淺談智能電能表在電能計(jì)量的應(yīng)用

1、    淺談智能電能表在電能計(jì)量的應(yīng)用    黃澤虹摘 要： 本文介紹智能電能表的基本概念、構(gòu)成及工作原理。通過對比智能電能表與多功能電能表的區(qū)別，闡述智能電能表的功能，最后分析智能電能表在電能計(jì)量中的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞： 智能電能表；基本概念；功能；階梯電價(jià)；應(yīng)用前景0.前言近年來，隨著各種先進(jìn)技術(shù)在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，智能化已經(jīng)成為電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，中國在“十二五”規(guī)劃綱要中明確提出“推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，切實(shí)加強(qiáng)城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和該改造，增強(qiáng)電網(wǎng)優(yōu)化配置電力能力和供電可靠性”。智能電網(wǎng)（smart power grids），又稱為“電網(wǎng)2.0”。作為智能電網(wǎng)

2、的終端，智能電能表對于電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息化、自動化、互動化具有重要支撐作用，是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶實(shí)時(shí)交互響應(yīng)、增強(qiáng)電網(wǎng)綜合服務(wù)能力、提高用電效率、促進(jìn)節(jié)能減排的重要手段。1.智能電能表基本概念智能電網(wǎng)最終目的是實(shí)現(xiàn)智能化用電，用戶通過安裝在家中的設(shè)備了解耗電情況、實(shí)時(shí)電價(jià)等用電信息，合理調(diào)整空調(diào)、冰箱等家用電器的工作時(shí)間。而電力企業(yè)可以及時(shí)地獲取用戶的用電信息，通過各項(xiàng)用電優(yōu)惠政策調(diào)節(jié)用戶的用電習(xí)慣，有利于電力系統(tǒng)更加平穩(wěn)、可靠地運(yùn)行。在智能家庭的構(gòu)建過程中，智能電能表一方面通過電力線、手機(jī)網(wǎng)絡(luò)等通信網(wǎng)絡(luò)傳送信息，在用戶和電力企業(yè)間建立了一條雙向網(wǎng)絡(luò)；另一方面智能電能表將和智能電視、智能洗衣機(jī)等家庭智能

3、電器相連，實(shí)施科學(xué)合理的家庭用電計(jì)劃。與傳統(tǒng)的電能表相比較，智能電能表不再是一個(gè)終端產(chǎn)品，它是連接用戶和電力企業(yè)的一個(gè)中間環(huán)節(jié)，將用電信息以及配電信息及時(shí)告知給用配電雙方，達(dá)到資源利用效率的最大化。2.智能電能表的構(gòu)成及工作原理智能電能表（smart electricity meter）是由測量單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元等組成，是具有電能量計(jì)量、信息存儲及處理、實(shí)時(shí)監(jiān)測、自動控制、信息交互等功能的電能表。智能電能表是由電子元器件構(gòu)成，它的工作原理是被測交流電壓和電流經(jīng)過高精度采樣后送到專用電能計(jì)量芯片，由電能表集成電路對采樣電壓和電流信號進(jìn)行處理數(shù)字，轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖頻率信號輸出送給

4、微處理器，微處理器將脈沖信號依據(jù)時(shí)段費(fèi)率進(jìn)行分時(shí)累加，得到總電量和各費(fèi)率電量，結(jié)果存到數(shù)據(jù)存貯器中。微處理器同時(shí)完成顯示和與外部進(jìn)行信息交換的功能，其原理框圖如圖1所示1。3.智能電能表和多功能表的區(qū)別現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的電子式多功能電能表被稱為第二代電能表，它具備分時(shí)和復(fù)費(fèi)率計(jì)量功能。智能電能表是在第二代電能表的基礎(chǔ)上，為滿足電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的需要開發(fā)而成的第三代電能表。智能電能表和多功能表的區(qū)別主要有兩方面：（一）功能的區(qū)別智能電能表和多功能電表在計(jì)量、測量和保存數(shù)據(jù)功能都一樣，都包含費(fèi)率計(jì)費(fèi)功能，但智能電腦表還具備了以下功能：（1）具備階梯電價(jià)功能，支持智能需求管理階梯電價(jià)全名為

5、階梯式累進(jìn)電價(jià)2，是指把用電量設(shè)置為若干個(gè)階梯，隨著用電量的增加，電價(jià)逐級遞增，是針對階梯電量制定的單位電價(jià)。我國階梯電價(jià)政策形成歷時(shí)4年，2010年，中國發(fā)改委出臺關(guān)于居民生活用電實(shí)行階梯電價(jià)的指導(dǎo)意見（征求意見稿），2012年7月，階梯電價(jià)在全國全面試行。目前，智能電能表具有的以下功能能夠有力地支持階梯電價(jià)結(jié)算：a.正向、反向有功電能計(jì)量功能。b.具有分時(shí)計(jì)量功能。c.至少存儲上 12 個(gè)月的總電能和各費(fèi)率電能量。d.具有2套階梯電價(jià)，可在設(shè)置的時(shí)間點(diǎn)啟用另一套階梯電價(jià)計(jì)費(fèi)，每套費(fèi)率至少支持4種費(fèi)率，能夠滿足多套階梯電價(jià)的需求。（2）具備費(fèi)控功能a.通過遠(yuǎn)程方式實(shí)現(xiàn)費(fèi)控功能智能電能表的遠(yuǎn)程

6、方式通過載波等虛擬介質(zhì)和遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。遠(yuǎn)程費(fèi)控電能表，主要實(shí)現(xiàn)計(jì)量功能，計(jì)費(fèi)功能主要由遠(yuǎn)程的主站/售電系統(tǒng)完成，當(dāng)用戶欠費(fèi)時(shí)由遠(yuǎn)程主站/售電系統(tǒng)發(fā)送拉閘命令，給用戶斷電，當(dāng)用戶充值后，遠(yuǎn)程主站/售電系統(tǒng)再發(fā)送合閘命令，表判斷命令有效后允許用戶合閘。b.安全認(rèn)證要求通過虛擬介質(zhì)對電能表進(jìn)行參數(shù)設(shè)置或下發(fā)遠(yuǎn)程控制命令操作時(shí)，需通過嚴(yán)格的密碼驗(yàn)證，以確保數(shù)據(jù)傳輸安全可靠。加密算法應(yīng)采用國密sm1算法。（3）具備雙向通信和信息互享功能智能電能表是連接用電用戶和配電中心的一個(gè)中間環(huán)節(jié)，將用電信息以及配電信息及時(shí)告知給用配電雙方。普通型電能表只具備電能計(jì)量功能；多功能電能表只是實(shí)現(xiàn)了單向通信，即用戶的

7、用電信息通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦╇娖髽I(yè)，供電企業(yè)的有關(guān)信息不能夠及時(shí)告知用戶；而智能電能表實(shí)現(xiàn)了用戶和供電公司之間真正的雙向通信和信息互享，而且具備付費(fèi)模式可變、支持微型分布式發(fā)電、電能質(zhì)量檢測以及系統(tǒng)升級等功能，能夠滿足智能化家庭中用電管理模式的要求。相對于普通電能表和多功能電能表，智能電能表的通信功能要更為強(qiáng)大和復(fù)雜3。（二）規(guī)格尺寸的區(qū)別大部分廠家生產(chǎn)的多功能電能表沒有統(tǒng)一尺寸，不同廠家的多功能電能表尺寸各異，銘牌、顯示、功能輸出都不一樣，同一類型的多功能電能表往往需要根據(jù)不同廠家的型號準(zhǔn)備庫存。各個(gè)廠家的多功能電能表顯示代碼不一樣，顯示內(nèi)容順序不一樣，抄表人員需要了解不同廠家的電能表顯示內(nèi)

8、容抄表，計(jì)量人員需要根據(jù)不同廠家的輸出端子要求接線，工作程序比較繁瑣。智能電能表規(guī)定了外觀結(jié)構(gòu)、安裝尺寸以及表蓋、表座的顏色，大大減少了智能表的庫存，更好地發(fā)揮集約化管理效益；各類智能電能表顯示代碼、顯示順序和顯示內(nèi)容要求一致，方便抄表人員抄表；規(guī)范了智能表的接線芯端子，方便了計(jì)量外勤人員安裝接線，也能使檢測人員使用智能端子批量校驗(yàn)智能表，提高工作效率4。4.智能電能表前景通過以上比較可以發(fā)現(xiàn)，智能電能表的今后發(fā)展體現(xiàn)為以下4點(diǎn)： （1）以智能電網(wǎng)建設(shè)要求為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)電能量計(jì)量、防竊電、實(shí)時(shí)監(jiān)測、信息交互、自動控制的先進(jìn)性；實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境、不同實(shí)際安裝條件等因素的適用性；實(shí)現(xiàn)外觀、結(jié)構(gòu)及安裝尺寸

9、的統(tǒng)一性?！爸悄茈娋W(wǎng)”的建設(shè)必將淘汰所有的感應(yīng)式電能表及不具備雙向通信功能、結(jié)構(gòu)簡單的電子式電能表。取而代之的是能實(shí)現(xiàn)供電企業(yè)與用戶進(jìn)行雙向通信的智能電能表。（2）實(shí)現(xiàn)合理、經(jīng)濟(jì)、安全使用電能目的。作為“智能電網(wǎng)”的終端智能電能表，它依托“智能電網(wǎng)”所構(gòu)建的強(qiáng)大的數(shù)字化信息網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，通過電能信息顯示屏、互聯(lián)網(wǎng)以及各種通信網(wǎng)絡(luò)，向用戶實(shí)時(shí)提供內(nèi)容豐富的用電信息；同時(shí)，在信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的“智能電網(wǎng)”中，智能電能表又擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)終端采集器的任務(wù)，向“智能電網(wǎng)”源源不斷地提供內(nèi)容詳盡的計(jì)量數(shù)據(jù)。普通居民用戶，在家里就能通過電能信息顯示屏或互聯(lián)網(wǎng)等方式，及時(shí)獲知詳細(xì)的用電信息，甚至可以將家用電

10、器與智能電能表相連，形成智能家庭電器區(qū)域網(wǎng)，用戶通過智能電能計(jì)量系統(tǒng)指揮智能電能表，遠(yuǎn)程控制家中電器的使用。（3）有力地支持階梯電價(jià)結(jié)算作用。通過引導(dǎo)電力用戶特別是用電量多的用戶調(diào)整用電行為， 保障用電少的居民少負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)改善電價(jià)結(jié)構(gòu)并建立合理的電價(jià)機(jī)制的目的，促進(jìn)合理、節(jié)約用電。（4）規(guī)范電能表統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。智能電能表，作為一種將在全國范圍統(tǒng)一投入使用并全國聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的新型設(shè)備，有望解決目前全國各地區(qū)電能表功能、費(fèi)率、驗(yàn)收條件、外觀尺寸、顯示抄讀內(nèi)容、失壓斷流判斷標(biāo)準(zhǔn)、通信規(guī)模不統(tǒng)一的問題。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)后的智能電能表，將更加便于表計(jì)的生產(chǎn)和流通、安裝和抄讀、檢定和售后服務(wù)，還將方便電能表配套設(shè)備的制造和設(shè)計(jì)，能夠極大地促進(jìn)電能計(jì)量事業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。5.結(jié)論使用智能電能表，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶明白消費(fèi)、計(jì)劃用電，有效節(jié)能的目的。通過建立智能電能表系統(tǒng)，把微機(jī)、通訊和計(jì)量技術(shù)結(jié)合起來，集電能計(jì)量、數(shù)據(jù)采集和處理于一體，實(shí)現(xiàn)對電能表的遠(yuǎn)程控制，從根本上減輕人員的繁雜勞動，提高工作效率，減少部門與客戶的糾紛，適應(yīng)現(xiàn)代人們對繳費(fèi)的需求。構(gòu)建智能電網(wǎng)管理系統(tǒng)，結(jié)合通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立遠(yuǎn)程抄表和用電負(fù)荷控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力供需平衡、保證電網(wǎng)安全有序供電，具有廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1 江宇紅.單相費(fèi)控智能電能表的原理及應(yīng)用j.計(jì)量與測試技術(shù)，2011，