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(yīng)用場合設(shè)計(jì)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(jìn)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(fù)責(zé)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(jìn)行處理和計(jì)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(shè)備、計(jì)算機(jī)等進(jìn)行連接，組成測控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和共享。顯示單元?jiǎng)t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(yùn)行狀態(tài)。

直流電能表的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，它具有電能計(jì)量功能。能夠準(zhǔn)確測量直流電路中的電能消耗，為用戶或系統(tǒng)運(yùn)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(yīng)用場合，通過直流電能表的計(jì)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(yīng)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(shí)時(shí)監(jiān)測電能使用情況以及電壓、電流等參數(shù)，有助于及時(shí)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(yùn)行。在光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域，直流電能表能夠?qū)ο到y(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控，為系統(tǒng)的優(yōu)化和維護(hù)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(chǔ)能系統(tǒng)中，它可以優(yōu)化能源的使用和存儲(chǔ)。通過準(zhǔn)確測量電能的輸入和輸出，實(shí)現(xiàn)對能源的合理分配和調(diào)度，提高能源利用效率。同時(shí)，為用戶或管理者提供準(zhǔn)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(shí)發(fā)現(xiàn)過載和短路等安全問題，觸發(fā)報(bào)警或采取相應(yīng)的保護(hù)措施，防止事故的發(fā)生。在電動(dòng)汽車充電站等應(yīng)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(shí)，安裝方式是一個(gè)重要的考慮因素。目前主要有嵌入式、導(dǎo)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(shí)，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(hù)便利性。

導(dǎo)軌式安裝具有結(jié)構(gòu)模數(shù)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，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(jìn)行精確測量的場合。導(dǎo)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(diǎn)，能夠滿足政府和大型公建中對電能分項(xiàng)計(jì)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(fù)費(fèi)率直流電能表采用液晶顯示，具有 RS485 功能可與微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，適合充電樁直流計(jì)量、蓄電池、太陽能電池板等直流信號設(shè)備電量測量和電能計(jì)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(jī)進(jìn)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(jìn)的智能化、數(shù)字化的前端采集元件，已廣泛應(yīng)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(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮整體協(xié)調(diào)性和功能擴(kuò)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(dǎo)軌式安裝是一個(gè)不錯(cuò)的選擇；而對于特定場合，如充電樁、蓄電池等設(shè)備的電能計(jì)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(dòng)化設(shè)備和通信設(shè)備等。在選擇工作電源時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)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(bào)警輸出、開關(guān)量輸入 / 輸出等功能，用戶應(yīng)根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)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(shè)備、計(jì)算機(jī)等進(jìn)行連接，組成測控系統(tǒng)，實(shí)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(shè)備進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)通信。

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

對于具有測量、計(jì)量、分時(shí)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(jìn)行設(shè)置與控制。同時(shí)，智能直流電能表還具有分時(shí)功能，兩套時(shí)段表，一年可以分為 4 個(gè)時(shí)區(qū)，每套時(shí)段表可設(shè) 12 個(gè)日時(shí)段，4 個(gè)費(fèi)率（F1、F2、F3、F4 即尖峰平谷），時(shí)段最小間隔為 15 分鐘，時(shí)段可跨零點(diǎn)設(shè)置（僅 LCD 液晶表具有）。還能統(tǒng)計(jì)上 12 月的歷史電能（各費(fèi)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(dòng)轉(zhuǎn)換，小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)移位，能夠?yàn)橛脩籼峁└鼫?zhǔn)確的電能數(shù)據(jù)。

（五）明確輸入信號

在選擇直流電能表時(shí)，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?xí)p壞儀表及原有設(shè)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(shí)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(shí)，分流器與儀表之間的接線需要按照特定的方式進(jìn)行連接。使用霍爾電流傳感器采樣電流時(shí)，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(dú)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(huì)有所變化。此外，還有其他接線方式，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

在接線時(shí)，一定要嚴(yán)格按照說明書的要求進(jìn)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(dòng)系測量機(jī)構(gòu)，通過測量電壓、電流等參數(shù)實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量。不同類型的直流電表工作原理略有差異，如檢流計(jì)、直流電流表、直流電壓表等。

磁電系測量機(jī)構(gòu)是直流電能表常用的一種測量機(jī)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(jī)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(gè)電流端，兩個(gè)電位端。其電阻值的選擇條件為：當(dāng)標(biāo)稱電流通過該分流器時(shí)，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(dòng)系測量機(jī)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(shí)現(xiàn)對用電量的計(jì)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(dòng)鋁制轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)。

檢流計(jì)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(jì)的核心部件是一個(gè)放置在磁鐵磁場中的可轉(zhuǎn)動(dòng)線圈。當(dāng)有電流通過線圈時(shí)，線圈會(huì)在磁場中受到一個(gè)力矩的作用，這個(gè)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(dòng)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(jì)不僅用于測量微小電流，還廣泛應(yīng)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(dá)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(dá)到滿刻度時(shí)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(shí)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(dá)到滿刻度時(shí)的電流值。

總之，不同類型的直流電能表通過磁電系或電動(dòng)系測量機(jī)構(gòu)，以及檢流計(jì)、直流電流表、直流電壓表等部件的協(xié)同工作，實(shí)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(yīng)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(shè)備的正常運(yùn)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(shí)現(xiàn)對基站電能的有效管理。

例如，安科瑞的 DJSF1352-RN 導(dǎo)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(jì)量和監(jiān)控。這些電能表能夠準(zhǔn)確測量基站的電能消耗，為運(yùn)營商提供可靠的能耗數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行能源管理和成本控制。同時(shí)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電能使用情況以及電壓、電流等參數(shù)，有助于及時(shí)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(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）直流充電樁

直流充電樁是電動(dòng)汽車充電的重要設(shè)施，而直流電能表在其中起著確保準(zhǔn)確計(jì)費(fèi)的關(guān)鍵作用。

在電動(dòng)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(jìn)行計(jì)量。例如安科瑞的 DJSF1352-RN 導(dǎo)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(shí)現(xiàn)對充電電能的計(jì)量。同時(shí)，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(jìn)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(dòng)汽車在直流充電站進(jìn)行快速充電時(shí)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(jìn)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(jì)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(yuǎn)程抄表、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、電能質(zhì)量監(jiān)測等多項(xiàng)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(yīng)用

電能計(jì)量：直流電能表能夠?qū)崟r(shí)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(jìn)行計(jì)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(jìn)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(hù)：直流電能表能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測太陽能電池板的工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)能夠及時(shí)報(bào)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(shí)更換電池板，保證系統(tǒng)的性能和壽命。

并網(wǎng)運(yùn)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(yùn)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(jìn)行調(diào)度。這有助于實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。