(xiàn)對充電電能的計量。同時，直流電能表可以采用 RS485 通訊方式與充電樁的主控連接，在主控可以抄讀電表信息，也可以根據(jù)用戶需求對充電情況進行監(jiān)控。通過直流電能表充電檢測軟件可以直觀顯示電動汽車在直流充電站進行快速充電時的電壓、電流、功率、電量，便于各類數(shù)據(jù)的查詢，以及異常情況記錄的查看。

（三）太陽能光伏

太陽能光伏系統(tǒng)利用太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能，直流電能表對太陽能發(fā)電系統(tǒng)的直流電能進行測量和監(jiān)控至關(guān)重要。

直流電能表的種類

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，有普通型、高精度型和智能型直流電能表可供選擇。普通型直流電能表適用于一般精度要求的場合，如家用和車用太陽能電池板的電能計量；高精度型直流電能表適用于對測量精度要求較高的場合，如商業(yè)和工業(yè)太陽能電池板系統(tǒng)；智能型直流電能表結(jié)合了現(xiàn)代電子技術(shù)和通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程抄表、數(shù)據(jù)存儲、電能質(zhì)量監(jiān)測等多項功能，適用于對電能管理要求較高的場合，如大規(guī)模光伏發(fā)電站和分布式能源系統(tǒng)。

直流電能表的應用

電能計量：直流電能表能夠?qū)崟r監(jiān)測并記錄太陽能電池板的電流、電壓和功率輸出，并將其轉(zhuǎn)換成電能的形式進行計量。這些數(shù)據(jù)對于了解光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能、優(yōu)化系統(tǒng)配置和提高能效具有重要意義。

數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化：直流電能表能夠采集并記錄大量的電能數(shù)據(jù)，通過分析和處理這些數(shù)據(jù)，可以了解太陽能電池板的工作狀態(tài)、發(fā)電效率以及可能出現(xiàn)的問題。這些數(shù)據(jù)還可以用于對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行優(yōu)化，提高系統(tǒng)的發(fā)電效率和可靠性。

故障診斷與維護：直流電能表能夠?qū)崟r監(jiān)測太陽能電池板的工作狀態(tài)，當出現(xiàn)異常情況時能夠及時報警并記錄故障信息。這有助于快速發(fā)現(xiàn)并解決光伏發(fā)電系統(tǒng)中的故障問題，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，通過對電能數(shù)據(jù)的分析，還可以判斷出太陽能電池板的老化程度，提醒用戶及時更換電池板，保證系統(tǒng)的性能和壽命。

并網(wǎng)運行與調(diào)度：對于并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，直流電能表能夠?qū)崿F(xiàn)與電網(wǎng)的雙向通信與協(xié)調(diào)控制。它可以將太陽能電池板的發(fā)電數(shù)據(jù)上傳至電網(wǎng)調(diào)度中心，使電網(wǎng)調(diào)度員了解光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行狀況，并根據(jù)電網(wǎng)需求對太陽能電池板的發(fā)電功率進行調(diào)度。這有助于實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。