電網中智能電能表的功能及其應用初探

柳雪

摘 要：智能電能表是供配電系統的重要組成部分，在智能電網中，智能電能表的功能和對其應用的研究是關注度非常高的話題。詳細闡述了智能電能表的主要功能，并對智能電能表在電網系統中的使用現狀和應用前景作了簡要分析。

關鍵詞：智能電能表；電網系統；功能；應用

中圖分類號：TM933.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）13-0009-02

隨著我國智能電網建設工作的逐步開展，智能電能表也必將得到廣泛的應用。作為智能電網系統中的重要設備之一，智能電能表已經不再是一個單純的計費儀器，它肩負著收集電力數據信息、計量和傳送數據的任務?？v觀智能電能表的發展，未來的某一天，它必將成為一個系統化、智能化、多元化和模塊化的電網終端設備。

智能電能表是在電子式電能表的基礎上，不斷對其功能進行完善和升級而來的。它避免了從前基于機械原理的電能表需要進行人力抄表的弊端，減少了電網工作人員的工作量，大大提高了電能計量工作的準確度和工作效率。同時，智能電能表完成了對傳統的、功能比較單一的電子式電能表全面的技術性突破，實現了以網絡通信技術和微處理器應用為核心的智能化數據收集和傳輸模式。

1 智能電能表的工作原理

智能電能表運用的是有溫度補償功能的電路時鐘芯片?；趯祿踩缘目紤]，選用冗余設計，并且備份多重數據以保障其可靠性。在智能電能表運轉時，電能表內部的傳感器件將電流轉化為采樣信號，經過濾波處理后，信號被傳輸進計量芯片內。在計量芯片內，能量信號被轉換成脈沖信號輸送至CPU中統一進行脈沖的收集工作，完成電量的統計和對各項數據的計算、分析，并將計算結果存儲在數據庫里。與此同時，CPU還要進行安全認證、485抄表、紅外、LCD顯示和跳合閘等多項功能的處理。

2 智能電能表的主要功能

2.1 電能雙向計量功能

電能計量功能是智能電能表最基本的功能，智能電能表的電能計量功能主要包括兩個方面：①電量計量。智能電能表不僅有傳統的電能表所具有的正反向有功電能和分時計量功能，而且又新增了有功電能量和無功電能量的組合方式。②電量凍結。智能電能表不僅具備傳統的電能表所擁有的定時、瞬時和約定凍結功能，還有60 d的日凍結能力、254個半點和整點凍結能力。

2.2 信息存儲與實時交互

利用電能表內部的大容量存儲芯片，智能電能表能夠實時測量并儲存各種數據信息，例如電能量、有功功率、無功功率、電流和電壓等基本信息。智能電能表還可以存貯各個結算日的總電能和不同費率下的電能數據，以及用電需求量峰值所對應的時間等。此外，智能電能表還能夠實時監測失流、失壓、斷相、過載、不平衡、電壓和電流逆相序等意外事件，進而完成對電網信息的實時監測。

2.3 費控功能

智能電能表費控功能的實現可以通過本地和遠程兩種方法操作。在本地，可以利用CPU卡或射頻卡完成費控操作，有兩種費率時段可供選擇，可以利用預定時間的辦法在兩種費率時段之間自主切換，然后，利用智能電能表實現對電費的計算工作。遠程方法是利用載波等虛擬的媒介在遠程售電系統中完成的，電費的計算工作也是在遠程售電系統中實現的。

2.4 信息交換與自動控制

智能電能表的通信接口承擔著智能家居應用中數據和通信網關的作用。低壓電力載波PLC和GPRS是上行數據通信的主要方式，光電通信和雙絞線RS485是本地數據通信的主要方式，而在用戶內的網絡通信形式主要有ZigBee、M-Bus等。利用這些方式可以完成網絡內信息的交互功能。電網公司可以利用其管理系統監控客戶的用電數據，通過負荷管控、遠程抄表、遠程計費和竊電監測等實現對電網設備運行情況的評估，并為優化和維護系統的運行提供幫助。

2.5 安全認證

安全認證是智能電能表獨有的功能。在利用CPU卡或射頻卡對電能表實施參數更改和預存電費，或者在進行其他指令操作時，都需要經過嚴謹的ESAM安全認證過程，從而保證智能電能表內數據信息的安全性和可靠性。

3 智能電能表在電網中的應用探析

3.1 電力用戶側

在電網公司和在用電客戶之間，智能電能表能夠起到數據存儲和通信網關的作用。透過智能電能表內儲存的電量數據，用電客戶能夠有根據地編制和改善自己的用電計劃，達到節約電能、降低用電開支的目的。

通過ZigBee和M-Bus數據通信技術，智能電能表可以把儲存在水表和天然氣表內的用水和用電信息復制到主站數據庫中，與電網公司的數據管理系統連接起來，實現信息的實時交互。同時，在客戶戶內裝置一個相對應的智能顯示終端，幫助客戶通過終端設備一目了然地掌握自己的用電、用水和用天然氣情況。這樣，智能電能表不再是一個單純的電能數據存儲和傳輸設備，而成為了空調、電冰箱和熱水器等家庭設備的控制核心，客戶在戶外進行聯網收集就能夠方便、快捷地掌握家庭電器實用信息。與此同時，電網公司也能夠更加合理地進行電網內電力負荷的統籌調度工作。為了符合控制管理的需要，支持內部繼電器控制時，在遠程就可以對家庭主電路進行拉、合閘作業。

除此之外，隨著電動汽車的興起，電動汽車將會逐漸普及，在電動汽車的充電站上，智能電能表也發揮著相當重要的作用。眾所周知，電動汽車的充、放電可以分成直流輸入和交流輸入兩種模式，而智能電能表可以依照不同的充、放電模式準確實行電量計算，并且可以將智能電能表和充電站計費系統與遠程監控網連接起來，形成一個完整的通信系統。這樣不僅可以幫助客戶自主結算充電費用，也可以幫助電網公司對充電站的電能交易信息實時進行收集和分析。

3.2 輸配電環節

“特高壓全國聯網、交直流混合輸電”是目前我國電網的發展趨勢，這就要求大型電網運行的控制應當有更高的水準。此外，在各地智能電網的建設過程中，對各個變電站的數字化改造工作也已經提上了議事日程。智能電能表在關口計量點的應用可以對各種電能數據，比如母線電量不平衡率、線損等信息進行實時監測。通過變電站的數字化信息管理系統與智能電能表通信功能的完美融合，可以在第一時間將智能電能表存儲的信息輸送至電網控制中心，讓工作人員有根據地進行電網控制工作，從而提高電網運行的安全性能。利用智能電能表的信息交互作用能夠在一定程度上改善能源利用結構，有效減少在電網系統中的固定資產投資。

對那些利用可再生資源，比如風能、水能發電的發電廠，也可以利用智能電能表對其電能數據進行實時監測，進一步分析所使用能源的運行特點。這樣有助于所用資源的科學調配，從而提升資源的利用效率。

4 結束語

綜上所述，由于智能電能表具有收集電能數據信息，存儲、傳輸數據等多項功能，智能電能表在電網中的應用已經成為了社會發展的必然趨勢。通過對智能電能表工作原理和主要結構、功能的分析不難發現，智能電能表擁有很廣闊的發展前景。智能電能表在電網系統中的應用為電網公司實現節能提供了技術支持，并且其數據存儲和實時傳輸功能也為電網系統安全、平穩運行提供了參考。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕

Abstract： A smart meter is an important part of power supply and distribution system in the smart grid， smart meter research function and its application is very high degree of concern about the topic. Elaborated the main functions of the smart meter， and a brief analysis of smart meter status and prospects for use in the grid system.

Key words： smart meter； grid system； function； applications