智能電表在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用發(fā)展研究

陳婷婷

摘 要：國家電網(wǎng)建設(shè)實現(xiàn)智能化、自動化的趨勢越來越明顯。如今，這種趨勢儼然成為國際電力生產(chǎn)工業(yè)對于未來發(fā)展摸索的共同選擇與挑戰(zhàn)，也是新世紀電力發(fā)展的重要指向，而智能電表在智能電網(wǎng)建設(shè)方面的貢獻是不可忽略的。鑒于此，文章針對智能電網(wǎng)與智能電表進行分析，論述智能電表在電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用、發(fā)展以及困境。

關(guān)鍵詞：智能電表；智能電網(wǎng)；數(shù)據(jù)處理

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0050-02

1 智能電網(wǎng)系統(tǒng)

為滿足我國社會進步與發(fā)展的需求，大眾無不希望以數(shù)字信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來連接資源開發(fā)、儲送、轉(zhuǎn)化、輸配電、銷售、儲能以及其他相關(guān)服務(wù)與終端使用客戶所涉及的電氣化設(shè)備，并基于智能控制系統(tǒng)完成對能源轉(zhuǎn)化與供能的控制過程，主要包括精確供能、對應(yīng)供能、互助供能和互補供能集中方式。這樣一來，能源使用的效率和供用安全性能得到大幅度提升，且將污染問題控制到最低程度，保證能源開發(fā)與投資效益的合理平衡關(guān)系。以上便是智能化電網(wǎng)建設(shè)的基本思想。

1.1 智能電網(wǎng)的定義

智能電網(wǎng)系統(tǒng)指的是電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化，簡稱為“電網(wǎng)2.0”。電網(wǎng)2.0主要依附于傳感技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)、控制理論和其他決策支持系統(tǒng)技術(shù)，在保障智能電網(wǎng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟型和高效性方面具有顯著優(yōu)勢，并能良好滿足與環(huán)境融合和實現(xiàn)安全生產(chǎn)目標，滿足新世紀社會用電用戶的電能容量、電能質(zhì)量兩個方面的要求，同時提供多種不同形式的接入、啟閉和資產(chǎn)運轉(zhuǎn)。

1.2 智能電網(wǎng)系統(tǒng)的特點

1.2.1 智能電網(wǎng)系統(tǒng)的效用

智能電網(wǎng)系統(tǒng)主要包括三方面效用：

①通過傳感器實時監(jiān)控發(fā)電、輸配電和供電設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況。

②將獲取數(shù)據(jù)利用網(wǎng)絡(luò)采集系統(tǒng)進行有效采集和優(yōu)化整合。

③分析數(shù)據(jù)、挖掘數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化管理整個電網(wǎng)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)過程。

1.2.2 主要優(yōu)勢的智能電網(wǎng)系統(tǒng)

①自愈系統(tǒng)和自我適應(yīng)。

即時監(jiān)控電網(wǎng)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)情況，即時查找、診斷和治理安全故障及隱患；存在少量的人工干預(yù)，隨時隔離安全故障并自我修復(fù)、自我適應(yīng)，規(guī)避大面積停電的情況出現(xiàn)。

②安全穩(wěn)定。

準確辨識人的主觀行為或自然發(fā)生的擾動，并即時做出相應(yīng)的反應(yīng)，特別在受到自然災(zāi)害、外部損壞或黑客攻擊狀況下，首先保障的是人身安全、設(shè)備安全和電網(wǎng)系統(tǒng)的安全。

③良好的經(jīng)濟性。

智能電網(wǎng)系統(tǒng)在優(yōu)化資源利用與配置、提升電氣設(shè)備傳送容量和利用效率方面較為突出。而在不同地區(qū)也能做到合理調(diào)配，可以對電力供應(yīng)的缺口進行適當(dāng)均衡。應(yīng)廣大電力市場的競爭需要，動態(tài)的電價收費制度也能確保整個電力供用系統(tǒng)的有序進行。

④良好的兼容性。

與大容電源的集中接入可以良好兼容，也能與發(fā)電過程中的分布式形式完美接入，且能以應(yīng)用現(xiàn)有可再生資源來滿足電網(wǎng)建設(shè)與生產(chǎn)和社會、自然之間和諧共同發(fā)展的基本要求。

⑤用戶交互。

智能電網(wǎng)系統(tǒng)可與用電客戶之間形成良好的交互關(guān)系，為廣大用電客戶提供高質(zhì)量的電能。智能電網(wǎng)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)、供電銷售與市場無縫銜接，并利用市場競爭和市場交易來加強市場主體在電網(wǎng)安全管理方面的參與度，以此大幅度提升智能電網(wǎng)系統(tǒng)的運行安全性和穩(wěn)定性。

2 智能電表

智能電表作為整個電網(wǎng)系統(tǒng)的終端，其功能仍需涉及普通電表計量，并配合智能電網(wǎng)和使用新型能源還具備如信息分析、存儲和即時監(jiān)控、自動化管控和多通道數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽С蛛p向計電、階梯式定價、分時段定價和峰谷式定價等多種可以滿足實際需要的方案，也作為主導(dǎo)分布式用電計量、雙向通道交互服務(wù)平臺、智能節(jié)電和智能區(qū)域供電的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.1 智能電表的構(gòu)成及工作原理

智能電表是由測量單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元等組成，是具有電能量計量、信息存儲及處理、實時監(jiān)測、自動控制、信息交互等功能的電表。智能電表是通過對電壓和電流實時采樣，再由電表集成電路對采樣電壓和電流信號進行處理，并轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出，再通過單片機進行處理、控制，把脈沖顯示為用電量并輸出。

2.2 智能電表的特點

筆者認為智能電表和一般計量電表的區(qū)別主要有以下幾點，見表1。

智能電表包含一般計量電表的基本功能，除此以外，它還具有如下幾方面優(yōu)勢。

①自愈系統(tǒng)。與智能電網(wǎng)系統(tǒng)相同的，智能電表也擁有自愈功能，如電表發(fā)生故障，不存在人為干擾的前提下，電表可以自動激發(fā)故障應(yīng)急裝置，以此保證故障被快速隔離，且完成自我恢復(fù)過程。智能電表的故障一般發(fā)生在內(nèi)部程序，與一般計量電表比較來看，智能電表所表現(xiàn)的功能更為強大，且構(gòu)件較多，利用的通訊形式呈多樣化，內(nèi)部程序的集成化相當(dāng)復(fù)雜，在發(fā)生故障率方面較一般計量電表要更為頻繁。因此看來，智能電表必需擁有自己的一套自愈系統(tǒng)，若智能電表發(fā)生故障，該系統(tǒng)即可自行實現(xiàn)自我診斷、故障隔離、系統(tǒng)重裝機啟動的過程。

②客戶交互。智能電表與用電客戶之間的交互往往是通過表計管理系統(tǒng)與客戶終端的往來通訊實現(xiàn)的，如光線傳送、載波傳送和無線電波傳送等，以上通訊方式均可實現(xiàn)表計系統(tǒng)和客戶終端二者之間的即時信息交互，且不會受到外部環(huán)境的影響。

③安全穩(wěn)定。不管是一般計量電表，還是智能電表，安全穩(wěn)定是必然要考慮的，智能電表擁有多道安全系統(tǒng)防護裝置，在規(guī)避無意侵入和非法篡改等多個方面具有突出優(yōu)勢。

④增值服務(wù)。智能電表可對終端客戶進行用電計量，除此以外，還能為廣大用電客戶提供一種面向未來的增值服務(wù)體驗。比如說，終端客戶利用電腦聯(lián)接智能電表，也可以直接聯(lián)入因特網(wǎng)絡(luò)進行上網(wǎng)。

⑤在線監(jiān)測。智能電網(wǎng)面向廣大用電客戶施行的是即時電價。輸電企業(yè)可以利用智能電表向每一位客戶及時發(fā)布用電價格信息，于在線狀態(tài)下即可監(jiān)測收取用電費用，且能夠發(fā)現(xiàn)是否存在偷電情況。

3 智能電表在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

利用智能電表對智能電網(wǎng)內(nèi)每一位用電客戶終端進行用電計量，即時監(jiān)控整個智能電網(wǎng)系統(tǒng)是其最為突出的意義，也是供電企業(yè)在生產(chǎn)運營過程中可以準確把握產(chǎn)品去向的重要工作。智能電網(wǎng)系統(tǒng)通過連接每一處智能電表，形成網(wǎng)絡(luò)，再由基于高壓電表的區(qū)域電網(wǎng)進行實際監(jiān)測。智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

據(jù)圖1所知，智能電表實際上扮演者用電信息采集的作用，整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于此。智能電表能夠采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)涉及有功、無功正向和反向電能數(shù)據(jù)；電壓、電流、頻率和功率等負荷記錄；失壓、斷相、編程、校時、遠程控制拉閘、開表蓋、電表清零等事件記錄數(shù)據(jù)。

3.1 狀態(tài)預(yù)估

當(dāng)前，配電網(wǎng)側(cè)的潮流分布信息一般不夠精確，我們可以在用戶側(cè)增設(shè)一些監(jiān)測節(jié)點，獲取一些較為精確的負載記錄和網(wǎng)損記錄，以此規(guī)避電網(wǎng)內(nèi)電氣設(shè)備的過負載或電能質(zhì)量不斷惡化的情況發(fā)生。與此同時，將監(jiān)測數(shù)據(jù)信息進行優(yōu)化整合，可以良好校核未知狀態(tài)下的預(yù)估結(jié)果和檢測數(shù)據(jù)的精確性。

3.2 監(jiān)控電能質(zhì)量及供電穩(wěn)定性

不管是智能電網(wǎng)運轉(zhuǎn)需要還是用電客戶終端需要，保證電能質(zhì)量和供電的穩(wěn)定性是關(guān)鍵。利用智能電表來即時監(jiān)測電能的質(zhì)量和供電狀況，便可以及時且準確地接收或反饋用戶終端的投訴情況，預(yù)先采取一定措施來防范電能質(zhì)量故障。

3.3 用戶側(cè)的負荷分析建模及預(yù)測

首先，通過智能電表獲取用戶終端的用戶側(cè)基礎(chǔ)信息，即可對各種用電情況進行相應(yīng)的典型性分析和趨勢分析。

其次，在完成各類負荷分析的基礎(chǔ)之上，融合外部氣象條件對各種客戶重點的歷史記錄進行相應(yīng)因素的分析和主成分分析。

再者，以上兩條為基礎(chǔ)，構(gòu)建負荷預(yù)判模型，從中短期來考慮用戶側(cè)的負荷情況。

最后，考慮社會因素、經(jīng)濟因素和整治因素，構(gòu)建相應(yīng)的預(yù)判模型，采取組合法完成對用電終端用戶側(cè)的負荷預(yù)判。

3.4 搭建防偷電平臺

按照不同的低壓配電挽留過拓撲結(jié)構(gòu)和智能電表采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的性質(zhì)，即可模擬出防偷電平臺系統(tǒng)的大體框架，有效規(guī)避偷電行為和惡意破壞電力設(shè)備行為的出現(xiàn)。嚴謹隨時可能發(fā)生額設(shè)備故障和安全質(zhì)量隱患，利用即時傳送的用電計量參數(shù)和故障特征，有利于配電人員及時準確地預(yù)判或處置故障或隱患。

3.5 用戶能量管理

利用智能電表采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，可以構(gòu)件用戶終端的用電能量管理系統(tǒng)，為廣大用電客戶提供能力管理服務(wù)體驗，滿足室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控（如溫度控制、濕度控制盒照明控制等），最大程度地降低能源消耗量，保證能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的終極目標。 （上接51頁）

4 智能電表的發(fā)展困境

智能電表在未來發(fā)展中的主要困境有如下幾個方面。

4.1 成本控制

不管是電表加工廠還是用電客戶終端，成本控制永遠都是他們關(guān)系的焦點。因智能電表與當(dāng)前應(yīng)用的普通計量電表相較而言，它擁有更多依賴于高新技術(shù)手段的功能，在造價成本方面勢必要高。同時，智能電表尚處于推廣伊始，加工廠產(chǎn)量尚小，且優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品率并不能得到很好的保障，這樣也會造成成本過高。

4.2 安全穩(wěn)定

智能電表的高效性、安全性和穩(wěn)定性是我們應(yīng)該自始至終需要考慮的問題之一。除此以外，智能電表的通訊形式呈多樣化，不同的通訊形式和加密手段的選用也是當(dāng)前面臨的一個嚴峻考驗。我們可以想象，未來我國智能電網(wǎng)建設(shè)在網(wǎng)絡(luò)化方面必然要不斷深入，智能電表也會全面普及，如何立足于日益復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是不容忽視的問題。

4.3 自動化和智能化

智能電表有別于一般計量電表的地方在于智能化和自動化，它可以通過預(yù)先輸入編程，設(shè)備即可在既定程序下合理運轉(zhuǎn)，而能夠自己診斷和自己解決的故障往往都是人的一種預(yù)判和總結(jié)，該設(shè)備其實并沒有實際意義上的“自我思考、自我動手”的能力。倘若智能電表遇到前所未遇的故障，它就無法實現(xiàn)自偵自愈。那么，如何真正實現(xiàn)智能電表具有自我思考的功能是未來發(fā)展的一個困境，也是未來繼續(xù)發(fā)展智能電表的重心。

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