摘要：近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)電網(wǎng)事業(yè)突飛猛進(jìn)，“智能電網(wǎng)”理念也已在發(fā)、輸、配、變、用的各個(gè)環(huán)節(jié)體現(xiàn)的淋漓盡致。作為直接面向用電客戶(hù)的終端設(shè)備，多功能智能電表就是其中一個(gè)典型的智能化儀器，其除具有傳統(tǒng)的電能計(jì)量、電費(fèi)核算功能，在計(jì)量精度、遠(yuǎn)程通訊、防竊電等方面達(dá)到了更高的水平，能更好的應(yīng)對(duì)新時(shí)代人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的用電質(zhì)量訴求。

關(guān)鍵詞：智能電表;電能采集;計(jì)量精度;防竊電

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷進(jìn)步，電網(wǎng)規(guī)模也隨之不斷擴(kuò)大，為了更好地管理和運(yùn)營(yíng)電網(wǎng)，智能電表被廣泛應(yīng)用在電力領(lǐng)域，極大地改善了人們的用電質(zhì)量和用電體驗(yàn)，保證了生產(chǎn)生活能夠穩(wěn)定用電、安全用電?；诖耍疚膶?duì)智能電表在電能采集與電費(fèi)核算、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊、防竊電等方面的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探索研究，希望對(duì)智能電表技術(shù)研究方面的相關(guān)人士提供一些參考。

1 電能采集與電費(fèi)核算

1.1 提高計(jì)量精度的相關(guān)技術(shù)

電能計(jì)量是電能表的本質(zhì)屬性，因此提高其計(jì)量精確度才是重中之重。傳統(tǒng)的普通電能表是根據(jù)其內(nèi)置的鋁盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)間接推算電能的，計(jì)量過(guò)程抗干擾性弱，精確度差。而智能電表是全電子式電能表，其周期性地對(duì)電力用戶(hù)家中的用電電壓、電流、頻率等用電信號(hào)采樣，然后通過(guò)DSP、ARM等高集成度的芯片對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，除去采樣過(guò)程中的干擾信號(hào)，并最終輸出用戶(hù)耗電量。值得強(qiáng)調(diào)的是，這個(gè)周期性的過(guò)程，一秒可進(jìn)行數(shù)百次甚至上千次。另外，智能電表計(jì)量模塊對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行處理的算法也是越來(lái)越優(yōu)化，例如，有的智能電表運(yùn)用快速傅里葉變換算法，減少了諧波對(duì)電表計(jì)量精度的影響;還有的運(yùn)用復(fù)化牛頓-柯特斯積分算法代替點(diǎn)積算法，通過(guò)提升算法自身的準(zhǔn)確度來(lái)達(dá)到提升計(jì)量精度的目的。

1.2 雙向計(jì)量

近年來(lái)，我國(guó)電氣化進(jìn)程蓬勃發(fā)展，電能在人們生產(chǎn)生活中的作用越來(lái)越不可替代，已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)安全穩(wěn)定的重要支柱。然而，煤炭、石油、天然氣等非可再生能源儲(chǔ)量有限，全球面臨著巨大的能源危機(jī)。為了減輕對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài)性，緩解全球能源危機(jī)，太陽(yáng)能發(fā)電、小型水利發(fā)電、沼氣發(fā)電等分布式電源在用戶(hù)側(cè)得到了很好的應(yīng)用和推廣。分布式電源除了供用戶(hù)自身用電，還可以將剩余電量傳輸?shù)酱箅娋W(wǎng)上，為用戶(hù)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)收入。這就要求智能電表要具備雙向計(jì)量的功能，不僅能記錄從大電網(wǎng)傳輸?shù)接脩?hù)側(cè)的電能，而且能夠準(zhǔn)確計(jì)量從用戶(hù)反饋到大電網(wǎng)上的電能。因?yàn)閮?nèi)部高集成度MCU（微控制器）的控制，智能電表在雙向計(jì)量的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)高效、便捷的電能管理，例如分時(shí)計(jì)量、用電量的分類(lèi)記錄、電費(fèi)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)等。

2 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)

2.1 遠(yuǎn)程抄表

遠(yuǎn)程抄表技術(shù)可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)各電力用戶(hù)家中的電表數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集，不需要抄表人員逐戶(hù)核查用電量，節(jié)省了大量人力、物力和時(shí)間，電費(fèi)的核算、支付變得快速便捷。一般情況下，幾百個(gè)甚至上千個(gè)智能電表可配置在一個(gè)采集器下，其通過(guò)例如RS485、GPRS、電力載波等構(gòu)成的星形網(wǎng)絡(luò)與上級(jí)采集器連接。智能電表中的計(jì)量模塊經(jīng)過(guò)不斷地計(jì)量算法運(yùn)算處理會(huì)得到實(shí)時(shí)電能數(shù)據(jù)。當(dāng)遠(yuǎn)程抄表啟動(dòng)時(shí)，這些電能數(shù)據(jù)將被上傳到各對(duì)應(yīng)的采集器，再通過(guò)數(shù)據(jù)總線或無(wú)線傳輸通道反饋給電能管理單位的上位機(jī)。這樣，電能管理單位就能實(shí)時(shí)了解各電力用戶(hù)的用電情況及需求，可實(shí)時(shí)的進(jìn)行電費(fèi)核算操作，并利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)外提供支付寶、微信等多元化的服務(wù)窗口。通過(guò)這些服務(wù)窗口，廣大電力用戶(hù)足不出戶(hù)便可實(shí)現(xiàn)電費(fèi)的繳納，并可準(zhǔn)確、及時(shí)的掌握自己的電能能耗信息和電費(fèi)支付情況。

2.2 雙向通訊

智能電表具有雙向通訊功能，使電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)管理更加智能化、便捷化，極大地提高了運(yùn)作效率。電力管理單位的上位機(jī)一方面能接收來(lái)自智能電表的各種電能信息;另一方面還能實(shí)時(shí)向智能電表下達(dá)各種控制指令，例如發(fā)現(xiàn)竊電行為時(shí)下達(dá)的停電措施。另外，雙向通訊也體現(xiàn)在智能電表和電力用戶(hù)家中智能家電的雙向互動(dòng)方面，它們一般是通過(guò)wifi、zigbee等無(wú)線通信方式進(jìn)行信息傳遞的。冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等智能家電的運(yùn)行狀態(tài)被智能電表監(jiān)控的同時(shí)，智能電表也能對(duì)這些智能家電的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控，達(dá)到節(jié)約用電的目的。

3 防竊電技術(shù)

3.1 異常信號(hào)監(jiān)測(cè)

智能電表具有對(duì)電壓、電流、三相電壓相位、三相電流相位等運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能。針對(duì)失、欠壓竊電，智能電表設(shè)置了欠壓閾值和失壓閾值，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的電壓值小于失壓閾值，則失壓竊電行為發(fā)生;當(dāng)監(jiān)測(cè)到的電壓值介于欠壓閾值和失壓閾值之間時(shí)，則欠壓竊電行為發(fā)生。針對(duì)欠流竊電，當(dāng)監(jiān)測(cè)到電流線圈的工作狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)，自動(dòng)記錄竊電行為并上傳上位機(jī)，立即采取有效制止措施。針對(duì)移相竊電，當(dāng)監(jiān)測(cè)到三相電壓相位或者三相電流相位的相對(duì)關(guān)系發(fā)生變化時(shí)，可認(rèn)定竊電行為發(fā)生。

3.2 防竊電自主保護(hù)程序

智能電表的MCU（微控制器）內(nèi)編有防竊電自主保護(hù)程序，一定程度上可對(duì)竊電行為進(jìn)行有效的制止。當(dāng)判定發(fā)生竊電行為后，智能電表將馬上自主啟動(dòng)防竊電自主保護(hù)程序，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并及時(shí)地將竊電行為發(fā)生的編碼地址及有關(guān)詳細(xì)信息上傳到電力管理單位或者相關(guān)的臺(tái)區(qū)負(fù)責(zé)人。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)模式越來(lái)越智能化，正朝著全面實(shí)現(xiàn)“智能電網(wǎng)”的目標(biāo)前進(jìn)。作為智能電網(wǎng)最終端的智能化儀器，智能電表相較普通電表，計(jì)量精度和工作效率更高，不僅具有基本的電能采集和電費(fèi)核算功能，還具有雙向計(jì)量、雙向通信和防竊電等功能。通過(guò)智能電表，除了電力管理單位，普通電力用戶(hù)也可以實(shí)時(shí)掌握自己的用電情況，電力用戶(hù)的用電質(zhì)量和用電體驗(yàn)得到了極大提升。

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作者簡(jiǎn)介：張世熙（1987-），男，山西文水人，本科，工程師，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)科，研究方向：電能計(jì)量裝置現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)、電能數(shù)據(jù)采集。