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(guó)家電網(wǎng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。如今，這種趨勢(shì)儼然成為國(guó)際電力生產(chǎn)工業(yè)對(duì)于未來(lái)發(fā)展摸索的共同選擇與挑戰(zhàn)，也是新世紀(jì)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(xiàn)是不可忽略的。鑒于此，文章針對(duì)智能電網(wǎng)與智能電表進(jìn)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(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）26-0050-02

1 智能電網(wǎng)系統(tǒng)

為滿足我國(guó)社會(huì)進(jìn)步與發(fā)展的需求，大眾無(wú)不希望以數(shù)字信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)連接資源開(kāi)發(fā)、儲(chǔ)送、轉(zhuǎn)化、輸配電、銷售、儲(chǔ)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(duì)能源轉(zhuǎn)化與供能的控制過(guò)程，主要包括精確供能、對(duì)應(yīng)供能、互助供能和互補(bǔ)供能集中方式。這樣一來(lái)，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(wèn)題控制到最低程度，保證能源開(kāi)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(jiǎn)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(cè)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(jì)型和高效性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，并能良好滿足與環(huán)境融合和實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)目標(biāo)，滿足新世紀(jì)社會(huì)用電用戶的電能容量、電能質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面的要求，同時(shí)提供多種不同形式的接入、啟閉和資產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2 智能電網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

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(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)電、輸配電和供電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

②將獲取數(shù)據(jù)利用網(wǎng)絡(luò)采集系統(tǒng)進(jìn)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(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程。

1.2.2 主要優(yōu)勢(shì)的智能電網(wǎng)系統(tǒng)

①自愈系統(tǒng)和自我適應(yīng)。

即時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，即時(shí)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(shí)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(zhǔn)確辨識(shí)人的主觀行為或自然發(fā)生的擾動(dòng)，并即時(shí)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(jì)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(duì)電力供應(yīng)的缺口進(jìn)行適當(dāng)均衡。應(yīng)廣大電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)需要，動(dòng)態(tài)的電價(jià)收費(fèi)制度也能確保整個(gè)電力供用系統(tǒng)的有序進(jìn)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(guò)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(lái)滿足電網(wǎng)建設(shè)與生產(chǎn)和社會(huì)、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(yùn)轉(zhuǎn)、供電銷售與市場(chǎng)無(wú)縫銜接，并利用市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和市場(chǎng)交易來(lái)加強(qiáng)市場(chǎng)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(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。

2 智能電表

智能電表作為整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的終端，其功能仍需涉及普通電表計(jì)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(chǔ)和即時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)化管控和多通道數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽С蛛p向計(jì)電、階梯式定價(jià)、分時(shí)段定價(jià)和峰谷式定價(jià)等多種可以滿足實(shí)際需要的方案，也作為主導(dǎo)分布式用電計(jì)量、雙向通道交互服務(wù)平臺(tái)、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(cè)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(jì)量、信息存儲(chǔ)及處理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制、信息交互等功能的電表。智能電表是通過(guò)對(duì)電壓和電流實(shí)時(shí)采樣，再由電表集成電路對(duì)采樣電壓和電流信號(hào)進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出，再通過(guò)單片機(jī)進(jìn)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(diǎn)

筆者認(rèn)為智能電表和一般計(jì)量電表的區(qū)別主要有以下幾點(diǎn)，見(jiàn)表1。

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

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(dòng)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(guò)程。智能電表的故障一般發(fā)生在內(nèi)部程序，與一般計(jì)量電表比較來(lái)看，智能電表所表現(xiàn)的功能更為強(qiáng)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(jì)量電表要更為頻繁。因此看來(lái)，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(shí)現(xiàn)自我診斷、故障隔離、系統(tǒng)重裝機(jī)啟動(dòng)的過(guò)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(guò)表計(jì)管理系統(tǒng)與客戶終端的往來(lái)通訊實(shí)現(xiàn)的，如光線傳送、載波傳送和無(wú)線電波傳送等，以上通訊方式均可實(shí)現(xiàn)表計(jì)系統(tǒng)和客戶終端二者之間的即時(shí)信息交互，且不會(huì)受到外部環(huán)境的影響。

③安全穩(wěn)定。不管是一般計(jì)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?yè)碛卸嗟腊踩到y(tǒng)防護(hù)裝置，在規(guī)避無(wú)意侵入和非法篡改等多個(gè)方面具有突出優(yōu)勢(shì)。

④增值服務(wù)。智能電表可對(duì)終端客戶進(jìn)行用電計(jì)量，除此以外，還能為廣大用電客戶提供一種面向未來(lái)的增值服務(wù)體驗(yàn)。比如說(shuō)，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(jìn)行上網(wǎng)。

⑤在線監(jiān)測(cè)。智能電網(wǎng)面向廣大用電客戶施行的是即時(shí)電價(jià)。輸電企業(yè)可以利用智能電表向每一位客戶及時(shí)發(fā)布用電價(jià)格信息，于在線狀態(tài)下即可監(jiān)測(cè)收取用電費(fèi)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(duì)智能電網(wǎng)內(nèi)每一位用電客戶終端進(jìn)行用電計(jì)量，即時(shí)監(jiān)控整個(gè)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(yùn)營(yíng)過(guò)程中可以準(zhǔn)確把握產(chǎn)品去向的重要工作。智能電網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)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(jìn)行實(shí)際監(jiān)測(cè)。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(shí)際上扮演者用電信息采集的作用，整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于此。智能電表能夠采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)涉及有功、無(wú)功正向和反向電能數(shù)據(jù)；電壓、電流、頻率和功率等負(fù)荷記錄；失壓、斷相、編程、校時(shí)、遠(yuǎn)程控制拉閘、開(kāi)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(cè)節(jié)點(diǎn)，獲取一些較為精確的負(fù)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(guò)負(fù)載或電能質(zhì)量不斷惡化的情況發(fā)生。與此同時(shí)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)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(cè)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(yùn)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(lái)即時(shí)監(jiān)測(cè)電能的質(zhì)量和供電狀況，便可以及時(shí)且準(zhǔn)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(lái)防范電能質(zhì)量故障。

3.3 用戶側(cè)的負(fù)荷分析建模及預(yù)測(cè)

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

其次，在完成各類負(fù)荷分析的基礎(chǔ)之上，融合外部氣象條件對(duì)各種客戶重點(diǎn)的歷史記錄進(jìn)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(fù)荷預(yù)判模型，從中短期來(lái)考慮用戶側(cè)的負(fù)荷情況。

最后，考慮社會(huì)因素、經(jīng)濟(jì)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(duì)用電終端用戶側(cè)的負(fù)荷預(yù)判。

3.4 搭建防偷電平臺(tái)

按照不同的低壓配電挽留過(guò)拓?fù)浣Y(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(tái)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(yán)謹(jǐn)隨時(shí)可能發(fā)生額設(shè)備故障和安全質(zhì)量隱患，利用即時(shí)傳送的用電計(jì)量參數(shù)和故障特征，有利于配電人員及時(shí)準(zhǔn)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(yàn)，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(biāo)。 （上接51頁(yè)）

4 智能電表的發(fā)展困境

智能電表在未來(lái)發(fā)展中的主要困境有如下幾個(gè)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(yuǎn)都是他們關(guān)系的焦點(diǎn)。因智能電表與當(dāng)前應(yīng)用的普通計(jì)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(jià)成本方面勢(shì)必要高。同時(shí)，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(huì)造成成本過(guò)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(wèn)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(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn)。我們可以想象，未來(lái)我國(guó)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(huì)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(wèn)題。

4.3 自動(dòng)化和智能化

智能電表有別于一般計(jì)量電表的地方在于智能化和自動(dòng)化，它可以通過(guò)預(yù)先輸入編程，設(shè)備即可在既定程序下合理運(yùn)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(shí)并沒(méi)有實(shí)際意義上的“自我思考、自我動(dòng)手”的能力。倘若智能電表遇到前所未遇的故障，它就無(wú)法實(shí)現(xiàn)自偵自愈。那么，如何真正實(shí)現(xiàn)智能電表具有自我思考的功能是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)困境，也是未來(lái)繼續(xù)發(fā)展智能電表的重心。

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