基于智能電網(wǎng)高級量測體系的智能電表研究

范杏元 何 昆 饒艷文

(廣州供電局有限公司，廣東廣州 510000）

基于智能電網(wǎng)高級量測體系的智能電表研究

范杏元 何 昆 饒艷文

(廣州供電局有限公司，廣東廣州 510000）

實(shí)施高級量測體系(Advanced Metering Infrastructure，AMI）是構(gòu)建智能電網(wǎng)的第一步，而智能電表則在AMI實(shí)施中占有至關(guān)重要的地位。現(xiàn)對AMI的概念和作用進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上介紹基于AMI的智能電表功能，最后對應(yīng)用智能電表的效益進(jìn)行探討，分析其對于電力企業(yè)運(yùn)維管理及提升客戶服務(wù)水平的作用。

智能電網(wǎng)；AMI；智能電表

0 引言

新時期，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電能已成為人們生活和工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一種能源，而且當(dāng)前對電能的消耗量也與日俱增，這對電網(wǎng)系統(tǒng)的自動化和智能化水平都提出了更高的要求。而目前電網(wǎng)系統(tǒng)在推動自動化和智能化的過程中還存在一些問題，例如供電公司和電力用戶終端之間的通信問題，這阻礙了電網(wǎng)的自動化和智能化建設(shè)，不利于智能電網(wǎng)的發(fā)展。

針對電網(wǎng)自動化和智能化發(fā)展過程中所存在的問題，國內(nèi)外普遍認(rèn)為采用AMI是解決這些問題的基礎(chǔ)，而智能電表則在AMI實(shí)施中占有至關(guān)重要的地位。加大對智能電表的研究和應(yīng)用必然有利于促進(jìn)AMI的實(shí)施，使我國的電網(wǎng)全面升級，提高電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和供電質(zhì)量，并使用戶能夠更加安全、經(jīng)濟(jì)、便捷地使用電能。

1 AMI的概念和作用

1.1 AMI的概念

AMI集成了用來計(jì)量、收集、存儲和分析電力用戶用電信息的一系列技術(shù)，它是一個復(fù)雜系統(tǒng)，目的是給電力用戶和電力企業(yè)之間建立智能連接通道。它為電力企業(yè)實(shí)施電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行管理和資產(chǎn)管理提供了依據(jù)，給電力用戶的用電質(zhì)量改善提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，賦予了用戶實(shí)現(xiàn)更多選擇的能力。通過將AMI引入當(dāng)前的電網(wǎng)系統(tǒng)和資產(chǎn)管理程序(例如電能自動化計(jì)量系統(tǒng)、電力通信系統(tǒng)、電網(wǎng)運(yùn)行管理系統(tǒng)及其業(yè)務(wù)子系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)化的軟件接口），AMI為電力企業(yè)、用戶及其負(fù)載、能源的生產(chǎn)及存儲提供了一種數(shù)據(jù)入庫的基礎(chǔ)設(shè)施，它是建設(shè)智能電網(wǎng)的基石。

1.2 AMI的作用

通常而言，AMI是構(gòu)建智能電網(wǎng)的第一步，主要涉及大量的智能表計(jì)和傳感器等設(shè)備，但近年來為了加強(qiáng)用戶需求側(cè)管理，AMI體系又延伸到了用戶的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)(Home Area Network，HAN）。當(dāng)前的AMI系統(tǒng)主要由智能電表、通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和HAN四部分組成。這些智能電表具有雙向通信功能，支持遠(yuǎn)程控制。此外，有的智能電表還可以作為HAN的網(wǎng)關(guān)，給用戶提供實(shí)時電價和用電信息查詢接口，從而使用戶可以根據(jù)他們的利益做出最明智的決定，并且它還能對用戶的室內(nèi)用電裝置實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制，達(dá)到需求側(cè)管理的目的。

2 基于AMI的智能電表功能

2.1 功能要求

要實(shí)施AMI和建設(shè)智能電網(wǎng)，首先要普及智能電表。智能電表帶有雙向通信功能，能夠支持用戶側(cè)的需求響應(yīng)管理，從而使用戶能夠改善自己的用電質(zhì)量，提高能源利用率。實(shí)施AMI時所需的智能電表應(yīng)具備以下功能:雙向通信、遠(yuǎn)程控制、雙向計(jì)量、階梯電價和分時電價計(jì)量、遠(yuǎn)程故障診斷和故障恢復(fù)信息處理、電能質(zhì)量監(jiān)測、違約用電行為監(jiān)控、遠(yuǎn)程開關(guān)、根據(jù)需求側(cè)響應(yīng)要求限制負(fù)荷等。其中，雙向通信功能是智能電表的核心功能，它是智能電表其他功能實(shí)現(xiàn)的前提和基礎(chǔ)。通過智能電表的雙向通信，AMI將電力企業(yè)和用戶緊密相連，它既為電力企業(yè)提供了當(dāng)前電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息，還使用戶能直接參與到實(shí)時電力市場中來，如果再輔以靈活的定價策略，就能極大地激勵用戶主動根據(jù)電力市場情況參與需求側(cè)響應(yīng)管理。

下文將從數(shù)據(jù)采集和信息發(fā)布兩個方面對智能電表的雙向通信功能進(jìn)行介紹。

2.2 數(shù)據(jù)采集模塊

基于AMI的智能電表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由電能表、數(shù)據(jù)采集器、集中器、系統(tǒng)主站以及將這些設(shè)備連接起來的數(shù)據(jù)傳輸通道組成，它是一個典型的集散控制系統(tǒng)，具有樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)采集器可通過RS485總線等方式直接讀取電能表測量到的數(shù)據(jù)，而智能表計(jì)則可以直接通過電力線載波等方式將采集的數(shù)據(jù)傳輸給電能表數(shù)據(jù)集中器；電能表數(shù)據(jù)集中器與數(shù)據(jù)采集器之間可采用電力線載波、電話線、無線通信網(wǎng)等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；系統(tǒng)主站與電能表數(shù)據(jù)集中器的通信可通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信信道(無線通信網(wǎng)、電話線、有線電視網(wǎng)、電力通信網(wǎng)或光纖同軸混合網(wǎng)等）實(shí)現(xiàn)。

2.3 信息發(fā)布模塊

基于AMI的智能電表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作流程為:電能表→采集器→集中器→服務(wù)器。為了實(shí)現(xiàn)雙向通信，信息發(fā)布系統(tǒng)的工作流程應(yīng)與上述流程相反。具體而言，可以給每個電能表計(jì)單獨(dú)配置一塊液晶屏，顯示從系統(tǒng)主站收到的信息，這樣做的好處是忽略了不同電能表產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和技術(shù)原理，既不會侵害電能表廠家的技術(shù)專利，又實(shí)現(xiàn)了信息發(fā)布的目的。

供電企業(yè)主站可以通過上文提到的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信信道將要發(fā)布的信息傳遞給信息接收器，而信息接收器則通過通信總線的方式將所要發(fā)布的信息傳輸給單片機(jī)。單片機(jī)接收到系統(tǒng)主站的信息后，就可以通過解碼和編程設(shè)計(jì)等過程在液晶屏上顯示信息。

3 應(yīng)用智能電表的效益

3.1 對于電力企業(yè)運(yùn)維管理

3.1.1 減少電網(wǎng)運(yùn)行成本

因?yàn)橛弥悄茈姳泶媪藗鹘y(tǒng)電表，從而實(shí)現(xiàn)了自動抄表，所以不僅提高了抄表效率，還節(jié)省了人工抄表成本。支持削峰填谷和節(jié)能的需求側(cè)響應(yīng)和分時計(jì)費(fèi)，減少對發(fā)、輸、配電環(huán)節(jié)的投資，降低網(wǎng)損，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效益和資產(chǎn)利用率。

3.1.2 提供故障分析依據(jù)

智能電表可記錄各個不同時段、不同費(fèi)率的正/反向有功和無功電量；可計(jì)量和顯示所接入電壓、電流、功率因數(shù)等基本運(yùn)行數(shù)據(jù)；可監(jiān)視逆相序、超功率限額的情況，同時記錄失壓、失流、電壓不合格等；當(dāng)預(yù)付費(fèi)余額低于限額時可予以報警等。這些功能可任意組合，因此，在保證和提高供電可靠性的基礎(chǔ)上，智能電表可實(shí)時監(jiān)測連接電網(wǎng)的各類負(fù)荷的用電情況，并對異常狀態(tài)進(jìn)行在線分析和自動控制，當(dāng)故障發(fā)生后可查詢異常用電記錄，為故障分析提供可靠的實(shí)時數(shù)據(jù)。

3.1.3 避免采用傳統(tǒng)方式竊電

對于傳統(tǒng)的機(jī)械式電能表和一般電子式電能表，部分用戶通過人為斷開零線，另外引接地線使電流分流的方式竊電。智能電表的火線、零線均安裝有電流互感器，能同時監(jiān)測火線和零線，只要電流經(jīng)過就自動按監(jiān)測出的最大電流正確計(jì)量電能，能有效阻止該種傳統(tǒng)竊電行為。

3.2 對于提高客戶服務(wù)水平

基于AMI的智能電表是連接用戶和電力企業(yè)的橋梁，它通過雙向通信網(wǎng)絡(luò)將電網(wǎng)設(shè)備、用戶、電力企業(yè)等各部分有效地連接成一個整體，鼓勵用戶直接參與電力市場。電力企業(yè)可通過智能電表實(shí)現(xiàn)用電信息發(fā)布，包括停電通知、科學(xué)用電建議、電力資訊動態(tài)、催費(fèi)信息通知、客戶欠費(fèi)信息、限電信息通知、拉第二路繼電器通知、限制用電容量通知；同時，可對智能電表固件非計(jì)量部分遠(yuǎn)程升級，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程修補(bǔ)軟件漏洞、更換通信協(xié)議、增加功能等，給用戶改善自身的用電質(zhì)量提供了手段，提高了企業(yè)的服務(wù)水平，并為智能電網(wǎng)及其未來高級應(yīng)用的開發(fā)建立了基礎(chǔ)設(shè)施體系。

4 結(jié)語

加強(qiáng)對基于AMI的智能電表的研究和應(yīng)用，不僅能降低電力系統(tǒng)運(yùn)行成本，提高電力企業(yè)的服務(wù)水平和經(jīng)濟(jì)效益，還對全面建設(shè)智能電網(wǎng)，促進(jìn)AMI的推廣和應(yīng)用具有重要意義。如何在新時期提高我國智能電表的技術(shù)水平和應(yīng)用效益，是我們每一位奮戰(zhàn)于電能計(jì)量工作崗位的技術(shù)人員都需要進(jìn)行不斷探索的課題。[參考文獻(xiàn)]

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2014-10-15

范杏元(1987—），女，湖南邵陽人，碩士研究生，研究方向:電力系統(tǒng)脆弱性分析及電能計(jì)量技術(shù)應(yīng)用。