基于智能電表的用電信息采集與能源管理研究

馬 林，朱田田，劉桐然

（1.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司文安縣供電分公司，河北 廊坊 065800；2.國(guó)網(wǎng)冀北廊坊供電公司，河北 廊坊 065800）

0 引 言

能源管理是電力企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。電網(wǎng)的安全與高效在建設(shè)智能電網(wǎng)方面發(fā)揮著重要作用。智能電表作為電網(wǎng)系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，可提高供電公司采集用戶用電數(shù)據(jù)的效率。受國(guó)家最新能源政策調(diào)整的影響，電力網(wǎng)絡(luò)與電力市場(chǎng)、用戶的協(xié)調(diào)和交換越來越密切。各類電力用戶對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的要求越來越高，用戶參與電能質(zhì)量管理成為主流，對(duì)電力企業(yè)提出了新要求。傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)代電力企業(yè)的發(fā)展要求并不相符，需要大力發(fā)展智能電網(wǎng)，提高電能產(chǎn)品質(zhì)量，為智能電網(wǎng)提供全新的發(fā)展空間。

1 智能電表的特性

1.1 智能網(wǎng)絡(luò)化

分析智能電表與常規(guī)電表的差異發(fā)現(xiàn)，智能電表的智能網(wǎng)絡(luò)化突出，通過區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)采集并分析不同場(chǎng)合的電力用戶用電數(shù)據(jù)，借助有線通信網(wǎng)絡(luò)或無線通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸用電數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)共享。供電公司的不同供電管理部門可以掌握和了解異地用電信息，充分發(fā)揮測(cè)量、運(yùn)算和分析等功能的實(shí)時(shí)性作用或非實(shí)時(shí)性作用，使調(diào)度運(yùn)行決策更加準(zhǔn)確[1]。在電纜用戶終端的智能電表中，全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communication，GSM）、通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service，GPRS）、碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）等無線公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化與整合，統(tǒng)一化集成安裝，并在網(wǎng)絡(luò)支持下順利地遠(yuǎn)程傳輸用戶用電數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息交互共享目標(biāo)，提高供電公司的供電服務(wù)水平，使電力用戶獲得優(yōu)質(zhì)的電能資源，提高智能電表的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

1.2 可靠性高

智能電表作為終端設(shè)備之一，與智能電網(wǎng)系統(tǒng)密不可分。它不僅可以實(shí)時(shí)采集終端電力用戶用電信息，而且可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)的集成，共享信息資源通信，在提升計(jì)量準(zhǔn)確性的同時(shí)積極構(gòu)建終端用電信息采集系統(tǒng)，助力整個(gè)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）系統(tǒng)和內(nèi)容管理系統(tǒng)（Content Management System，CMS）等，確保用電數(shù)據(jù)信息的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，為每一位電力用戶提供良好的供電服務(wù)。智能電表可靠性高，便于電力公司相關(guān)管理部門了解購(gòu)售電表和結(jié)算信息，控制電能運(yùn)營(yíng)成本，確保電能資源合理分配，為節(jié)能降耗目標(biāo)的達(dá)成奠定基礎(chǔ)。智能電表可以降低和控制用電數(shù)據(jù)信息的失誤率，順利進(jìn)行電費(fèi)結(jié)算等工作，形成公平公正的電能貿(mào)易結(jié)算環(huán)境，提高電力用戶的服務(wù)滿意度。

2 智能電表在用電信息采集中的具體應(yīng)用

2.1 為負(fù)荷預(yù)測(cè)提供依據(jù)

負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化的重要內(nèi)容之一。智能電表安裝完成后，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況和負(fù)荷預(yù)測(cè)某特定時(shí)刻用戶的用電量，提高電網(wǎng)的效率與安全性。電網(wǎng)是現(xiàn)代人生產(chǎn)、生活及學(xué)習(xí)的重要電力設(shè)施。應(yīng)用電力用戶終端智能電表，可以采集實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。電力企業(yè)通過GSM、GPRS、CDMA 等無線公網(wǎng)，結(jié)合專家知識(shí)系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，助力智能用電信息采集，防止電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)中出現(xiàn)不確定因素，為配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)提供依據(jù)，提高配電網(wǎng)調(diào)配與運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和合理性。在負(fù)荷預(yù)測(cè)的支持下，人們可以不斷優(yōu)化配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行方案，確保負(fù)荷控制計(jì)劃的科學(xué)性和合理性，提高電力用戶在配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中的參與度[2]。

2.2 為故障分析提供依據(jù)

通過智能電表可以有效對(duì)接電力公司的用電信息采集系統(tǒng)，滿足無縫銜接的內(nèi)在需求，順利開展供電信息采集工作，提升整體運(yùn)作效率。用電信息采集系統(tǒng)的識(shí)別和篩選環(huán)節(jié)至關(guān)重要。一方面，基于實(shí)際運(yùn)行角度，用電信息采集系統(tǒng)輸入標(biāo)準(zhǔn)值，可以篩選用電用戶類型，從而準(zhǔn)確分析和判斷故障信息[3]。另一方面，基于用電信息采集系統(tǒng)，有助于收集用戶的用電歷史數(shù)據(jù)，通過精準(zhǔn)化分析為用戶制定用電計(jì)劃提供幫助。構(gòu)建智能電表的用電信息采集系統(tǒng)，可以確保信息反饋的實(shí)時(shí)性與有效性，在用電高峰時(shí)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)，便于電力公司了解整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行情況。當(dāng)出現(xiàn)供電故障時(shí)，開啟用電信息采集系統(tǒng)的提示功能，促使電力公司立即調(diào)配維修人員，從而保證電網(wǎng)維修工作的時(shí)效性，降低電網(wǎng)故障影響。

2.3 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化線損管理

站在供電企業(yè)運(yùn)行角度看，線損管理存在較多薄弱點(diǎn)和空白點(diǎn)，如周期較長(zhǎng)、人為誤差等，難以保證線損消耗狀況分析的準(zhǔn)確性，無法充分反映線損的實(shí)際狀況。用電信息采集系統(tǒng)有助于計(jì)算線損消耗數(shù)據(jù)，加強(qiáng)抄表環(huán)節(jié)的自動(dòng)化應(yīng)用，有助于第一時(shí)間獲取用戶信息，從而有效控制線損數(shù)據(jù)。例如，可以分析線損時(shí)間的明顯變化，實(shí)現(xiàn)每月向每天的順利過渡，使線損數(shù)據(jù)符合時(shí)效性要求。通過對(duì)比分析線損理論與數(shù)據(jù)，能夠?yàn)椴檎揖€損原因提供依據(jù)，正確指導(dǎo)供電企業(yè)制定對(duì)策，防止跑電、冒電等情況的發(fā)生，從而強(qiáng)化線損管理水平[4]。

2.4 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表和信息雙向反饋

在記錄和收集電表數(shù)據(jù)的過程中，抄表的作用至關(guān)重要。借助自動(dòng)抄表，可以節(jié)約人力成本，提高效率。通過分析智能電表的作用，可以提升信息的雙向反饋水平?；谥悄茈姳淼挠秒娦畔⒉杉到y(tǒng)設(shè)計(jì)，可以采用GPRS 通信網(wǎng)過濾和篩選主站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。入戶時(shí)，應(yīng)用多型轉(zhuǎn)換器有助于開展數(shù)據(jù)集抄[5]。此外，對(duì)于智能電表用電信息采集系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的功能，讀取終端日凍結(jié)數(shù)據(jù)并檢測(cè)腳本，從而為數(shù)據(jù)的真實(shí)性與有效性提供有力支持。

3 基于智能電表的能源管理系統(tǒng)的主要功能設(shè)計(jì)

3.1 智能電表

借助智能電表，可以全面收集用戶家庭用電的數(shù)據(jù)。首先，智能電表有助于同時(shí)監(jiān)測(cè)用戶家庭電壓、電流及功率因數(shù)等，對(duì)比普通電表，可以提升相關(guān)用電參數(shù)的檢測(cè)水平，如插座和接線板等。其次，通過內(nèi)置大功率繼電器，可以給遠(yuǎn)程拉閘提供有效支持，分析其優(yōu)勢(shì)，憑借遠(yuǎn)程繳費(fèi)功能或預(yù)付費(fèi)管理功能，與智能電表的開斷要求保持一致[6]。再次，采用無線寬帶、電力線載波及無線公網(wǎng)等，可以為主站與智能電表間的數(shù)據(jù)交互提供便利，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。最后，在短距離無線技術(shù)和紅外通信技術(shù)等的支持下，智能電表可以連接智能終端，為其他通信技術(shù)的接入提供幫助。智能電表框架如圖1 所示。

圖1 智能電表框架

3.2 智能終端

智能終端可以緊密連接短距離無線通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)程智能終端及智能電表等，確保實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程交互?；谟脩艚嵌?，智能終端通過應(yīng)用不同的技術(shù)，可以不斷強(qiáng)化智能插座和遠(yuǎn)程智能終端等設(shè)備之間的聯(lián)系，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。智能終端結(jié)合智能電表和智能顯示終端后，有助于電網(wǎng)公司與用戶的交互。在數(shù)據(jù)交互過程中，家庭用電設(shè)備與遠(yuǎn)程移動(dòng)終端有著密切聯(lián)系?；谥悄芙K端，遠(yuǎn)程控制家庭用電設(shè)備朝著節(jié)能減排的方向不斷發(fā)展，逐步提升了用戶的生活質(zhì)量。對(duì)于用戶而言，在智能終端的作用下進(jìn)行電力能源交易與結(jié)算，降低難度的同時(shí)節(jié)約用戶時(shí)間，提高電力能源供應(yīng)的服務(wù)水平。智能終端在電網(wǎng)公司與用戶的交互方面具有重要作用，可以顯示并上報(bào)電力能源信息，為電網(wǎng)公司與用戶的雙向交流提供支持，有效監(jiān)控分布式能源，構(gòu)建家庭物聯(lián)網(wǎng)體系，凸顯智能終端和智能插座的重要地位，以實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制用電設(shè)備。

3.3 分布式能源接入

智能技術(shù)賦能下，電網(wǎng)接入的新能源系統(tǒng)層出不窮。新能源管理體系中，分布式能源接入與新能源系統(tǒng)的接入和使用有著密切聯(lián)系，并且在家庭用電中占據(jù)重要地位，常用于光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等。分布式能源接入有助于提升新能源發(fā)電利用效率，有效控制輸配電過程中產(chǎn)生的電力損耗，控制用戶使用能源的成本，不斷強(qiáng)化電網(wǎng)供電負(fù)荷壓力的控制效能，防止二氧化碳等環(huán)境污染物排放量過大，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)[7]?；趯?shí)際設(shè)計(jì)角度，光伏發(fā)電系統(tǒng)在新能源系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，通過家庭電力能源管理系統(tǒng)可以順利進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量數(shù)據(jù)收集工作。從用戶供電需求情況出發(fā)，需要保持電網(wǎng)供電與用戶電力需求的平衡，并協(xié)調(diào)統(tǒng)一供需關(guān)系，提升電力供應(yīng)效果。

4 結(jié) 論

電力系統(tǒng)中，電表作為終端設(shè)備深刻影響著用電信息的采集和計(jì)量，因此加強(qiáng)智能電表的應(yīng)用與用電信息采集管理至關(guān)重要。通過監(jiān)測(cè)用電量，確保電能資源分配合理，避免用電過載造成電力能源的消耗，有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。智能電表的用電信息采集與能源管理可以確保電力安全，為電力企業(yè)和用戶提供可靠的能源管理方案。