雙向智能電能表功能需求和結(jié)構(gòu)性能分析

生一兵*，雷君杰，趙娜，喬嬌

（國網(wǎng)山西省電力公司晉中供電公司 ，山西晉中，030600）

引言

當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智能電網(wǎng)建設(shè)也進(jìn)入到突飛猛進(jìn)的階段，智能電表作為不可或缺的部分，得到越來越多的重視。在我國當(dāng)前電力需求不斷增長的情況下，人們對電力服務(wù)、用電智能化提出了更高要求，智能電表需要充分滿足這些功能需求，不斷優(yōu)化自身結(jié)構(gòu)性能,世界主要的發(fā)達(dá)各國都在發(fā)展智能電網(wǎng)，各國根據(jù)自身發(fā)展的需要，在智能電網(wǎng)的研究策略上各有側(cè)重點(diǎn)。我國主要采取以發(fā)展特高壓電網(wǎng)為基本框架、其他電網(wǎng)均衡發(fā)展的模式。盡管各國的研究重點(diǎn)與建設(shè)方向存在差異，但是研究重點(diǎn)相同，都是將智能電表作為主要研究內(nèi)容。 隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，居民用電規(guī)模不斷擴(kuò)大，控制不同時間段的用電負(fù)荷成為亟需解決的重要問題，與此同時，人民群眾對供電服務(wù)以及用電智能化的要求也更高，這對于智能電能表的功能提出了新的需求。

1 雙向智能電能表的功能需求

1.1 雙向互動

在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中，電能表的雙向互動是定位于電能表與電力公司之間的，并沒有考慮到用戶。然而，電能表作為電力公司、用戶間聯(lián)系的橋梁，是用電計量、電費(fèi)收繳的重要依據(jù)，關(guān)系到雙方的經(jīng)濟(jì)利益，隨著現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)的發(fā)展，用戶、電能表以及電力企業(yè)之間互動越來越多，原有標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不適用了，特別是光伏發(fā)電、小型風(fēng)電的推廣，用戶可以向電網(wǎng)中輸送電能，基于這種需求，智能電能表需要具備電能反向計量功能。

1.2 電能質(zhì)量監(jiān)測

在現(xiàn)代生活中，人們生活水平不斷提升，家用電器數(shù)量、種類越來越多，一些家電存在無功功率較高、使用功率因數(shù)低以及諧波污染高等情況，對此，需要對用戶電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)其影響程度的差異，采取不同的電費(fèi)收取標(biāo)準(zhǔn)。此外，在運(yùn)用分布式發(fā)電、儲能裝置向配電網(wǎng)進(jìn)行供電時，需要使用智能電能表對其輸送電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，確保整個配電網(wǎng)電能質(zhì)量良好。

1.3 電網(wǎng)負(fù)荷控制

負(fù)荷控制是電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的基本要求，主要有直接負(fù)荷控制、最大負(fù)荷控制兩種，其中，直接負(fù)荷控制是在供電企業(yè)與用戶協(xié)議后，對用戶部分電能采取直接負(fù)荷控防護(hù)四進(jìn)行控制，確保電網(wǎng)運(yùn)行的平衡，用戶損失的部分通過電費(fèi)進(jìn)行補(bǔ)償，在計算電費(fèi)補(bǔ)償時，是以智能電能表保存的信息計算出電量，作為補(bǔ)償?shù)囊罁?jù)，也可判斷是否有違約用電行為。

最大負(fù)荷控制是在供電系統(tǒng)受到不可抗因素影響、只能滿足部分負(fù)荷需求情況下采用的，主要是保障居民基本生活用電正常，如果用電負(fù)荷超出最大值，智能電能表會將繼電器自動切斷。

1.4 連接智能家居系統(tǒng)

在智能電網(wǎng)的發(fā)展中，用戶參與的主觀意識逐漸增強(qiáng)，且智能家居系統(tǒng)的成熟與應(yīng)用，為用戶參與提供了可能。對此，智能電能表需要與智能家居系統(tǒng)連接起來，做好兩者間接口、通信方式以及通信規(guī)約等方面的完善，提升兩者間的協(xié)調(diào)性，相互作用，實(shí)現(xiàn)用戶用電的最優(yōu)化，達(dá)到削峰填谷、提升電網(wǎng)利用效率的目標(biāo)。

2 雙向智能電能表的結(jié)構(gòu)性能

2.1 電流與電壓取樣電路

電流取樣電路主要有霍爾效應(yīng)傳感器、Rogowski線圈、錳銅片分流器與電流互感器四種，但面對不斷增長的用電需求，智能電能表需要監(jiān)測更大的電流值，錳銅片分流器由于自身發(fā)熱影響，會逐漸被淘汰，適宜選用的是Rogowski線圈，具有自重輕、體積小、成本低、測量范圍廣、測量精確度高以及隔離性好等優(yōu)勢。電壓取樣電路主要有電阻分壓、電壓互感器兩種，相較而言，電壓互感器成本高、占據(jù)空間大，使用是有所限制的。

2.2 外部存儲

在信息技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)快速發(fā)展下，智能電能表具備的功能越來越加多樣化，但也面臨著信息記錄任務(wù)加重的情況，需要更大的信息存儲空間以及更高頻率的信息讀寫，這就對智能電能表計量檢測芯片精度提出更高要求。外部存儲是解決信息量增加、確保電量數(shù)據(jù)可以及時寫入的有效途徑，采取的解決措施是應(yīng)用新型非易失性鐵電存儲器，其優(yōu)點(diǎn)為耗能低、讀寫速度快，可以達(dá)到智能電能表對數(shù)據(jù)存儲、精度要求的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 微控制芯片

微控制芯片是智能電能表的核心，當(dāng)前采用的是ARM系列微處理器，其外設(shè)接口可以為智能電能表各種功能的擴(kuò)展提供有利條件，cortex內(nèi)核指令集精簡，具有較高處理速度，可以大大減少程序量。同時，微處理器自身集成接口可以與智能家居系統(tǒng)間良好結(jié)合起來，避免外圍電路過于復(fù)雜，提高智能電能表運(yùn)行的高效性。

2.4 繼電器

繼電器是智能電能表重要組成部分之一，其作用主要是在發(fā)生欠費(fèi)或者緊急情況時完成暫時斷電。在現(xiàn)階段，常用的多是磁保持繼電器，其開關(guān)轉(zhuǎn)換依賴脈沖電信號、開斷元件為觸點(diǎn)式機(jī)械結(jié)構(gòu)，運(yùn)行中可能出現(xiàn)不可靠斷開的情況，在一定程度是不能滿足智能電能表要求的，交流固態(tài)繼電器應(yīng)用越來越多。

3 結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)代社會發(fā)展中，人們用電需求更加多元化，為提高電力服務(wù)質(zhì)量，電力企業(yè)必須不斷完善智能電能表的功能，研究智能電網(wǎng)下智能電能表的功能需求，提高其結(jié)構(gòu)性能，對電力行業(yè)的健康發(fā)展是有重要作用的。

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