淺談智能電能表在電能計量的應用

黃澤虹

摘 要： 本文介紹智能電能表的基本概念、構成及工作原理。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用前景。

關鍵詞： 智能電能表；基本概念；功能；階梯電價；應用前景

0.前言

近年來，隨著各種先進技術在電網中的廣泛應用，智能化已經成為電網發(fā)展的必然趨勢，中國在“十二五”規(guī)劃綱要中明確提出“推進智能電網建設，切實加強城鄉(xiāng)電網建設和該改造，增強電網優(yōu)化配置電力能力和供電可靠性”。智能電網（smart power grids），又稱為“電網2.0”。作為智能電網的終端，智能電能表對于電網實現(xiàn)信息化、自動化、互動化具有重要支撐作用，是實現(xiàn)電網與用戶實時交互響應、增強電網綜合服務能力、提高用電效率、促進節(jié)能減排的重要手段。

1.智能電能表基本概念

智能電網最終目的是實現(xiàn)智能化用電，用戶通過安裝在家中的設備了解耗電情況、實時電價等用電信息，合理調整空調、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)惠政策調節(jié)用戶的用電習慣，有利于電力系統(tǒng)更加平穩(wěn)、可靠地運行。在智能家庭的構建過程中，智能電能表一方面通過電力線、手機網絡等通信網絡傳送信息，在用戶和電力企業(yè)間建立了一條雙向網絡；另一方面智能電能表將和智能電視、智能洗衣機等家庭智能電器相連，實施科學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，達到資源利用效率的最大化。

2.智能電能表的構成及工作原理

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成，它的工作原理是被測交流電壓和電流經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行處理數(shù)字，轉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)時段費率進行分時累加，得到總電量和各費率電量，結果存到數(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，它具備分時和復費率計量功能。智能電能表是在第二代電能表的基礎上，為滿足電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設的需要開發(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，都包含費率計費功能，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電價[2]，是指把用電量設置為若干個階梯，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《關于居民生活用電實行階梯電價的指導意見（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率電能量。d.具有2套階梯電價，可在設置的時間點啟用另一套階梯電價計費，每套費率至少支持4種費率，能夠滿足多套階梯電價的需求。

（2）具備費控功能

a.通過遠程方式實現(xiàn)費控功能

智能電能表的遠程方式通過載波等虛擬介質和遠程售電系統(tǒng)實現(xiàn)。遠程費控

電能表，主要實現(xiàn)計量功能，計費功能主要由遠程的主站/售電系統(tǒng)完成，當用戶欠費時由遠程主站/售電系統(tǒng)發(fā)送拉閘命令，給用戶斷電，當用戶充值后，遠程主站/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.安全認證要求

通過虛擬介質對電能表進行參數(shù)設置或下發(fā)遠程控制命令操作時，需通過嚴

格的密碼驗證，以確保數(shù)據(jù)傳輸安全可靠。加密算法應采用國密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絡傳輸?shù)焦╇娖髽I(yè)，供電企業(yè)的有關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，而且具備付費模式可變、支持微型分布式發(fā)電、電能質量檢測以及系統(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大和復雜[3]。

（二）規(guī)格尺寸的區(qū)別

大部分廠家生產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)不同廠家的型號準備庫存。各個廠家的多功能電能表顯示代碼不一樣，顯示內容順序不一樣，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)定了外觀結構、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）以智能電網建設要求為導向，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、結構及安裝尺寸的統(tǒng)一性。“智能電網”的建設必將淘汰所有的感應式電能表及不具備雙向通信功能、結構簡單的電子式電能表。取而代之的是能實現(xiàn)供電企業(yè)與用戶進行雙向通信的智能電能表。

（2）實現(xiàn)合理、經濟、安全使用電能目的。作為“智能電網”的終端—智能

電能表，它依托“智能電網”所構建的強大的數(shù)字化信息網絡和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，通過電能信息顯示屏、互聯(lián)網以及各種通信網絡，向用戶實時提供內容豐富的用電信息；同時，在信息網絡架構的“智能電網”中，智能電能表又擔負著數(shù)據(jù)終端采集器的任務，向“智能電網”源源不斷地提供內容詳盡的計量數(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)網等方式，及時獲知詳細的用電信息，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，用戶通過智能電能計量系統(tǒng)指揮智能電能表，遠程控制家中電器的使用。

（3）有力地支持階梯電價結算作用。通過引導電力用戶特別是用電量多的用戶

調整用電行為， 保障用電少的居民少負擔，實現(xiàn)改善電價結構并建立合理的電價機制的目的，促進合理、節(jié)約用電。

（4）規(guī)范電能表統(tǒng)一標準。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)網運行的新型設備，有望解決目前全國各地區(qū)電能表功能、費率、驗收條件、外觀尺寸、顯示抄讀內容、失壓斷流判斷標準、通信規(guī)模不統(tǒng)一的問題。統(tǒng)一標準后的智能電能表，將更加便于表計的生產和流通、安裝和抄讀、檢定和售后服務，還將方便電能表配套設備的制造和設計，能夠極大地促進電能計量事業(yè)的發(fā)展和進步。

5.結論

使用智能電能表，能夠實現(xiàn)用戶明白消費、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、通訊和計量技術結合起來，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，適應現(xiàn)代人們對繳費的需求。構建智能電網管理系統(tǒng)，結合通訊網絡技術，建立遠程抄表和用電負荷控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電力供需平衡、保證電網安全有序供電，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1] 江宇紅.單相費控智能電能表的原理及應用[J].計量與測試技術，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，2011，30（1）：9-10.

[3] 朱中文，周韶園.智能電能表的概念、標準化和檢測方法初探[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].科學之友，2011（1）：41-42.