智能電能表的應用研究

余蔚昆

摘? ?要：作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能電能表以其獨有的特殊身份，為用戶提供了用電數(shù)據(jù)的采集、計量和數(shù)據(jù)分析的功能，以達到節(jié)能減排、經(jīng)濟用電的最終目的。文章以智能電能表為研究對象，分析智能電能表的相關(guān)應用問題。

關(guān)鍵詞：智能電能表;智能電網(wǎng);用電數(shù)據(jù)

目前，隨著國內(nèi)電力資源的逐步相對稀缺，電力行業(yè)面臨著從未有過的機遇和挑戰(zhàn)，智能電網(wǎng)的出現(xiàn)從某種程度上緩解了這一嚴峻形勢，其中，智能電能表就是智能電網(wǎng)構(gòu)成的重要組成元素。文章從智能電能表的相關(guān)知識談起，分析和研究智能電能表應用的一些問題。

1? ? 智能電能表的應用現(xiàn)狀及研究意義

1.1? 智能電能表的相關(guān)概念

智能電能表是近年來在原有的電子式電能表的功能基礎(chǔ)上改進后，借助現(xiàn)代化的科技手段實現(xiàn)智能化計量的電能計量裝置。這種電能表實現(xiàn)了對電子式電表傳統(tǒng)功能的突破，它是一種智能化的設備，借助現(xiàn)代化的通信技術(shù)和微型處理器的處理技術(shù)，實現(xiàn)了自動計量、計算處理相關(guān)數(shù)據(jù)以及雙向通信等功能，實現(xiàn)了遠程供電斷電、雙向計量、階梯電價計費、電能質(zhì)量實時監(jiān)測、電量數(shù)據(jù)實時交互以及電量的數(shù)字抄讀功能。智能電能表的使用開啟了智能電網(wǎng)構(gòu)建的大門，其中，以智能電能表為基本組成部分的智能計量系統(tǒng)是目前智能電網(wǎng)最主要的系統(tǒng)組成部分，可以滿足提升能源利用效率、電力交易、電網(wǎng)調(diào)度、電力負荷管理以及分布式電源的接入。

1.2? 智能電能表的應用現(xiàn)狀

從國內(nèi)外智能電能表的應用情況來看，不同經(jīng)濟水平的國家，其電網(wǎng)建設的水平也不一樣，對智能電網(wǎng)建設的總體規(guī)劃和目標也不同。目前我國的智能電網(wǎng)主要以特高壓骨干輸電網(wǎng)為重心，具有完善傳統(tǒng)的輸電系統(tǒng)，為了實現(xiàn)全國各地范圍內(nèi)的合理電能配置，其中，智能電能表正好扮演著最佳的媒介角色，其良好的互動性充分顯示出智能電能表不可替代的作用。而在國外，比如歐洲各國，目前主要的發(fā)展重心是新能源和分布式電源的接入，主要目的在于提高智能電網(wǎng)的可靠性和電能的質(zhì)量穩(wěn)定性，從而為整個歐洲電力行業(yè)奠定良好的轉(zhuǎn)變基礎(chǔ)。而美國則不同于其他的國家，其智能電網(wǎng)的建設更為超前，目前，主要的重心是升級、更新國內(nèi)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)設施，以期借助現(xiàn)代化的信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)來構(gòu)建人工智能的電網(wǎng)智能系統(tǒng)[1]。

1.3? 智能電能表的研究意義

眾所周知，智能電能表作為智能電網(wǎng)系統(tǒng)中交互功能的實現(xiàn)設備，已經(jīng)成為全球智能電網(wǎng)必不可少的投資建設設備，為了對智能電能表計量進行準確性的測量，需要進行反復多次的試驗驗證，以保證智能電能表在接入智能電網(wǎng)后的準確計量效果。所以要對于影響到智能電能表的相關(guān)因素進行一一的分析驗證，特別是對普通家庭用戶的單相智能電能表的驗證測試，其涉及的用戶太過廣泛，因此，本文關(guān)于智能電能表影響因素的研究變得異常重要[2]。

2? ? 影響智能電能表的相關(guān)因素

2.1? 智能電能表的工作原理

智能電能表作為一種計量設備，硬件主要由以下幾個部分組成：電源采樣部分、計量芯片、微處理器部分以及其他用于輸出顯示和通信的部分。具體的工作原理主要是對交流電流和電壓的采樣測量后，送至電能的計量單元，由計量芯片進行相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，然后由數(shù)據(jù)處理單元將其轉(zhuǎn)換成相關(guān)的脈沖信號傳送給微處理器，最后，由微處理器根據(jù)各時段及階梯計費標準來實現(xiàn)分時累加，最后得到各用戶的用電總量和總價，并將結(jié)果保存到相關(guān)的存儲設備當中[3]，其工作原理如圖1所示。

圖1? 智能電能表的工作原理示意

2.2? 智能電能表的組成

一個完整的智能電能表主要由電源部分、微處理器部分、液晶顯示輸出部分、通信功能部分、采樣功能部分以及計量芯片等組成。其中，電源部分主要由交流電源和后備電源組成，其中交流電源的主要功能是完成高低電壓的轉(zhuǎn)換、智能電能表和智能電網(wǎng)的電氣隔離，而后備電源的功能主要是維持智能電能表的時鐘顯示和解決斷電發(fā)生瞬間的微處理器供電問題。微處理器部分主要由單片機完成，單片機作為一種集成電路芯片，集成了CPU、內(nèi)存以及內(nèi)外部的總線，另外，還有相關(guān)外部設備的接口也被集成到了單片機上，主要的功能是實現(xiàn)算術(shù)、邏輯方面的運算，各種信號接口的轉(zhuǎn)換，數(shù)字模擬信號的輸入和輸出，以及其他的相關(guān)的功能需求。液晶顯示部分則主要用來顯示智能電能表的相關(guān)信息，比如時間、電量的計量等。通信功能部分主要是通過紅外傳輸、無線接口以及RS-485，通用分組無線服務技術(shù)（General Packet Radio Service，GPRS）等通信方式來實現(xiàn)抄表數(shù)據(jù)的傳輸。采樣功能部分主要是對電源的電壓及電流進行采樣，主要的采樣途徑有直接采樣和互感器采樣兩種。計量芯片部分是智能電能表的核心部件，其集成度越來越高，體積也是越來越小，但是功能卻越來越強大[4]。

2.3? 影響智能電能表的因素

作為一種電氣設備的智能電能表，其電氣特性肯定會受到一些因素的影響和制約，特別是其可控性、靈敏度以及穩(wěn)定性，是備受大家關(guān)注的性能參數(shù)。為了更進一步地提高智能電能表的準確靈敏度，我們需要對所有影響電能表的參數(shù)進行分析和研究。下面就從幾個主要的性能指標入手，分析這些因素對電能表造成的影響[5]。

2.3.1? 電能表的升溫問題

電能表開始工作，便一直處于工作狀態(tài)，工作時所產(chǎn)生的溫度升高問題，對電能表的性能勢必會產(chǎn)生一定的影響，特別是內(nèi)部的發(fā)熱問題，在最大負荷的情況下，其連接線路和絕緣體部分的溫度不能高于影響電能表正常工作的溫度，否則電能表的準確性就會受到影響?？紤]到具體的影響細節(jié)，需要借助相關(guān)的試驗來進行測試，比如溫度達到多少度會引起電能表元器件參數(shù)的變化，溫度達到多少度會引起器件的損壞和器件的灼傷或燃燒。目前主要有兩種方法進行測試，一種是使用平面熱像儀進行測量，一種是使用接觸式溫度計進行測量，兩種方法各有利弊，對溫度都有各自的要求，其中，前者要求溫度不能超過25 ℃，而后者則需要恒定的溫度，目前是40 ℃。

2.3.2? 諧波的問題

從相關(guān)的文獻中了解到，電力系統(tǒng)中的諧波源主要有4種，其中一項是含有鐵磁的非線性諧波源，還有強非線性、沖擊性的負載諧波源以及移相整流負荷諧波源以及各類交流直流電子變換器等。具體的影響細節(jié)需要借助相應的諧波試驗才可以進行測試，測試主要針對疊加單一諧波功率、疊加多次諧波功率進行相關(guān)的試驗，其中，進行疊加單一諧波功率測試時可以通過設定一定的分組，比如將諧波功率含量固定，來改變諧波的次數(shù);或者固定諧波次數(shù)，來調(diào)整諧波功率的含量。對于疊加多次諧波功率的測試則可以分3組進行，不同的疊加諧波次數(shù)，功率也不一樣，對電能表的計量準確度影響也不一樣，但是疊加的次數(shù)越多，影響越大。

2.3.3? 電能表自身的功耗問題

作為電能表的生產(chǎn)大國，國內(nèi)的電能表生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)達到發(fā)達國家的先進水平，但是電能表自身的功耗問題，是無法徹底解決的問題，因為電能表自身作為一種儀表設備，也是消耗電量的，目前主要采用以下幾種測量功耗的方法測量電能表本身的功耗，其中傳統(tǒng)的測量能表功耗的方法是使用平均值轉(zhuǎn)換法，但是在實際的電力系統(tǒng)中，由于諧波源的大量存在，負荷電流的波形發(fā)生了變化，已經(jīng)不是正常的正弦波了，所以使用傳統(tǒng)的測試方法有可能會使結(jié)果失真，造成用戶用電量的計量誤差。因此，為了解決這個問題，一般都選用真有效值儀表來進行實時的電能表功耗測量。除此以外，還有電流的線路也會產(chǎn)生功耗，比如電流的輸入變換電路、電壓的輸入變換電路都會產(chǎn)生一定功耗，這些功耗也一定會影響到電能表的計量準確性。

3? ? 結(jié)語

從電能表在國內(nèi)的應用情況及重要性程度來看，已經(jīng)成當前智能電網(wǎng)必備的設備之一，其在應用過程中，不可避免地會出現(xiàn)一些計量方面的問題，文章就影響到電能表計量的幾個因素進行了簡單的分析，通過相關(guān)的試驗來進行更為詳細的測量。本文的研究內(nèi)容因為個人的水平有限以及其他一些問題，相關(guān)的試驗缺少試驗數(shù)據(jù)，從而導致不能準確地反映出各個影響因素對電能表的計量準確程度的影響，后續(xù)，如果有時間和研究機會，一定會進行更為深入的分析和研究，得出影響電能表計量準確性的詳細參數(shù)。

[參考文獻]

[1]林春郁.智能電能表計量準確性的影響因素及改進對策[J].技術(shù)與市場，2019（6）：151，153.

[2]朱自偉，馮興樂，徐錦濤，等.智能電能表可靠性研究與分析[J].自動化與儀器儀表，2019（4）：99-102.

[3]韓春玲.基于大數(shù)據(jù)的智能電能表關(guān)鍵組件技術(shù)的研究綜述[J].電氣應用，2019（4）：56-63，71.

[4]王華.智能電能表計量準確性的影響因素及改進對策[J].信息記錄材料，2019（4）：136-137.

[5]周艷華，雷夢真.智能電能表在計量管理中的應用分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（3）：213.

Research on application of smart watt-hour meter

Yu Weikun

（Xinxiang Vocational and Technical College， Xinxiang 453006， China）

Abstract：As an important part of smart grid， smart watt-hour meter， with its unique special identity， provides users with the collection，? ?measurement and data analysis of power consumption data， in order to achieve the ultimate goal of emission reduction， energy saving and economic electricity consumption. This paper takes smart watt-hour meter as the research object to analyze the related application problems of smart watt-hour meter.

Key words：smart watt-hour meter; smart grid; power consumption data