淺談智能電能表在電能計量的應(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；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)的終端，智能電能表對于電網(wǎng)實現(xiàn)信息化、自動化、互動化具有重要支撐作用，是實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶實時交互響應(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、實時電價等用電信息，合理調(diào)整空調(diào)、冰箱等家用電器的工作時間。而電力企業(yè)可以及時地獲取用戶的用電信息，通過各項用電優(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)等家庭智能電器相連，實施科學(xué)合理的家庭用電計劃。與傳統(tǒng)的電能表相比較，智能電能表不再是一個終端產(chǎn)品，它是連接用戶和電力企業(yè)的一個中間環(huán)節(jié)，將用電信息以及配電信息及時告知給用配電雙方，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微處理器，微處理器將脈沖信號依據(jù)時段費(fèi)率進(jìn)行分時累加，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，它具備分時和復(fù)費(fèi)率計量功能。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量、測量和保存數(shù)據(jù)功能都一樣，都包含費(fèi)率計費(fèi)功能，但智能電腦表還具備了以下功能：

（1）具備階梯電價功能，支持智能需求管理

階梯電價全名為階梯式累進(jìn)電價[2]，是指把用電量設(shè)置為若干個階梯，隨著用電量的增加，電價逐級遞增，是針對階梯電量制定的單位電價。我國階梯電價政策形成歷時4年，2010年，中國發(fā)改委出臺《關(guān)于居民生活用電實行階梯電價的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》，2012年7月，階梯電價在全國全面試行。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結(jié)算：a.正向、反向有功電能計量功能。b.具有分時計量功能。c.至少存儲上 12 個月的總電能和各費(fèi)率電能量。d.具有2套階梯電價，可在設(shè)置的時間點啟用另一套階梯電價計費(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的需求。

（2）具備費(fèi)控功能

a.通過遠(yuǎn)程方式實現(xiàn)費(fèi)控功能

智能電能表的遠(yuǎn)程方式通過載波等虛擬介質(zhì)和遠(yuǎn)程售電系統(tǒng)實現(xiàn)。遠(yuǎn)程費(fèi)控

電能表，主要實現(xiàn)計量功能，計費(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，需通過嚴(yán)

格的密碼驗證，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中間環(huán)節(jié)，將用電信息以及配電信息及時告知給用配電雙方。普通型電能表只具備電能計量功能；多功能電能表只是實現(xiàn)了單向通信，即用戶的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)信息不能夠及時告知用戶；而智能電能表實現(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)容抄表，計量人員需要根據(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：

（1）以智能電網(wǎng)建設(shè)要求為導(dǎo)向，實現(xiàn)電能量計量、防竊電、實時監(jiān)測、

信息交互、自動控制的先進(jìn)性；實現(xiàn)不同環(huán)境、不同實際安裝條件等因素的適用性；實現(xiàn)外觀、結(jié)構(gòu)及安裝尺寸的統(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)，向用戶實時提供內(nèi)容豐富的用電信息；同時，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，及時獲知詳細(xì)的用電信息，甚至可以將家用電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)，實現(xiàn)改善電價結(jié)構(gòu)并建立合理的電價機(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，能夠極大地促進(jìn)電能計量事業(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)、通訊和計量技術(shù)結(jié)合起來，集電能計量、數(shù)據(jù)采集和處理于一體，實現(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].計量與測試技術(shù)，2011，38（5）：6-8.

[2] 李士林，王 艷.智能電能表對階梯電價的支持功能分析[J].河北電力技術(shù)，2011，30（1）：9-10.

[3] 朱中文，周韶園.智能電能表的概念、標(biāo)準(zhǔn)化和檢測方法初探[J].電測與儀表，2011（6）：48-52.

[4] 王黎軍，呂寧.多功能電能表與智能電能表的異同[J].科學(xué)之友，2011（1）：41-42.