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)中的應用

文/唐剛 劉軍 黃森 徐忠良

0　前言

近年來，隨著我國的經(jīng)濟實力不斷增長，用電需求不斷增加，電力體制的改革勢在必行。伴隨著電力事業(yè)的推進，智能化電網(wǎng)的建立和推廣應運而生。于此同時，智能電表也隨之產(chǎn)生。為了使發(fā)出來的電能夠進一步地到達用戶手中，從雙邊同時互惠特別是用電方面來看，電力系統(tǒng)出現(xiàn)了一些新的特點。自2012 年7月起，階梯電價和分時段電價的方案在全國全面推廣，現(xiàn)階段智能電網(wǎng)的建設不斷深化，智能電表也受到人們關(guān)注。借此對智能電表的現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)特點和應用進行探討。

1　智能電表的定義

智能電表是智能電網(wǎng)的智能終端，是應用計算機技術(shù)、通訊技術(shù)等，形成以智能芯片（如CPU）為核心，具有電功率計量計時、記費、與上位機通訊、用電管理等功能的電度表，智能電表代表著未來節(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，國內(nèi)智能電表從結(jié)構(gòu)上大致分為兩類，分別為機電一體式和全電子式。

機電一體式，即在原機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。在原有的設計方案上，不改變其計量標準加載傳感裝置，變成機械度量的同時具備電脈沖輸出，使電子計數(shù)與機械計數(shù)同步，其計量精度一般不低于機械計量表。該設計方案采用成熟的感應技術(shù)，多用于老表改造。

全電子式計量表，是從計量到數(shù)據(jù)處理均采用以集成電路為核心的電子器件，取消了電表上長期使用的機械部件，與前面所講的機電一體表相比，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，最終會取代帶有機械部件的計量表。

3　智能電表的功能特點

智能電表是基于電子式電表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在電子式電表解決機械表抄表效率低、誤差偏差大等問題后，在數(shù)字技術(shù)應用過程中，智能電表以電子芯片作為核心，應用計算機技術(shù)、通訊技術(shù)，集成數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建通信計算機平臺，實現(xiàn)自動計費、功率計量計時等功能。具體功能作如下闡述：

（1）雙向通信。

智能電表內(nèi)部有自己獨特的通信模塊，可實現(xiàn)通信網(wǎng)絡和數(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)進行分析，通過智能電表向用電客戶傳達有效信息，使用戶提前對自己的用電情況作了解，并且及時提醒用戶及時繳納電費。同時用戶也可以通過智能電表，根據(jù)自己的財政情況和用電需求，對自己的用電方案作合理的調(diào)整，在了解電價的調(diào)整信息后也可以改變自己的用電習慣，從而養(yǎng)成低峰多用電高峰少用電的習慣，緩解國家發(fā)電壓力。

（2）雙向計量。

顧名思義，雙向計量是對于用電客戶和電力公司雙方均具有計量作用，特別是具有儲存電能設備、發(fā)電設備等分散式的用電大戶，用戶可以根據(jù)實施的實時電價做出分析判斷，將當前最優(yōu)的購電計劃通過智能電表，傳達到客戶，引導客戶購買最便宜的電。同時還可以向客戶反饋當前的用電情況，及時繳納費用。客戶也可向電網(wǎng)提交自己的用電計劃，以達到最經(jīng)濟最實惠的目的。

（3）支持浮動電價。

智能電表具有自己的運行單元和處理器，可以實現(xiàn)編譯儲存，不僅滿足準確度，還具有備份保留測量數(shù)據(jù)的功能。比如對當前的電能信息和先前儲存的信息進行比較，之后對數(shù)據(jù)進行保留；支持實時電價的浮動，滿足電力企業(yè)實時電價的計量工作；響應國家實時電價和削峰填谷的策略，緩解國家電業(yè)壓力，同時降低用戶用電成本。

4　智能電表在智能電網(wǎng)中的應用

4.1電費結(jié)算

傳統(tǒng)的電表在電費結(jié)算過程中需要大量的人員參與，耗時效率低，極易出現(xiàn)信息的混亂、錯計、漏計等低級錯誤。借助智能電表可以完成傳統(tǒng)電表的功能，還具有簡化以往費用財務處理的繁瑣流程。在當前大力推進智能電網(wǎng)的潮流中，調(diào)度人員可以通過智能電表及時、便捷地了解各地用電，盡量滿足各地區(qū)的用電需求。提前做好電能費用的預算，實現(xiàn)準確、高效的服務質(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)的用電財務信息。

4.2配電網(wǎng)絡實時狀態(tài)估計

由于電力網(wǎng)絡容易受到諧波等諸多因素的影響，通過潮流計算獲取的信息準確性不高，按照網(wǎng)絡模型和負載估計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)的應用，可對配電狀態(tài)進行有效估計，準確得到負載量及相關(guān)信息，及時發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量出現(xiàn)變化的源頭或用戶設備即將達到過負荷運行，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，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，對于分散的用電設備客戶，為其提供科學合理的用電方案，盡量減少不必要的電力消耗和浪費，有助于用戶利益最大化。對智能電表的管理還包括對表計時的定時訪問和定期維護，確保信息準確無誤。用戶也可以借助智能電表提供的信息，盡量選擇低估時段和低價時段用電，養(yǎng)成節(jié)能的用電習慣。

4.4對電網(wǎng)相關(guān)故障檢測

智能電表內(nèi)部具有記憶功能，在出現(xiàn)故障的情況下，可以通過內(nèi)部芯片進行階梯式查找快速定位，對于發(fā)出的異常信號和設備預警，能夠盡早處理，給設備維護人員提供了便利。在故障排除的同時，對線路設備等相關(guān)設施也進行了例行檢查。此外，智能電表的統(tǒng)一管理，對表計信息庫的維護和數(shù)據(jù)的確認保存，為表計的安全運行和用戶信息的完整提供了保障。

4.5智能電表帶來的收益

（1）提高供電公司的經(jīng)濟效益。以智能電表為基礎(chǔ)建立的智能計量系統(tǒng)，可以為企業(yè)應用提供高效、簡捷的解決策略。同時系統(tǒng)還能計時發(fā)現(xiàn)并解決問題。有利于提高工作人員的工作效率和服務態(tài)度，大幅度地減少工作人員的壓力，減少低端性錯誤。

（2）提高電力用戶的收益。智能電表可以為用電客戶及時反映用電情況和財務信息，通過顯示電網(wǎng)電價拍賣，用戶可以參與到電力市場的運作當中，利用彈性電力市場電價，獲取相應的最大收益。

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

5　智能電表的市場情況

中國電網(wǎng)分為國網(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)歸為國網(wǎng)。電表是國家的電量計量產(chǎn)品，由于電表長期運行會造成計費不準確，所以國家基本上要求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。從最早的機械表演變?yōu)殡娮邮诫姳?，現(xiàn)在國家要改造成系統(tǒng)性的智能化電網(wǎng)，電表將成為智能化電表。招標方式由最早的地區(qū)招標演變?yōu)槭〖壵斜?，現(xiàn)在要國家進行招標。國家改造表總量約3.5-4億只，2009年國網(wǎng)率先啟動，2010年南網(wǎng)啟動。在這波改造的浪潮中，智能電表迎來了新的機遇。

6　未來智能電表的發(fā)展方向

智能電網(wǎng)或高級量測體系的發(fā)展對智能電能表提出了越來越多的要求，這些要求是符合時代發(fā)展的趨勢，也對智能電能表的“智能”效應產(chǎn)生深遠影響。隨著新一批電能表輪換的開展，智能電能表的普及只是時間問題。既然是智能電能表，那么連同其細節(jié)也應該展現(xiàn)智能化，而現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理、模塊設計、檢測方式、接口類型需更加完善，才能滿足對未來智能電能表的應用需求。未來的智能電能表無論從外形，還是使用，亦或是功能都應具備信息化、自動化、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。

作者簡介：唐剛（1996-），男，碩士研究生在讀，就讀于上海電機學院，研究方向為電力電子與電力傳動；劉軍（1965-），男，教授，博士，任職于上海電機學院，研究方向為電機智能控制、微機控制技術(shù)、故障診斷等；黃森（1992-），男，碩士研究生在讀，就讀于上海電機學院，研究方向為電力電子與電力傳動。