智能電能表技術(shù)與應(yīng)用

張紅嶺 忻龍彪

（河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口075024）

0 引 言

目前電力系統(tǒng)面臨諸多問題，如電力公司和終端用戶互動問題、配電網(wǎng)的可靠性和電能質(zhì)量問題等，而解決這些問題的有效手段就是大力發(fā)展智能電網(wǎng).高級量測體系（AMI）是實施智能電網(wǎng)的第一步，而智能電能表是高級量測體系核心部分.因此關(guān)于智能電能表的研究、設(shè)計、安裝及運(yùn)行一系列工作就成為高級量測體系實施的首要工作.隨著各國智能電網(wǎng)建設(shè)的逐步展開，業(yè)界對此高度重視并進(jìn)行了深入研究，所有這些，將使得智能電能表技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用.

1 智能電能表簡介

智能電能表是應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等，形成以智能芯片為核心，具有對多個電氣參數(shù)按照一定的要求進(jìn)行計量、計費(fèi)以及實現(xiàn)與上位機(jī)通信、用電管理等功能的電能表.智能電能表按照預(yù)先設(shè)定記錄、采集并存儲用戶的多種用電信息，是實現(xiàn)信息采集、分析、控制與優(yōu)化的基礎(chǔ).目前，國家電網(wǎng)加強(qiáng)了智能電能表的研發(fā)設(shè)計力度，這對我國智能電網(wǎng)及其高級量測體系的建設(shè)具有積極意義.智能電能表的使用，解決了電力系統(tǒng)中大量供電企業(yè)與終端用戶的互動及其他問題，同時，通過安裝運(yùn)行也發(fā)現(xiàn)了智能電能表在技術(shù)方面存在一些問題，本文就此做粗淺的敘述.

2 智能電能表技術(shù)

國際上，各國都在爭先恐后的發(fā)展自己的智能電能表技術(shù)，智能電能表技術(shù)最先進(jìn)的國家當(dāng)屬意大利.智能電能表技術(shù)包括智能電能表研發(fā)、設(shè)計與安裝運(yùn)行系列標(biāo)準(zhǔn)多個層面，具體涵蓋智能電能表的概念、特點、功能及測量和通信的實現(xiàn)方法等.

2.1 智能電能表特點

由于智能電能表結(jié)構(gòu)與功能的多樣化，智能電能表與傳統(tǒng)電能表相比具有以下特點.

（1）準(zhǔn)確度較高.當(dāng)今電子技術(shù)的快速提升，微處理器MCU、智能計量芯片以及傳感器技術(shù)水平越來越高.智能電能表對電力系統(tǒng)進(jìn)行計量、統(tǒng)計與監(jiān)控時，借助這些技術(shù)，加之生產(chǎn)工藝的精細(xì)化，使得對電氣參數(shù)計量的準(zhǔn)確性比普通電能表有了很大的提高.

（2）效率高.微處理器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用大大提高了數(shù)據(jù)處理的速度，尤其在面對大量數(shù)據(jù)時具有明顯的優(yōu)勢，使其對大量數(shù)據(jù)的記錄雜而不亂，效率明顯提高.

（3）安全性較高.智能電能表在研發(fā)設(shè)計過程中對其安全性倍加關(guān)注，使得其安全性得到提高.

2.2 智能電能表功能

由于智能電能表種類的多樣化，智能電能表的功能也呈現(xiàn)多樣化，但總的說來就是對電氣信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行計量、統(tǒng)計、分析與監(jiān)控.基于智能電能表在整個智能電網(wǎng)中的作用，智能電能表主要應(yīng)具有以下功能.

（1）計量、統(tǒng)計功能.實現(xiàn)對電壓、電流及不同類型的電能量等電氣參數(shù)的計量，且對各被計量、統(tǒng)計的電氣參數(shù)根據(jù)預(yù)先設(shè)定時間間隔分時、分相記錄、存儲，對電能的計量要達(dá)到國家電網(wǎng)規(guī)定的準(zhǔn)確度要求.

（2）監(jiān)控功能.智能電能表要對電力系統(tǒng)中用戶用電情況，包括是否竊電，電能輸送情況進(jìn)行實時監(jiān)測和控制，在檢測到竊電時，智能電能表能夠發(fā)出報警信息，通過主電路實現(xiàn)防竊電自動控制；同時他還可以根據(jù)需求側(cè)的相應(yīng)來限制負(fù)荷，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全.

（3）存儲功能.對于智能電網(wǎng)，智能電能表必須具有存儲各用戶在正常用電和發(fā)生故障時用電信息的功能，尤其是各相失壓的次數(shù)、失壓發(fā)生時刻、結(jié)束時刻以及相應(yīng)的各類電能量等所有數(shù)據(jù).

（4）分析功能.為實現(xiàn)電力系統(tǒng)智能化、自動化，智能電能表需要將檢測、存儲的信息進(jìn)行分析、判斷，以便得出系統(tǒng)是否正常運(yùn)行的結(jié)論，供系統(tǒng)管理人員對系統(tǒng)的運(yùn)行作出決策.

（5）雙向通信功能.智能電能表通過內(nèi)置通信模塊，接入雙向通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心進(jìn)行信息交流.從而能夠支持電能表數(shù)據(jù)的即時讀取，遠(yuǎn)程接通和開斷，也支持分時電價和需求側(cè)管理.智能電能表借助雙向通信，更好地實現(xiàn)了信息共享，優(yōu)化提升系統(tǒng)功能.

2.3 智能電能表研制與設(shè)計中存在的問題

由于智能電能表擔(dān)負(fù)著對數(shù)據(jù)的計量、統(tǒng)計與監(jiān)控任務(wù)，其準(zhǔn)確性、可靠性、安全性以及經(jīng)濟(jì)性是研制、使用的關(guān)注點.目前智能電能表主要存在以下問題.

（1）計量準(zhǔn)確性問題.

電能表的計量準(zhǔn)確性涉及到供電公司與用戶之間的利益關(guān)系，是一個公平公正的問題.智能電能表的誤差主要取決于以下幾個方面：電力系統(tǒng)三相負(fù)載不平衡產(chǎn)生誤差，這將導(dǎo)致三相四線電能表的不平衡誤差增大，影響計量準(zhǔn)確度；電流互感器的準(zhǔn)確度等級選擇不當(dāng)造成誤差，設(shè)計時應(yīng)盡量選擇寬負(fù)載（s級）電流互感器；電流互感器變比選擇不當(dāng)造成的誤差，主要是因為計算負(fù)荷偏小而使實際運(yùn)行點偏離電流互感器額定值造成；計量裝置安裝不合格造成誤差，這主要是由于施工不規(guī)范，沒有嚴(yán)格的按照施工工藝進(jìn)行而造成的.

（2）防竊電功能.

近年來竊電的方式越來越多，竊電手法也越來越隱蔽.依據(jù)電能計量的原理，竊電主要采用以下方法：利用短接法、分壓法、開路法等方法改變電能表的交流電壓來達(dá)到竊電目的；利用短路法、分流法、跨接法、開路法方法改變電能表的交流電流達(dá)到竊電目的；通過改變電能表外部的電氣連接方式，或者外接電感或電容器移相實施竊電.針對這些情況，必須在智能電能表的設(shè)計方案中提出解決方案.

（3）安全性.

智能電能表需要對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析，這些數(shù)據(jù)涉及智能電能表的安全性.目前的智能電能表的加密方式還有待進(jìn)一步提高.

（4）成本問題.

實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的計量與監(jiān)控，智能電能表的用量是非常大的，電能表制造成本的高低就顯得愈發(fā)重要，因此，需要研制出高性能成本合理的智能電能表.只有電能表的價格為用戶接受，它的推廣應(yīng)用前景才是光明的.

3 智能電能表的應(yīng)用

智能電表能實現(xiàn)連續(xù)的帶有時標(biāo)的多種間隔的用電計量，遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)電能表單一電能計量功能，它實際上成為分布于網(wǎng)絡(luò)上的系統(tǒng)傳感器和測量點.隨著對電力需求的快速增長，用電帶來的問題將會越來越多，只有建立智能電網(wǎng)才能從根本上解決這些問題，而智能電能表作為智能電網(wǎng)的極為重要的一部分，不僅是電力用戶終端用電信息直接記錄載體，同時也是智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的重要用電信息采集媒介.從目前的發(fā)展形勢來看，智能電能表主要承擔(dān)著電能數(shù)據(jù)采集、用戶信息統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、實時監(jiān)測、遠(yuǎn)程費(fèi)控等任務(wù).由于智能電能表的多功能，使得智能電能表不僅具備計費(fèi)功能，還要達(dá)到自動化、智能化的目的.目前，已經(jīng)實現(xiàn)的應(yīng)用主要是：電能的計量，用電量預(yù)測評估，數(shù)據(jù)的動態(tài)管理，遠(yuǎn)程費(fèi)控等功能.而在將來，結(jié)合目前存在的難點及問題，智能電能表方面的研究，將主要側(cè)重于功能的模塊化、防竊電功能的完善以及準(zhǔn)確度等方面，隨著功能的完善，它將得到廣泛的應(yīng)用.

4 結(jié) 論

在國家電網(wǎng)公司的策劃和強(qiáng)力推動下，智能電能表正在得到廣泛的應(yīng)用，從而應(yīng)對電力系統(tǒng)的諸多挑戰(zhàn)，如供需平衡、用戶對供電可靠性及電能質(zhì)量要求的提高等.智能電表可以取得用戶詳細(xì)的用電信息，促成分時標(biāo)電價實施，使用戶自由選擇用電時間和用電方式.通過雙向通信，實現(xiàn)了電力公司與用戶的緊密相連，更好地實現(xiàn)配電系統(tǒng)的電力自動化.智能電能表的廣泛應(yīng)用，將極大的擴(kuò)充電網(wǎng)公司的信息采集系統(tǒng)，提升其對配電系統(tǒng)的運(yùn)行控制能力，為智能電網(wǎng)今后的建設(shè)打下堅實的基礎(chǔ).

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