江西萍鄉(xiāng)供電公司 梁 軍

1.智能電表在智能電網(wǎng)中的定位

荷蘭能源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)會(huì)從功能劃分的角度確定了智能電表在智能電網(wǎng)中的定位?？傮w上，智能電表及AMI的建立是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。從功能的多少和智能化的程度將智能電網(wǎng)的建設(shè)以及智能計(jì)量系統(tǒng)的建設(shè)分為5個(gè)層次，從人工抄表、自動(dòng)抄表、高級(jí)計(jì)量架構(gòu)、智能電表、智能電網(wǎng)一步步推進(jìn)。隨著高級(jí)數(shù)據(jù)收集和需求響應(yīng)能力的提高，智能計(jì)量系統(tǒng)能夠與廣大用戶一起在用電高峰時(shí)段，實(shí)現(xiàn)削峰平谷，以提高電網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。智能電網(wǎng)自動(dòng)運(yùn)行程度的提高、能源效率和節(jié)能降耗能力的提高、運(yùn)行成本的控制都依賴于AMR和AMI的建設(shè)和完善。

2.智能電表的現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)智能電度表從結(jié)構(gòu)上大致可分為機(jī)電一體式和全電子式兩大類。機(jī)電一體式，即在原機(jī)械式電度表上附加，一般而言是在不破壞現(xiàn)行計(jì)量表原有物理結(jié)構(gòu)，不改變其國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上加裝傳感裝置變成在機(jī)械計(jì)度的同時(shí)亦有電脈沖輸出的智能表，使電子記數(shù)與機(jī)械記數(shù)同步。這種設(shè)計(jì)方案采用原有感應(yīng)式表的成熟技術(shù)，多用于老表改造。全電子式則從計(jì)量到數(shù)據(jù)處理都采用以集成電路為核心的電子器件，從而取消了電表上長(zhǎng)期使用的機(jī)械部件，與機(jī)電一體化電度表相比具有電表體積減小，可靠性增加，耗電減少，生產(chǎn)工藝大大改善等優(yōu)越性，最終會(huì)取代帶有機(jī)械部件的計(jì)量表。

電度表作為電費(fèi)收取的計(jì)量依據(jù)，涉及到一個(gè)抄表問題。從現(xiàn)行技術(shù)來看主要有IC卡式，遠(yuǎn)傳抄表式。

2.1 IC 卡電表收費(fèi)系統(tǒng)

IC卡表的整個(gè)收費(fèi)系統(tǒng)包括主機(jī)，IC卡電表和IC卡三部分。IC卡電表收費(fèi)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了用電收費(fèi)電子化，其技術(shù)成熟可靠，電力部門可以不必再為收費(fèi)問題而發(fā)愁。但是，從系統(tǒng)的角度來看，由于用戶終端與系統(tǒng)主機(jī)并沒有直接聯(lián)系，只有在用戶持卡交費(fèi)時(shí)才能了解到用戶情況，信息反饋滯后，用戶終端仍然與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)脫節(jié)。從經(jīng)濟(jì)角度來看電力部門先收費(fèi)后送電不符合經(jīng)濟(jì)政策，可以說在一定程序上侵犯了用戶的利益，所以現(xiàn)在有許多城市已經(jīng)原則上不再審批新的IC卡表項(xiàng)目，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，IC卡收費(fèi)系統(tǒng)只能作為一種過渡性產(chǎn)品。

2.2 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)

遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用電數(shù)據(jù)的自動(dòng)抄收，可杜絕人工操作的一切弊端。用戶的用電數(shù)據(jù)可直接進(jìn)入用電營(yíng)業(yè)的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，用電管理人員可隨時(shí)監(jiān)視用電情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。線損情況直接影響著供電部門的經(jīng)濟(jì)效益，采用遠(yuǎn)傳抄表后可以幾乎同時(shí)取得總表讀數(shù)和分表總讀數(shù)，隨時(shí)掌握線損情況，并較容易地分析線損原因以便加以處理。隨著形勢(shì)的發(fā)展，居民在銀行開設(shè)個(gè)人賬戶，營(yíng)業(yè)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)與銀行聯(lián)網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)的自動(dòng)抄收、處理、銀行轉(zhuǎn)賬交費(fèi)等全套操作，可真正實(shí)現(xiàn)用電管理的自動(dòng)化。

3.智能電表的特點(diǎn)

3.1 功耗、精度

由于智能電表采用電子元件設(shè)計(jì)方式，因此一般每塊表的功耗僅有0.6w～0.7w左右，對(duì)于多用戶集中式的智能電表，其平均到每戶的功率則更小，而一般每只感應(yīng)式電表的功耗為1.7w左右。

就表的誤差范圍而言，2.0級(jí)電子式電能表在5%～400%標(biāo)定電流范圍內(nèi)測(cè)量的誤差為±2%，而且目前普遍應(yīng)用的都是精確等級(jí)為1.0級(jí)，誤差更小。感應(yīng)式電表的誤差范圍則為+0.86%～-5.7%，而且由于機(jī)械磨損這種無法克服的缺陷，導(dǎo)致感應(yīng)式電能表越走越慢，最終誤差越來越大。國(guó)家電網(wǎng)曾對(duì)感應(yīng)式電表進(jìn)行抽查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)50%以上的感應(yīng)式電表在用了5年以后，其誤差就超過了允許的范圍。

3.2 過載、工頻范圍

智能電表的過載倍數(shù)一般能達(dá)到6～8倍，有較寬的量程。目前8～10倍率的表成正為越來越多用戶的選擇，有的甚至可以達(dá)到20倍率的寬量程。工作頻率也較寬，在40HZ～1000HZ范圍。而感應(yīng)式電表的過載倍數(shù)一般僅為4倍，且工作頻率范圍僅為45～55HZ之間。

3.3 功能

智能電表由于采用了電子表技術(shù)，可以通過相關(guān)的通信協(xié)議與計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，通過編程軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制管理。因此智能電表不僅有體積小的特點(diǎn)，還具有了遠(yuǎn)傳控制、反竊電、預(yù)付費(fèi)用電等功能，而且可以通過對(duì)控制軟件中不同參數(shù)的修改，來滿足對(duì)控制功能的不同要求，而這些功能對(duì)于傳統(tǒng)的感應(yīng)式電表來說都是很難或不可能實(shí)現(xiàn)的。

4.智能電表的功能應(yīng)用

4.1 結(jié)算和帳務(wù)

通過智能電表能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的費(fèi)用結(jié)算信息處理，簡(jiǎn)化了過去帳務(wù)處理上的復(fù)雜流程。在電力市場(chǎng)環(huán)境下，調(diào)度人員能更及時(shí)、便捷地轉(zhuǎn)換能源零售商，未來甚至能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)切換。同時(shí)用戶也能獲得更加準(zhǔn)確、及時(shí)的能耗信息和帳務(wù)信息。

4.2 電能質(zhì)量和供電可靠性監(jiān)控、非法用電檢測(cè)

采用智能電表能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量和供電狀況，從而及時(shí)、準(zhǔn)確地響應(yīng)用戶投訴，并提前采取措施預(yù)防電能質(zhì)量問題的發(fā)生。傳統(tǒng)的電能質(zhì)量分析方式在實(shí)時(shí)性和有效性上都存在差距。

智能電表能檢測(cè)出表箱開啟、接線的變動(dòng)、表計(jì)軟件的更新等事件，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)竊電現(xiàn)象。對(duì)于竊電高發(fā)區(qū)，通過將總表的數(shù)據(jù)和其下所有表計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的竊電行為。

4.3 用戶能量管理與節(jié)能

通過智能電表提供的信息，可以在其上構(gòu)建用戶能量管理系統(tǒng)，從而為不同用戶提供能量管理的服務(wù)，盡可能減少能源消耗。建模和預(yù)測(cè)智能電表采集的水、氣、熱能耗數(shù)據(jù)可以用來進(jìn)行負(fù)荷分析和預(yù)測(cè)，可估算和預(yù)測(cè)出總的能耗和峰值需求，從而促進(jìn)合理用電、優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度等。

4.4 預(yù)防維護(hù)和故障分析、負(fù)荷遠(yuǎn)程控制

智能電表的測(cè)量功能有助于實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)元器件、電能表以及用戶設(shè)備的預(yù)防維護(hù)，例如檢測(cè)出電力電子設(shè)備故障、接地故障等導(dǎo)致的電壓波形畸變、諧波、不平衡等現(xiàn)象，測(cè)量數(shù)據(jù)還能幫助電網(wǎng)和用戶分析電網(wǎng)元件故障和網(wǎng)損等。

通過智能電表可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的整體聯(lián)接和斷開，也可以對(duì)部分用戶進(jìn)行控制，從而配合調(diào)度部門實(shí)現(xiàn)功率控制，同時(shí)用戶也可以通過可控開關(guān)實(shí)現(xiàn)特定負(fù)荷的遠(yuǎn)程控制。

5.智能電表帶來的收益、發(fā)展方向

5.1 能源用戶、電力公司和社會(huì)環(huán)境方面的收益

智能電表能為用戶提供更加準(zhǔn)確及時(shí)的賬務(wù)信息，利用準(zhǔn)確的用電記錄使用戶更好地參與到電力市場(chǎng)中，并通過彈性的用電需求而獲益，通過更好的電能質(zhì)量和故障管理來增強(qiáng)人身和設(shè)備安全性等。

建立在智能電表基礎(chǔ)之上的智能計(jì)量系統(tǒng)能夠?yàn)橛?jì)量、結(jié)算、用戶服務(wù)、狀態(tài)估計(jì)等商業(yè)應(yīng)用提供簡(jiǎn)單、高效的解決方案。從配網(wǎng)的電能質(zhì)量和故障監(jiān)控以及負(fù)荷管理等方面都能獲益。通過采用可控的分布式能源將為電力市場(chǎng)提供新的零售產(chǎn)品，增加了市場(chǎng)價(jià)格快速變化的靈活性，從而增強(qiáng)了電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)性和功能應(yīng)用的可靠性，減少了電力供應(yīng)商的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。

通過智能電表可以為水、汽、熱等計(jì)量表計(jì)的通信提供電力供應(yīng)，并共享遠(yuǎn)程通信信道從而降低通信成本，將各種能源形式的測(cè)量數(shù)據(jù)匯總后也有助于分析和提高整體的能源利用效率。

5.2 目前國(guó)內(nèi)外常見的應(yīng)用于集中抄表的幾種電表形式

5.2.1 機(jī)電結(jié)合的電度表

一類機(jī)電結(jié)合的電度表，在原有的機(jī)械表的基礎(chǔ)上，加裝電子式計(jì)數(shù)裝置和相應(yīng)的控制、通訊電路，或加上IC卡讀寫接口以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量計(jì)費(fèi)和控制，其基本結(jié)構(gòu)是在原有機(jī)械電度表的轉(zhuǎn)盤上打孔或涂上能吸收光線的材料，通過光電轉(zhuǎn)換，將機(jī)械轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)變換成電脈沖信號(hào)，再進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)數(shù)處理。這類電度表由于其計(jì)量原理沒有改動(dòng)，其計(jì)量精度和特性與機(jī)械表完全一樣，而成本相對(duì)較高，其優(yōu)勢(shì)在于能充分利用現(xiàn)已安裝使用中的大量的機(jī)械電度表，且其計(jì)量原理為大眾所熟悉而容易接受。另一類機(jī)電結(jié)合的電度表則是采用電子式計(jì)量電路在獲得數(shù)字式脈沖信號(hào)后，通過微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)字碼轉(zhuǎn)輪得到電能計(jì)數(shù)值，這種結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)潔可行的電子式電度表的方案，遺憾的是其對(duì)計(jì)量電路的要求較高，為了保證電度表的計(jì)量精度和產(chǎn)品的一致性，就必須在生產(chǎn)過程中加強(qiáng)對(duì)元件的篩選和對(duì)半成品的調(diào)校，增加相應(yīng)的人力物力的投入并要延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，從而使電度表的生產(chǎn)費(fèi)用和成本有所增加。

5.2.2 全電子式電度表

全電子式電度表則是當(dāng)今國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的一類電度表，其采用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)和專門設(shè)計(jì)的電能測(cè)量集成電路，具有計(jì)量精度高、自身?yè)p耗低和可靠性高等特點(diǎn)，其中的一些型號(hào)還具有復(fù)式計(jì)費(fèi)功能。此類電度表的用電量數(shù)據(jù)已經(jīng)數(shù)字化，可以很方便地與各種數(shù)據(jù)收集傳送電路配合組成自動(dòng)計(jì)量計(jì)費(fèi)的系統(tǒng)，是現(xiàn)行家用電度表的換代產(chǎn)品，該類產(chǎn)品的大量使用具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。國(guó)內(nèi)近幾年流行以下幾種抄表模式：總線制集中抄表、電力載波抄表

電表部分采用智能電表，各戶智能電表信號(hào)線并接在一根總線上，總線連接到樓下轉(zhuǎn)接器，各樓轉(zhuǎn)接器與小區(qū)的集中器相連，由集中器集中供電。

電力載波集中抄表系統(tǒng)是直接利用現(xiàn)有低壓輸電線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募谐硐到y(tǒng)，省去了鋪線工程，優(yōu)勢(shì)明顯。該系統(tǒng)集微電子技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新產(chǎn)品，具有高可靠且安裝簡(jiǎn)單等顯著特點(diǎn)。但由于電力線是給用電設(shè)備傳送電能的，而不是用來傳送數(shù)據(jù)的，所以電力線對(duì)數(shù)據(jù)傳輸有許多限制，另外電力線上的高削減、高噪聲，使電力線成為一個(gè)不理想的通信媒介，但由于現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，使電力線載波通信成為可能，其中數(shù)據(jù)信號(hào)的信噪比決定傳輸距離的遠(yuǎn)近。

6.結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，全國(guó)電力供需矛盾突出，加強(qiáng)電力需求管理，實(shí)現(xiàn)電力需求和綜合電力資源管理，是電力供應(yīng)發(fā)展的方向?，F(xiàn)在我國(guó)城鎮(zhèn)通訊絡(luò)已比較完備，并已延伸到各個(gè)角落，構(gòu)建智能電能管理系統(tǒng)，并結(jié)合通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立電能遠(yuǎn)程抄表用電負(fù)荷控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力供需平衡，保證電網(wǎng)安全有著廣闊的應(yīng)用前景，也為實(shí)現(xiàn)電力需求與管理提供了一條新途徑。