文/唐剛 劉軍 黃森 徐忠良

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淺談智能電表在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

文/唐剛 劉軍 黃森 徐忠良

0　前言

近年來(lái)，隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增長(zhǎng)，用電需求不斷增加，電力體制的改革勢(shì)在必行。伴隨著電力事業(yè)的推進(jìn)，智能化電網(wǎng)的建立和推廣應(yīng)運(yùn)而生。于此同時(shí)，智能電表也隨之產(chǎn)生。為了使發(fā)出來(lái)的電能夠進(jìn)一步地到達(dá)用戶手中，從雙邊同時(shí)互惠特別是用電方面來(lái)看，電力系統(tǒng)出現(xiàn)了一些新的特點(diǎn)。自2012 年7月起，階梯電價(jià)和分時(shí)段電價(jià)的方案在全國(guó)全面推廣，現(xiàn)階段智能電網(wǎng)的建設(shè)不斷深化，智能電表也受到人們關(guān)注。借此對(duì)智能電表的現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行探討。

1　智能電表的定義

智能電表是智能電網(wǎng)的智能終端，是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)等，形成以智能芯片（如CPU）為核心，具有電功率計(jì)量計(jì)時(shí)、記費(fèi)、與上位機(jī)通訊、用電管理等功能的電度表，智能電表代表著未來(lái)節(jié)能型智能電網(wǎng)最終用戶智能化終端的發(fā)展方向。

2　智能電表的現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)智能電表從結(jié)構(gòu)上大致分為兩類，分別為機(jī)電一體式和全電子式。

機(jī)電一體式，即在原機(jī)械式電表上附加一定的部件，使其在完成基本的功能上，又降低成本，并且易于生產(chǎn)組裝安裝。在原有的設(shè)計(jì)方案上，不改變其計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)加載傳感裝置，變成機(jī)械度量的同時(shí)具備電脈沖輸出，使電子計(jì)數(shù)與機(jī)械計(jì)數(shù)同步，其計(jì)量精度一般不低于機(jī)械計(jì)量表。該設(shè)計(jì)方案采用成熟的感應(yīng)技術(shù)，多用于老表改造。

全電子式計(jì)量表，是從計(jì)量到數(shù)據(jù)處理均采用以集成電路為核心的電子器件，取消了電表上長(zhǎng)期使用的機(jī)械部件，與前面所講的機(jī)電一體表相比，體積減小，可靠性增加，精度更高，耗電減小，并且生產(chǎn)工藝大大改善，最終會(huì)取代帶有機(jī)械部件的計(jì)量表。

3　智能電表的功能特點(diǎn)

智能電表是基于電子式電表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在電子式電表解決機(jī)械表抄表效率低、誤差偏差大等問(wèn)題后，在數(shù)字技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，智能電表以電子芯片作為核心，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)，集成數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建通信計(jì)算機(jī)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)費(fèi)、功率計(jì)量計(jì)時(shí)等功能。具體功能作如下闡述：

（1）雙向通信。

智能電表內(nèi)部有自己獨(dú)特的通信模塊，可實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心的雙向交流，供電公司可根據(jù)數(shù)據(jù)中心提交的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)智能電表向用電客戶傳達(dá)有效信息，使用戶提前對(duì)自己的用電情況作了解，并且及時(shí)提醒用戶及時(shí)繳納電費(fèi)。同時(shí)用戶也可以通過(guò)智能電表，根據(jù)自己的財(cái)政情況和用電需求，對(duì)自己的用電方案作合理的調(diào)整，在了解電價(jià)的調(diào)整信息后也可以改變自己的用電習(xí)慣，從而養(yǎng)成低峰多用電高峰少用電的習(xí)慣，緩解國(guó)家發(fā)電壓力。

（2）雙向計(jì)量。

顧名思義，雙向計(jì)量是對(duì)于用電客戶和電力公司雙方均具有計(jì)量作用，特別是具有儲(chǔ)存電能設(shè)備、發(fā)電設(shè)備等分散式的用電大戶，用戶可以根據(jù)實(shí)施的實(shí)時(shí)電價(jià)做出分析判斷，將當(dāng)前最優(yōu)的購(gòu)電計(jì)劃通過(guò)智能電表，傳達(dá)到客戶，引導(dǎo)客戶購(gòu)買最便宜的電。同時(shí)還可以向客戶反饋當(dāng)前的用電情況，及時(shí)繳納費(fèi)用?？蛻粢部上螂娋W(wǎng)提交自己的用電計(jì)劃，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)最實(shí)惠的目的。

（3）支持浮動(dòng)電價(jià)。

智能電表具有自己的運(yùn)行單元和處理器，可以實(shí)現(xiàn)編譯儲(chǔ)存，不僅滿足準(zhǔn)確度，還具有備份保留測(cè)量數(shù)據(jù)的功能。比如對(duì)當(dāng)前的電能信息和先前儲(chǔ)存的信息進(jìn)行比較，之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保留；支持實(shí)時(shí)電價(jià)的浮動(dòng)，滿足電力企業(yè)實(shí)時(shí)電價(jià)的計(jì)量工作；響應(yīng)國(guó)家實(shí)時(shí)電價(jià)和削峰填谷的策略，緩解國(guó)家電業(yè)壓力，同時(shí)降低用戶用電成本。

4　智能電表在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

4.1電費(fèi)結(jié)算

傳統(tǒng)的電表在電費(fèi)結(jié)算過(guò)程中需要大量的人員參與，耗時(shí)效率低，極易出現(xiàn)信息的混亂、錯(cuò)計(jì)、漏計(jì)等低級(jí)錯(cuò)誤。借助智能電表可以完成傳統(tǒng)電表的功能，還具有簡(jiǎn)化以往費(fèi)用財(cái)務(wù)處理的繁瑣流程。在當(dāng)前大力推進(jìn)智能電網(wǎng)的潮流中，調(diào)度人員可以通過(guò)智能電表及時(shí)、便捷地了解各地用電，盡量滿足各地區(qū)的用電需求。提前做好電能費(fèi)用的預(yù)算，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、高效的服務(wù)質(zhì)量。此外，電力用戶也可以獲取自己的用電情況以及相關(guān)的用電財(cái)務(wù)信息。

4.2配電網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)估計(jì)

由于電力網(wǎng)絡(luò)容易受到諧波等諸多因素的影響，通過(guò)潮流計(jì)算獲取的信息準(zhǔn)確性不高，按照網(wǎng)絡(luò)模型和負(fù)載估計(jì)值等綜合處理后獲得的數(shù)據(jù)，在結(jié)合用戶側(cè)的信息容易造成電能質(zhì)量的惡化，故智能電網(wǎng)的應(yīng)用，可對(duì)配電狀態(tài)進(jìn)行有效估計(jì)，準(zhǔn)確得到負(fù)載量及相關(guān)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量出現(xiàn)變化的源頭或用戶設(shè)備即將達(dá)到過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，提前做好防御措施，盡可能減少不必要的損失。

4.3用戶能量管理和節(jié)能

構(gòu)建用戶能量管理系統(tǒng)平臺(tái)，利用智能電表提供的能耗信息反饋給不同的電力用戶，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)，對(duì)于分散的用電設(shè)備客戶，為其提供科學(xué)合理的用電方案，盡量減少不必要的電力消耗和浪費(fèi)，有助于用戶利益最大化。對(duì)智能電表的管理還包括對(duì)表計(jì)時(shí)的定時(shí)訪問(wèn)和定期維護(hù)，確保信息準(zhǔn)確無(wú)誤。用戶也可以借助智能電表提供的信息，盡量選擇低估時(shí)段和低價(jià)時(shí)段用電，養(yǎng)成節(jié)能的用電習(xí)慣。

4.4對(duì)電網(wǎng)相關(guān)故障檢測(cè)

智能電表內(nèi)部具有記憶功能，在出現(xiàn)故障的情況下，可以通過(guò)內(nèi)部芯片進(jìn)行階梯式查找快速定位，對(duì)于發(fā)出的異常信號(hào)和設(shè)備預(yù)警，能夠盡早處理，給設(shè)備維護(hù)人員提供了便利。在故障排除的同時(shí)，對(duì)線路設(shè)備等相關(guān)設(shè)施也進(jìn)行了例行檢查。此外，智能電表的統(tǒng)一管理，對(duì)表計(jì)信息庫(kù)的維護(hù)和數(shù)據(jù)的確認(rèn)保存，為表計(jì)的安全運(yùn)行和用戶信息的完整提供了保障。

4.5智能電表帶來(lái)的收益

（1）提高供電公司的經(jīng)濟(jì)效益。以智能電表為基礎(chǔ)建立的智能計(jì)量系統(tǒng)，可以為企業(yè)應(yīng)用提供高效、簡(jiǎn)捷的解決策略。同時(shí)系統(tǒng)還能計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。有利于提高工作人員的工作效率和服務(wù)態(tài)度，大幅度地減少工作人員的壓力，減少低端性錯(cuò)誤。

（2）提高電力用戶的收益。智能電表可以為用電客戶及時(shí)反映用電情況和財(cái)務(wù)信息，通過(guò)顯示電網(wǎng)電價(jià)拍賣，用戶可以參與到電力市場(chǎng)的運(yùn)作當(dāng)中，利用彈性電力市場(chǎng)電價(jià)，獲取相應(yīng)的最大收益。

（3）電力市場(chǎng)的收益。盡可能地讓分布式能源為電力市場(chǎng)提供部分電力支持，尤其在高峰用電時(shí)段。增強(qiáng)市場(chǎng)的調(diào)節(jié)能力，靈活電價(jià)，減少高耗能性產(chǎn)電，采用環(huán)保型發(fā)電。

5　智能電表的市場(chǎng)情況

中國(guó)電網(wǎng)分為國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)，其中廣東、海南、廣西、云南及貴州為南網(wǎng)，其它地區(qū)歸為國(guó)網(wǎng)。電表是國(guó)家的電量計(jì)量產(chǎn)品，由于電表長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)造成計(jì)費(fèi)不準(zhǔn)確，所以國(guó)家基本上要求5-8年更換一次電表，相關(guān)的智能電表生產(chǎn)廠家如雨后春筍般出現(xiàn)，智能電表的產(chǎn)品總量呈現(xiàn)不斷增加趨勢(shì)。從最早的機(jī)械表演變?yōu)殡娮邮诫姳?，現(xiàn)在國(guó)家要改造成系統(tǒng)性的智能化電網(wǎng)，電表將成為智能化電表。招標(biāo)方式由最早的地區(qū)招標(biāo)演變?yōu)槭〖?jí)招表，現(xiàn)在要國(guó)家進(jìn)行招標(biāo)。國(guó)家改造表總量約3.5-4億只，2009年國(guó)網(wǎng)率先啟動(dòng)，2010年南網(wǎng)啟動(dòng)。在這波改造的浪潮中，智能電表迎來(lái)了新的機(jī)遇。

6　未來(lái)智能電表的發(fā)展方向

智能電網(wǎng)或高級(jí)量測(cè)體系的發(fā)展對(duì)智能電能表提出了越來(lái)越多的要求，這些要求是符合時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)，也對(duì)智能電能表的“智能”效應(yīng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。隨著新一批電能表輪換的開(kāi)展，智能電能表的普及只是時(shí)間問(wèn)題。既然是智能電能表，那么連同其細(xì)節(jié)也應(yīng)該展現(xiàn)智能化，而現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理、模塊設(shè)計(jì)、檢測(cè)方式、接口類型需更加完善，才能滿足對(duì)未來(lái)智能電能表的應(yīng)用需求。未來(lái)的智能電能表無(wú)論從外形，還是使用，亦或是功能都應(yīng)具備信息化、自動(dòng)化、智能化等性能特征，以便為智能電能表的普及推廣提供更快捷的途徑，在人民的日常生活中發(fā)揮更大作用。

作者簡(jiǎn)介：唐剛（1996-），男，碩士研究生在讀，就讀于上海電機(jī)學(xué)院，研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)；劉軍（1965-），男，教授，博士，任職于上海電機(jī)學(xué)院，研究方向?yàn)殡姍C(jī)智能控制、微機(jī)控制技術(shù)、故障診斷等；黃森（1992-），男，碩士研究生在讀，就讀于上海電機(jī)學(xué)院，研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)。