智能電網環境下的電力計量技術創新與應用研究

【關鍵詞】智能電網；電力計量技術；混合推理診斷；高精度計量標準；在線監測技術

引言

受全球能源轉型及數字浪潮驅動影響，傳統電網將朝著智能化、互動化的方向大步邁進，其中心功能也發生質變，成為智能電網。發展智能電網是應對能源危機、解決環境問題、提高能源利用效率的必然選擇，通過構建高速的雙向通訊網絡并深度融合傳感測量、控制決策等先進技術，打造以電力系統高速雙向通訊網絡為基礎支撐平臺，能促使電力系統達到安全、可靠、高效、清潔的目標。智能電網由發電、輸電、配電和用電等電力系統各環節集成，采用信息、控制和先進的傳感測量及自動控制技術，對其進行運行監控和管理。通過對電力生產和消耗的各個環節實施動態監視、控制、優化，智能電網可保證電力系統的安全穩定運行，減少電力損耗，促進可再生能源的接入和消納[1]。

一、電力計量技術的關鍵創新突破

（一）混合推理診斷模型

混合推理診斷模型是一種融合機理規則與人工智能技術的新型電力計量故障診斷方法，專為應對智能電網復雜運行環境下的多樣化故障識別需求而設計。該模型以多維度數據為基礎輸入，包括用戶檔案信息、實時電量采集數據以及負荷曲線等，通過對這些信息的整合分析，實現對電表運行狀態的全方位感知和深層次挖掘。在具體診斷過程中，模型采用雙軌并行的推理機制：一方面，基于電力系統運行的基本物理規律和長期積累的運維經驗，構建具有強可解釋性的機理規則體系，用于識別結構化、模式化的已知故障類型；另一方面，引入深度學習算法對海量歷史與實時運行數據進行特征提取與模式學習，自動發現潛在的異常行為和隱性故障信號，提升對未知或非典型故障的識別能力。兩者的有機結合不僅提升了診斷的準確率，還增強了系統的動態適應性和擴展能力，使其能夠有效應對電網規模擴大、設備種類增多及運行工況復雜化所帶來的挑戰。同時，該模型具備較高的自動化水平，減少了傳統人工干預的需求，大幅提高了故障診斷的效率和可靠性。通過規則與數據驅動的深度融合，混合推理診斷模型實現了從經驗依賴向智能決策的轉變，為現代電力計量系統提供了更加精準、高效、可持續的技術支撐，推動了電網故障診斷向智能化方向的深入發展[2]。

（二）高精度計量標準體系

為滿足智能電網對計量溯源的高要求，中國在基礎標準領域實現了一系列關鍵技術突破，顯著提升了計量精度與技術水平。在直流特高壓計量方面，提出了一種創新的直流電壓串聯加法溯源方法，成功研制出800 kV直流分壓比例標準裝置，有效解決了特高壓直流輸電系統中量值溯源的難題。該裝置具備高穩定性與重復性，能夠實現對直流電壓的高精度測量，支撐了特高壓輸電系統的運行監控與能量結算。特高壓直流輸電因其大容量、遠距離和低損耗等優勢，在現代智能電網中占據重要地位，而其發展受到高精度計量技術的制約。通過該標準裝置的應用，實現了對關鍵參數的精確控制和校準，保障了系統的準確計量和穩定運行。在復雜電能計量方面，針對日益復雜的電網環境，研制出無功電能計量標準裝置與三相諧波計量標準裝置，攻克了無功功率及多種諧波成分（包括間諧波與次諧波）的精準溯源問題。隨著電力電子設備與非線性負載的大規模接入，電網中的無功與諧波干擾加劇，嚴重影響電能質量。這些標準裝置的研發，提供了可靠的測量基準，完善了電能計量體系，為電能質量的精確評估與治理奠定了堅實的技術基礎。

（三）在線監測與大數據核算法

面對日益增長的海量計量設備所帶來的監管挑戰，在線監測技術實現了低成本且高效的突破，為新能源基礎設施的計量管理提供了全新路徑。在充電樁計量監測領域，國網湖北電力創新地提出基于能量守恒原理的大數據核算方法，依托現有電網采集系統，實現與充電運營企業數據的高效交互。該技術無需對現有充電樁硬件進行改造，即可完成對其計量性能的遠程評估，顯著降低了監測成本與實施難度。通過構建數據驅動的分析模型[3]，對充電樁運行過程中的能量輸入與輸出進行動態比對，識別潛在的計量偏差，提升了監管的精準性與實時性。該技術已被納入全國首個公用充電樁在線監測地方規范，標志著其在標準化應用方面邁出關鍵一步。

目前，該技術已在湖北省范圍內實現規模化應用，覆蓋超過25萬臺充電樁，為大規模充電設施的計量監管提供了可復制、可推廣的技術路徑。隨著新能源汽車行業的持續擴張，充電樁計量監管的廣度與深度將進一步提升，該技術為構建高效、可信的新型監管體系提供了堅實支撐。

在誤差實時診斷方面，國網山東省電力公司營銷服務中心（計量中心）研發了一種“上網關口電能計量裝置及其計量誤差判斷方法”[4]，結合現代測量與通信技術，實現計量誤差的遠程精準診斷。在線監測與大數據核算法的應用，從學術研究角度推動了電力計量監測技術的創新發展，為實現對海量計量設備的實時、精準監管提供了技術手段。

二、技術應用場景的多元化拓展

（一）用戶側互動與服務升級

智能計量技術深度改變了電網與用戶之間的交互方式，推動了用電服務向智能化、精細化方向發展。在北京蓮香園小區的試點應用中，基于電力線寬帶通信（速率達200 Mbit/s）構建的通信網絡，支撐起家庭智能交互終端的多維功能集成，實現了水、電、氣三表數據的一體化采集與實時上傳，顯著提升了數據獲取的效率與準確性，優化了用戶的繳費流程和用能管理體驗。在負荷管理方面，依托智能計量系統對空調、熱水器等可調節負荷進行動態控制，通過合理的用電調度使高峰時段的用電需求下降5%～10%，不僅提升了電網運行的穩定性，也為用戶實現用電成本的有效控制提供了技術手段。同時，在居住安全方面，系統集成了燃氣泄漏探測、緊急求助等安防聯動功能，相關報警信息可直接傳輸至物業管理平臺，實現快速響應與處置，進一步增強了居民生活的安全保障。該模式為未來智慧社區建設提供了基礎支撐，推動了用戶側服務由被動響應向主動管理的轉變。

（二）新能源接入與計量適配

高比例可再生能源的接入正在深刻改變電力系統的運行模式，對計量技術提出了全新的挑戰。太陽能、風能等新能源發電形式具有顯著的間歇性與波動性，導致電力流動方向和負荷特性更加復雜多變，傳統計量方式難以適應這種動態變化的需求。在此背景下，計量系統需要具備更高的實時性、精確性與適應能力，以確保能量數據的準確采集與結算，并為電網調度與運行提供可靠依據。致成電子在甘肅、寧夏等新能源資源密集區域開展技術攻關，創新性地融合光伏出力預測數據與實際計量信息，有效修正分布式電源因天氣、時段等因素造成的計量偏差，提升了整體計量的穩定性與可信度。智能電表與采集系統作為新能源“四可”（可并、可用、可控、可觀）能力的重要支撐，構建了新能源接入電網的基礎技術框架，保障了可再生能源的高效利用與有序管理。在新能源接入過程中，計量模型與算法的優化成為關鍵環節，通過對發電特性、電網運行邊界條件的深入建模與計算，實現了對新能源發電過程的精細化計量與全過程監控。這一系列技術進步不僅滿足了當前電網對新能源的管理需求，也為未來更大規模的清潔能源接入提供了堅實的技術保障，推動電力計量體系向更高水平的智能化、數字化方向演進。

（三）設備運維智能化

5G技術的深入應用為電力測量儀器的維護工作帶來了系統性優化，顯著提升了運維效率與智能化水平[5]。在青島實施的5G智慧電網建設項目中，形成了三項具有代表性的技術創新，推動了電網運維模式的深度變革。首先，在智能巡視方面，通過部署5G+4K超高清攝像頭于電力高塔之上，實現對設備運行狀態的全天候高清拍攝與實時傳輸，大幅減少傳統人工巡檢所耗費的大量人力物力資源，并提升故障識別的及時性與準確性。其次，在故障響應機制上，依托5G網絡的超低時延特性，構建毫秒級自我修復能力，將電網故障隔離與恢復的時間控制在極短時間內，有效縮短停電持續時間，增強供電系統的連續性與穩定性。最后，在網絡架構層面，采用全鏈路獨立組網模式，實現網絡服務的動態分割與定制化配置，為配電自動化提供具備高可靠性、低時延和強隔離性的通信保障。該項目建成我國規模最大的5G智能電網示范工程，全面實現了電網運維的智能化與遠程化能力。從技術融合的角度來看，這是首次在實際應用中將5G通信技術與電力計量運維體系深度融合，不僅拓展了電力設備智能運維的技術邊界，也為電力行業數字化轉型提供了新的理論支撐與實踐路徑，標志著電網運維管理邁入高精度、高效率、高自主化的新階段。

三、挑戰與未來發展路徑

（一）現存技術挑戰

雖然成果突出，但電力計量還存在不少難點問題，如表1所示。

一是標準體系碎片化嚴重，如充電樁在線監測還未形成國標，限于技術原因而沒有廣泛應用：因為各地、各企業的標準都不一樣，設備之間互通、互操作性差，增加了系統集成與運維的工作量。二是安全防護漏洞大，因互聯設備越來越多，攻擊面不斷擴大，要增強抵御網絡攻擊的能力。三是智能電網中的計量設備是通過網絡進行互聯互通的，因此智能電網中的計量設備會出現遭受網絡攻擊、數據泄露等問題，這就需要保證電力計量數據的安全和隱私，才能更好地保障人們的生產生活安全。四是多能源計量協同缺乏，在綜合能源服務場景下，電、熱、氣等多能源計量數據之間協同性不足，對用電側計量裝置準確度和靈活互動水平提出更高要求。

（二）未來發展趨勢

未來電力計量技術的發展將圍繞人工智能深度融合、邊緣計算賦能與數字孿生應用三大方向持續演進，推動整個行業向更高層次的智能化、實時化與精準化邁進。在人工智能深度融合方面，通過構建大規模電力計量專用模型，實現對設備運行狀態的全面感知與智能解析，具備自動識別上百種故障模式的能力，顯著提升故障診斷的效率與準確性。該類模型依托海量歷史數據與實時信息進行訓練優化，使診斷過程擺脫傳統依賴人工經驗的局限，邁向自主學習與持續進化的新階段。在邊緣計算賦能方面，輕量級、低功耗的智能診斷終端逐步普及，能夠在臺區層面完成本地化的人工智能推理任務，大幅減少對云端計算資源的依賴，降低通信帶寬壓力與響應延遲，從而提升系統整體的穩定性與實時性，在多地試點中已展現出良好的應用效果。在數字孿生應用方面，通過構建低壓配電網的高精度虛擬映射模型，實現對物理電網的全要素數字化表達，不僅能夠實時反映設備運行狀態，還可支持故障模擬推演與運維策略預演，為電網規劃、運行與維護提供全過程的數據支撐與決策依據。這一系列技術方向的協同發展，標志著電力計量正由傳統的數據采集工具轉變為集感知、分析、判斷與預測于一體的智能系統，為構建安全、高效、智能的新型電力基礎設施奠定堅實基礎。

結語

智能電網環境下的電力計量技術正經歷從單一計量工具向能源系統數字化基礎設施的深刻轉型。混合推理診斷、高精度計量標準與在線監測等關鍵技術的突破，有效支撐了用戶側互動、新能源接入及設備運維智能化等多元化場景應用。當前面臨的標準化、安全性及多能源協同等挑戰，需通過技術突破與制度協同予以解決。未來，人工智能深度融合、邊緣計算賦能與數字孿生應用將推動電力計量技術向更高層次的智能化、實時化與精準化發展，為新型電力系統構建與“雙碳”目標實現提供核心支撐。電力計量技術的持續創新將成為智能電網可靠運行與能源轉型的重要驅動力。

參考文獻：

[1] 鄭躍進.基于區塊鏈技術的電能計量系統的設計與實現[J].自動化應用，2024，65（07）：239241.

[2] 蔣劉潤.智能電網建設中的用電信息采集系統分析[J].電子技術，2023，52（12）：252253.

[3] 嚴紹奎，田瑞，張翔.智能電網環境下電能計量大數據智能多維分析[J].信息技術，2021（04）：9096.

[4] 國網山東省電力公司營銷服務中心（計量中心）.一種上網關口電能計量裝置及其計量誤差判斷方法：202411052332.4[P].20250124.

[5] 唐俊勝，周德山.5G時代智慧電網的應用研究[J].廣西通信技術，2021（02）：3336.