電網(wǎng)中智能電能表的功能及其應(yīng)用初探

柳雪

摘 要：智能電能表是供配電系統(tǒng)的重要組成部分，在智能電網(wǎng)中，智能電能表的功能和對(duì)其應(yīng)用的研究是關(guān)注度非常高的話題。詳細(xì)闡述了智能電能表的主要功能，并對(duì)智能電能表在電網(wǎng)系統(tǒng)中的使用現(xiàn)狀和應(yīng)用前景作了簡要分析。

關(guān)鍵詞：智能電能表；電網(wǎng)系統(tǒng)；功能；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM933.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）13-0009-02

隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)工作的逐步開展，智能電能表也必將得到廣泛的應(yīng)用。作為智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，智能電能表已經(jīng)不再是一個(gè)單純的計(jì)費(fèi)儀器，它肩負(fù)著收集電力數(shù)據(jù)信息、計(jì)量和傳送數(shù)據(jù)的任務(wù)?？v觀智能電能表的發(fā)展，未來的某一天，它必將成為一個(gè)系統(tǒng)化、智能化、多元化和模塊化的電網(wǎng)終端設(shè)備。

智能電能表是在電子式電能表的基礎(chǔ)上，不斷對(duì)其功能進(jìn)行完善和升級(jí)而來的。它避免了從前基于機(jī)械原理的電能表需要進(jìn)行人力抄表的弊端，減少了電網(wǎng)工作人員的工作量，大大提高了電能計(jì)量工作的準(zhǔn)確度和工作效率。同時(shí)，智能電能表完成了對(duì)傳統(tǒng)的、功能比較單一的電子式電能表全面的技術(shù)性突破，實(shí)現(xiàn)了以網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和微處理器應(yīng)用為核心的智能化數(shù)據(jù)收集和傳輸模式。

1 智能電能表的工作原理

智能電能表運(yùn)用的是有溫度補(bǔ)償功能的電路時(shí)鐘芯片?；趯?duì)數(shù)據(jù)安全性的考慮，選用冗余設(shè)計(jì)，并且備份多重?cái)?shù)據(jù)以保障其可靠性。在智能電能表運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電能表內(nèi)部的傳感器件將電流轉(zhuǎn)化為采樣信號(hào)，經(jīng)過濾波處理后，信號(hào)被傳輸進(jìn)計(jì)量芯片內(nèi)。在計(jì)量芯片內(nèi)，能量信號(hào)被轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)輸送至CPU中統(tǒng)一進(jìn)行脈沖的收集工作，完成電量的統(tǒng)計(jì)和對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析，并將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫里。與此同時(shí)，CPU還要進(jìn)行安全認(rèn)證、485抄表、紅外、LCD顯示和跳合閘等多項(xiàng)功能的處理。

2 智能電能表的主要功能

2.1 電能雙向計(jì)量功能

電能計(jì)量功能是智能電能表最基本的功能，智能電能表的電能計(jì)量功能主要包括兩個(gè)方面：①電量計(jì)量。智能電能表不僅有傳統(tǒng)的電能表所具有的正反向有功電能和分時(shí)計(jì)量功能，而且又新增了有功電能量和無功電能量的組合方式。②電量凍結(jié)。智能電能表不僅具備傳統(tǒng)的電能表所擁有的定時(shí)、瞬時(shí)和約定凍結(jié)功能，還有60 d的日凍結(jié)能力、254個(gè)半點(diǎn)和整點(diǎn)凍結(jié)能力。

2.2 信息存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)交互

利用電能表內(nèi)部的大容量存儲(chǔ)芯片，智能電能表能夠?qū)崟r(shí)測量并儲(chǔ)存各種數(shù)據(jù)信息，例如電能量、有功功率、無功功率、電流和電壓等基本信息。智能電能表還可以存貯各個(gè)結(jié)算日的總電能和不同費(fèi)率下的電能數(shù)據(jù)，以及用電需求量峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間等。此外，智能電能表還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測失流、失壓、斷相、過載、不平衡、電壓和電流逆相序等意外事件，進(jìn)而完成對(duì)電網(wǎng)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

2.3 費(fèi)控功能

智能電能表費(fèi)控功能的實(shí)現(xiàn)可以通過本地和遠(yuǎn)程兩種方法操作。在本地，可以利用CPU卡或射頻卡完成費(fèi)控操作，有兩種費(fèi)率時(shí)段可供選擇，可以利用預(yù)定時(shí)間的辦法在兩種費(fèi)率時(shí)段之間自主切換，然后，利用智能電能表實(shí)現(xiàn)對(duì)電費(fèi)的計(jì)算工作。遠(yuǎn)程方法是利用載波等虛擬的媒介在遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)中完成的，電費(fèi)的計(jì)算工作也是在遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的。

2.4 信息交換與自動(dòng)控制

智能電能表的通信接口承擔(dān)著智能家居應(yīng)用中數(shù)據(jù)和通信網(wǎng)關(guān)的作用。低壓電力載波PLC和GPRS是上行數(shù)據(jù)通信的主要方式，光電通信和雙絞線RS485是本地?cái)?shù)據(jù)通信的主要方式，而在用戶內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信形式主要有ZigBee、M-Bus等。利用這些方式可以完成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信息的交互功能。電網(wǎng)公司可以利用其管理系統(tǒng)監(jiān)控客戶的用電數(shù)據(jù)，通過負(fù)荷管控、遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程計(jì)費(fèi)和竊電監(jiān)測等實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行情況的評(píng)估，并為優(yōu)化和維護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行提供幫助。

2.5 安全認(rèn)證

安全認(rèn)證是智能電能表獨(dú)有的功能。在利用CPU卡或射頻卡對(duì)電能表實(shí)施參數(shù)更改和預(yù)存電費(fèi)，或者在進(jìn)行其他指令操作時(shí)，都需要經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)腅SAM安全認(rèn)證過程，從而保證智能電能表內(nèi)數(shù)據(jù)信息的安全性和可靠性。

3 智能電能表在電網(wǎng)中的應(yīng)用探析

3.1 電力用戶側(cè)

在電網(wǎng)公司和在用電客戶之間，智能電能表能夠起到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通信網(wǎng)關(guān)的作用。透過智能電能表內(nèi)儲(chǔ)存的電量數(shù)據(jù)，用電客戶能夠有根據(jù)地編制和改善自己的用電計(jì)劃，達(dá)到節(jié)約電能、降低用電開支的目的。

通過ZigBee和M-Bus數(shù)據(jù)通信技術(shù)，智能電能表可以把儲(chǔ)存在水表和天然氣表內(nèi)的用水和用電信息復(fù)制到主站數(shù)據(jù)庫中，與電網(wǎng)公司的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)交互。同時(shí)，在客戶戶內(nèi)裝置一個(gè)相對(duì)應(yīng)的智能顯示終端，幫助客戶通過終端設(shè)備一目了然地掌握自己的用電、用水和用天然氣情況。這樣，智能電能表不再是一個(gè)單純的電能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸設(shè)備，而成為了空調(diào)、電冰箱和熱水器等家庭設(shè)備的控制核心，客戶在戶外進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)收集就能夠方便、快捷地掌握家庭電器實(shí)用信息。與此同時(shí)，電網(wǎng)公司也能夠更加合理地進(jìn)行電網(wǎng)內(nèi)電力負(fù)荷的統(tǒng)籌調(diào)度工作。為了符合控制管理的需要，支持內(nèi)部繼電器控制時(shí)，在遠(yuǎn)程就可以對(duì)家庭主電路進(jìn)行拉、合閘作業(yè)。

除此之外，隨著電動(dòng)汽車的興起，電動(dòng)汽車將會(huì)逐漸普及，在電動(dòng)汽車的充電站上，智能電能表也發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用。眾所周知，電動(dòng)汽車的充、放電可以分成直流輸入和交流輸入兩種模式，而智能電能表可以依照不同的充、放電模式準(zhǔn)確實(shí)行電量計(jì)算，并且可以將智能電能表和充電站計(jì)費(fèi)系統(tǒng)與遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)連接起來，形成一個(gè)完整的通信系統(tǒng)。這樣不僅可以幫助客戶自主結(jié)算充電費(fèi)用，也可以幫助電網(wǎng)公司對(duì)充電站的電能交易信息實(shí)時(shí)進(jìn)行收集和分析。

3.2 輸配電環(huán)節(jié)

“特高壓全國聯(lián)網(wǎng)、交直流混合輸電”是目前我國電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，這就要求大型電網(wǎng)運(yùn)行的控制應(yīng)當(dāng)有更高的水準(zhǔn)。此外，在各地智能電網(wǎng)的建設(shè)過程中，對(duì)各個(gè)變電站的數(shù)字化改造工作也已經(jīng)提上了議事日程。智能電能表在關(guān)口計(jì)量點(diǎn)的應(yīng)用可以對(duì)各種電能數(shù)據(jù)，比如母線電量不平衡率、線損等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。通過變電站的數(shù)字化信息管理系統(tǒng)與智能電能表通信功能的完美融合，可以在第一時(shí)間將智能電能表存儲(chǔ)的信息輸送至電網(wǎng)控制中心，讓工作人員有根據(jù)地進(jìn)行電網(wǎng)控制工作，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性能。利用智能電能表的信息交互作用能夠在一定程度上改善能源利用結(jié)構(gòu)，有效減少在電網(wǎng)系統(tǒng)中的固定資產(chǎn)投資。

對(duì)那些利用可再生資源，比如風(fēng)能、水能發(fā)電的發(fā)電廠，也可以利用智能電能表對(duì)其電能數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，進(jìn)一步分析所使用能源的運(yùn)行特點(diǎn)。這樣有助于所用資源的科學(xué)調(diào)配，從而提升資源的利用效率。

4 結(jié)束語

綜上所述，由于智能電能表具有收集電能數(shù)據(jù)信息，存儲(chǔ)、傳輸數(shù)據(jù)等多項(xiàng)功能，智能電能表在電網(wǎng)中的應(yīng)用已經(jīng)成為了社會(huì)發(fā)展的必然趨勢。通過對(duì)智能電能表工作原理和主要結(jié)構(gòu)、功能的分析不難發(fā)現(xiàn)，智能電能表擁有很廣闊的發(fā)展前景。智能電能表在電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用為電網(wǎng)公司實(shí)現(xiàn)節(jié)能提供了技術(shù)支持，并且其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)傳輸功能也為電網(wǎng)系統(tǒng)安全、平穩(wěn)運(yùn)行提供了參考。

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〔編輯：白潔〕

Abstract： A smart meter is an important part of power supply and distribution system in the smart grid， smart meter research function and its application is very high degree of concern about the topic. Elaborated the main functions of the smart meter， and a brief analysis of smart meter status and prospects for use in the grid system.

Key words： smart meter； grid system； function； applications