智能電表的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展方向

吳海芳，馮茗俊，顧承昱

（上海市電力公司 電力科學(xué)研究院，上海 200437）

0 引言

電能表產(chǎn)品從感應(yīng)式電能表，發(fā)展到電子式電能表；從單一計(jì)費(fèi)功能的電能表，發(fā)展到多費(fèi)率、多功能電能表；從依靠人工抄表到遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表；IC卡電能表、多客戶電能表、模塊化電能表也相繼研制成功并投入生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)使用。

近幾年來，隨著電子新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，電能表的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能也發(fā)生了巨大變化。隨著國(guó)家電力機(jī)構(gòu)改革，廠網(wǎng)分開，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，分布式功能的推進(jìn)，關(guān)口表的大量需求，促進(jìn)了多功能電能表技術(shù)的發(fā)展。電子式多功能電能表的全面使用，對(duì)客戶實(shí)行尖、峰、平、谷分時(shí)電價(jià)，供電公司在提高用電管理水平的同時(shí)，也提升了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 電能表計(jì)量技術(shù)的發(fā)展

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司實(shí)施智能電網(wǎng)戰(zhàn)略，變電站將向智能化方向發(fā)展，一次設(shè)備升級(jí)為智能電力設(shè)備，二次設(shè)備則成為整合后的智能控制單元，這是一次革命性的變革。因?yàn)椋悄茈娋W(wǎng)是當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，是下一代電網(wǎng)的發(fā)展方向。

智能電網(wǎng)要求電網(wǎng)能夠適應(yīng)多種能源類型發(fā)電方式的接入，能夠適應(yīng)大多客戶自主選擇用電的需要，能夠適應(yīng)電網(wǎng)與客戶間的雙向能量流、雙向信息流和雙向資金流的信息互動(dòng)。也就是說，電網(wǎng)運(yùn)行者和客戶能夠及時(shí)地進(jìn)行信息交換，使客戶真正成為電網(wǎng)的一個(gè)組成部分，為電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行作出貢獻(xiàn)。這種靈活、雙向的智能式互動(dòng)，對(duì)電能計(jì)量裝置提出了更高的技術(shù)要求，為此，需要加快對(duì)日前客戶側(cè)使用的電能表進(jìn)行一系列的技術(shù)升級(jí)或改造，使其過度到智能化。

2 智能電表的主要功能

20世紀(jì)90年代初期，電能表以機(jī)電一體為主，俗稱工業(yè)多費(fèi)率電能表；中期采用數(shù)字式電能表；中后期使用IC卡電能表、電力載波儀表等。21世紀(jì)初，國(guó)家試行并加大兩部制電價(jià)和分時(shí)計(jì)費(fèi)的應(yīng)用范圍，促進(jìn)了電子式多費(fèi)率電能表的發(fā)展及使用。

電子式多功能電能表具有分時(shí)計(jì)量正向有功功率、反向有功功率多費(fèi)率電能及總電能功能，以及四象限無功電能計(jì)量等功能，通過RS－485通信口在一定的通信規(guī)約下進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)本地或遠(yuǎn)方抄表以及參數(shù)設(shè)置。另外，還具有記錄最大電能需求量、凍結(jié)與存儲(chǔ)電能量、測(cè)量電壓和電流量、記錄失壓等功能。

智能電表是智能電網(wǎng)的核心設(shè)備之一，而智能電表的核心作用，是實(shí)現(xiàn)用電客戶與電力公司之間的信息交換。因此，客戶端必須安裝用電信息采集和電網(wǎng)信息處理的、雙向互動(dòng)的智能電表。

智能電表實(shí)行對(duì)電力需求側(cè)管理，利用電網(wǎng)實(shí)行的分時(shí)電價(jià)政策，對(duì)客戶的用電量實(shí)行削減高峰時(shí)段負(fù)荷，提高低谷時(shí)段負(fù)荷，在減少客戶用電成本的同時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的削峰填谷作出貢獻(xiàn)。

智能電表區(qū)別于傳統(tǒng)電能表，主要是具有雙向?qū)崟r(shí)通信功能和互動(dòng)性，為實(shí)施階梯電價(jià)提供了可能。比如：供電部門可以通過智能電表，向客戶發(fā)布實(shí)時(shí)電價(jià)信息，而用電客戶則可以據(jù)此合理用電；供電部門可以通過智能電表，向客戶定時(shí)、定期發(fā)布用電記錄，而用電客戶及時(shí)掌握用電信息，可以節(jié)約用電；反之，用電客戶也可以通過智能電表，向供電部門上傳近期的用電打算，協(xié)同供電部門制定用電方案，可以減少電網(wǎng)備用容量，提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然，用電客戶也可以通過智能電表遠(yuǎn)程購電。

智能電表除了具有用電控制功能和信息互動(dòng)功能外，還具有幫助客戶自動(dòng)實(shí)現(xiàn)智能用電控制的功能。比如：對(duì)智能家電進(jìn)行通信控制、根據(jù)不同電價(jià)的參數(shù)設(shè)定，自動(dòng)啟停家用電器；通過改變大功率用電設(shè)備的使用時(shí)間，達(dá)到節(jié)省電費(fèi)的目的。

3 社會(huì)效益和研制方向

1）社會(huì)效益 智能電表實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)企業(yè)與用電客戶間的信息交互、需求交互、和諧共贏。從客戶側(cè)來說，個(gè)性化、需求化、靈活的電能需求可以得到實(shí)現(xiàn)。智能電表讓客戶隨時(shí)了解自己的用電記錄、當(dāng)時(shí)的供電量和費(fèi)率信息，便于及時(shí)采取節(jié)電措施，參與節(jié)電和節(jié)能。

在智能電網(wǎng)實(shí)行階梯電價(jià)時(shí)，客戶可以根據(jù)自己的用電情況，改變用電需求。在供電量供不應(yīng)求時(shí)，客戶用電量超過合同規(guī)定時(shí)，可以實(shí)行更高電價(jià)計(jì)算電費(fèi)，使客戶減少對(duì)電量的需求；在供電量供過于求時(shí)，客戶用電量超過合同規(guī)定時(shí)，可以實(shí)行更優(yōu)惠電價(jià)計(jì)算電費(fèi)，鼓勵(lì)客戶增加用電量的需求，減少社會(huì)對(duì)電力投資的浪費(fèi)。

智能電表能夠提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為實(shí)施階梯電價(jià)提供了保證，推進(jìn)了儀器和儀表系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用，從機(jī)械表向模擬表向數(shù)字表轉(zhuǎn)向智能表。

2）研制新計(jì)量裝置的方向 智能電網(wǎng)通過運(yùn)用IT技術(shù)來平衡客戶對(duì)供電量的需求，是由智能電表實(shí)現(xiàn)客戶與供電公司間的雙向?qū)崟r(shí)通信和互動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。為此，開發(fā)對(duì)信息能進(jìn)行采集、測(cè)量、處理與控制的智能電表是當(dāng)前研制計(jì)量裝置的重點(diǎn)?？梢酝ㄟ^微型計(jì)算機(jī)技術(shù)來提高儀器儀表的性能，提升數(shù)據(jù)處理能力以及自動(dòng)化和智能化程度。儀器儀表不僅可以單項(xiàng)使用，而且可以通過標(biāo)準(zhǔn)接口和數(shù)據(jù)通道，與電子計(jì)算機(jī)結(jié)合起來，組成各種測(cè)試控制管理綜合系統(tǒng)，滿足更高的實(shí)時(shí)檢測(cè)信息要求。

其實(shí)，電測(cè)儀器智能化，主要是進(jìn)一步拓展電測(cè)儀器的軟件化和智能化技術(shù)。比如：總線式自動(dòng)測(cè)試技術(shù)、綜合自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)、新型元器件測(cè)量技術(shù)、在線測(cè)試技術(shù)、信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品測(cè)試技術(shù)、多媒體測(cè)量技術(shù)、用電監(jiān)控管理技術(shù)等。

為了進(jìn)一步提高電測(cè)儀器和儀表的性能，增強(qiáng)耐受各種苛刻使用環(huán)境的能力，提高可靠性和使用壽命，電測(cè)儀器和儀表將采用新材料及智能化集成元器件，甚至是機(jī)器人。例如：采用超聲波、微波、射線、紅外線、核磁共振、超導(dǎo)、激光等新技術(shù)；采用各種新型半導(dǎo)體敏感元件、大規(guī)模集成電路、集成光路、光導(dǎo)纖維等新一代元器件，實(shí)現(xiàn)電測(cè)儀器和儀表的小型化、獨(dú)立化、一體化，用以減輕重量、降低生產(chǎn)成本、便于使用與維修等。