新一代智能電能表支撐泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究

楊行 孔安新

中電裝備山東電子有限公司 山東濟(jì)南 250000

相比于傳統(tǒng)智能電網(wǎng)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)更注重通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)中不同設(shè)備的數(shù)據(jù)互聯(lián)和信息共享，是結(jié)合“大、云、物、移”等新技術(shù)構(gòu)建的信息物理網(wǎng)絡(luò)，具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)作和自治功能。

1 新一代智能電能表功能定位與設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

新一代智能電能表的設(shè)計(jì)思路為模組化設(shè)計(jì)，基表為計(jì)量芯模塊，承擔(dān)法制計(jì)量相關(guān)工作，實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)的采集與凍結(jié)；管理芯模塊負(fù)責(zé)各項(xiàng)管理功能，包括顯示、電費(fèi)管理、藍(lán)牙交互、開關(guān)控制等功能，并且管理、調(diào)度、轉(zhuǎn)發(fā)各擴(kuò)展模組的業(yè)務(wù)需求及數(shù)據(jù)；上行通信模塊負(fù)責(zé)同新一代采集終端進(jìn)行交互，可以支持HPLC或雙模（HPLC+微功率無線）通信，不同通信方式的模塊可互換，并且如需通過載波方式同下行智能設(shè)備通信時(shí)，該模塊可擴(kuò)展下行（載波通信）通信功能；擴(kuò)展模塊可與管理芯模塊及計(jì)量芯模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，可定義為非載波方式的下行通信模塊或滿足泛在電力物聯(lián)網(wǎng)各應(yīng)用場景的功能模塊[1]。

1.2 新一代智能電能表功能定位

新一代智能電能表創(chuàng)新式設(shè)計(jì)功能如下：

（1）多芯模組化設(shè)計(jì)。新一代智能電能表的核心是計(jì)量芯模塊，保證基礎(chǔ)計(jì)量性能穩(wěn)定可靠，供法制計(jì)量數(shù)據(jù)的溯源。管理芯模塊負(fù)責(zé)擴(kuò)展模塊的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，擴(kuò)展模塊同樣采用模組化的設(shè)計(jì)理念，通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口，實(shí)現(xiàn)模組之間的可替換，方便現(xiàn)場運(yùn)維和后期維修。管理芯模塊、通信芯模塊和功能芯模塊引入人工智能理念，達(dá)到準(zhǔn)確、及時(shí)地計(jì)費(fèi)的同時(shí)，應(yīng)用不同的控制策略，引導(dǎo)客戶精準(zhǔn)、合理用電。新一代智能電能表可按照現(xiàn)場應(yīng)用的不同需求針對擴(kuò)展模塊研究不同的功能模塊實(shí)現(xiàn)其功能，支撐泛在電力物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展的業(yè)務(wù)需求[2]。

（2）分布式、大容量存儲。新一代智能電能表具備大容量的數(shù)據(jù)存儲功能，可以存儲長達(dá)1年的每分鐘帶時(shí)標(biāo)的電能量，供營銷法制計(jì)量數(shù)據(jù)的溯源和其他業(yè)務(wù)部門的數(shù)據(jù)需要。

（3）模塊化升級。作為法制計(jì)量器具，新一代智能電能表的計(jì)量芯在現(xiàn)場是不允許在線升級的，其他模組在線升級時(shí)采用模塊化升級的概念，即一項(xiàng)功能的修改不影響其他功能的正常使用。升級流程采用跟蹤升級的方式，現(xiàn)場如遇功能性的變動，國家電網(wǎng)有限公司可以將驗(yàn)證過的軟件下載至在運(yùn)電能表上，定時(shí)啟動程序更新，為未來各類管理功能的更新奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

（4）智能化顯示。新一代智能電能將應(yīng)用點(diǎn)陣式液晶實(shí)現(xiàn)顯示功能，可以個(gè)性化定制顯示字體的大小、顯示的內(nèi)容，能夠方便地生成二維碼供運(yùn)維人員和用戶掃描、查詢信息，滿足泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中人機(jī)交互的發(fā)展需求。

（5）制造工藝提升。為了進(jìn)一步加強(qiáng)可靠性，在保證整表外形尺寸不變的前提下，新一代智能電能表內(nèi)部采用無軟線焊接的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)計(jì)劃取消電能表弱電輔助端子以提升整表耐壓等級，為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供質(zhì)量保障[3]。

2 典型業(yè)務(wù)應(yīng)用場景分析

2.1 典型場景

電動汽車有序充電開展電動汽車有序充電業(yè)務(wù)是支撐建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)工作之一。電動汽車有序充電業(yè)務(wù)的實(shí)施有利于引導(dǎo)用戶低谷用電、高峰放電，提升電網(wǎng)設(shè)備利用率，滿足居家多元化充電需求。新一代智能電能表在該應(yīng)用場景中定位為客戶側(cè)能源路由器，計(jì)劃在擴(kuò)展模塊中配置有序充電模塊實(shí)現(xiàn)電動汽車有序充放電功能。用戶通過手機(jī)APP掃碼與客戶側(cè)能源路由器建立連接后，藍(lán)牙及4G雙通道同時(shí)發(fā)送充電申請，客戶側(cè)能源控制器（新一代采集終端）和主站作為雙大腦，按照實(shí)時(shí)邏輯安排充電計(jì)劃，并下發(fā)至客戶側(cè)能源路由器。能源路由器按照“先到先處理，后到忽略”的沖突處理機(jī)制執(zhí)行充電計(jì)劃?？蛻魝?cè)能源路由器通過CAN或RS485通信方式對充電樁的實(shí)際功率輸出進(jìn)行控制，達(dá)到有序充電的目的[4]。

2.2 場景

居民用電負(fù)荷特征智能分析及應(yīng)用通過收集居民用電負(fù)荷數(shù)據(jù)，建立用戶典型用電負(fù)荷特征庫，并利用高頻采集到的電參量數(shù)據(jù)，生成用電特性的暫態(tài)波形，并結(jié)合特征庫開展居民用電負(fù)荷特征智能分析及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)居民用戶家庭電器應(yīng)用的精確辨識，并通過手機(jī)APP推送精細(xì)化、多元化的全方位用能信息及衍生業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，可為用戶提供精準(zhǔn)精益的用能數(shù)據(jù)服務(wù)，指導(dǎo)居民用戶科學(xué)合理用電提供技術(shù)支撐，促進(jìn)居民用戶與電網(wǎng)的友好互動。新一代智能電能表的擴(kuò)展模塊可配置為非介入式負(fù)荷識別模塊，實(shí)現(xiàn)電參量數(shù)據(jù)的高頻采集，支持居民用電負(fù)荷特征智能分析和應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)入戶式負(fù)荷監(jiān)測分析方法，非介入式的居民用電負(fù)荷智能分析方法無需入戶為家庭用電設(shè)備單獨(dú)安裝采集裝置，不影響用戶正常生活，又節(jié)約大量硬件安裝、運(yùn)維成本；同時(shí)全部數(shù)據(jù)的采集分析均在用采內(nèi)網(wǎng)完成，具有數(shù)據(jù)源唯一、通信穩(wěn)定的優(yōu)勢，充分保障了用戶信息的安全性，為海量居民用電負(fù)荷數(shù)據(jù)的智能分析和應(yīng)用推廣創(chuàng)造有利條件，對深入挖掘營銷數(shù)據(jù)價(jià)值、推動全社會智能數(shù)據(jù)共享和生活品質(zhì)提升意義重大[5]。

3 結(jié)語

此文介紹了新一代智能電能表支撐泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的典型場景：電動汽車有序充電、居民用電負(fù)荷特征智能分析及應(yīng)用以及“多表合一”信息采集業(yè)務(wù)等典型業(yè)務(wù)。最后結(jié)合泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的具體要求和新一代智能電能表技術(shù)發(fā)展，提出了下一步工作安排及未來支撐泛在物聯(lián)網(wǎng)、提升用戶體驗(yàn)、實(shí)現(xiàn)用戶互動等發(fā)展方向。