智能电表在智能用电中的重要作用

赵羡龙，李晓林

（1.国家电网电力科学研究院，北京 102200；2.阜新供电公司，辽宁 阜新 123100）

智能电网（Intelligrid）一词是2001年美国首先提出的，2003年，其能源部（DOE）出台了“Grid 2030”计划，其中提到2010年在美国推广智能电表，到2030年，美国基本实现智能电网的目标…….［1］智能电网是对传统的电网和用电方式的一次革命.近年来在全世界普遍兴起研究热潮，我国更是十分重视和发展智能电网.智能电表（Smart Meter）是智能电网的重要基础装备，对保证电网实现信息化、自动化、互动化，以及电力用户实现用电智能化起着重要的支撑作用［2-4］.研究智能电表在智能用电中的重要作用，对智能电网的发展具有极其重要的意义.

1 智能用电及特点

1.1 智能电网和智能用电

智能电网即电网的智能化，其结构框图如图1所示［5］.它是采用集成的、高速双向通信网络、先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法及先进的决策支持系统技术［6-9］，将发电、蓄能、输电、配电、用电及电力用户的各种电气设备，通过数字化、信息化网络有机地连成一体，为社会充分、合理利用各种能源资源，节能减排，促进低碳经济发展，提供强有力的基础设施和技术支撑.

图1 智能电网结构示意图Fig.1 Diagram of the structure of intelligent power grid

智能电网包括智能发电、智能输电、智能变电、智能配电、智能用电和智能调度.其中智能用电是电力系统的发、供（包括输电、变电、配电）、用三大环节中非常重要的一个部分.其原因是电力生产、供应是在瞬间平衡和瞬间完成的，即如果没有用电，也就无从谈起发电和供电.

智能用电是在智能电网框架下，利用现代管理理念和高效、快速的量测、控制、通信和储能等技术手段，真正达到数据实时采集、市场快速响应、电能计量准确、收费方式多样、服务便捷高效的目标.

1.2 智能用电的特点

1.2.1 改变用电方式

改变用户简单地从电网购电的传统用电方式，在信息、供用电业务、电力使用等方面与客户完全达到实时互动地全方位供用电关系.

1.2.2 完善供用电信息

通过高级传感仪器将供电端到客户端的所有设备连接，形成完善的用电信息交互网络，并对其中信息加以整合分析，根据实际情况，实时沟通交换供用电及有关信息，调整用电方案和用电方式，保证用户用电的需求，使其供电更合理、更安全可靠.用电和信息交互网络示意图如图2［10］所示.

图2 用电和信息交互网络示意图Fig.2 Power and information interaction network diagram

1.2.3 提高服务质量

在提供基础供电服务的基础上，进一步提升供电公司的科技创新、营销管理和客户服务能力.通过智能互动服务平台，为客户提高多样化、个性化的增值服务，指导用户实现电力资源的最佳配置，达到降低客户用电成本、提高供电可靠性和用电效率.

1.2.4 管理更加科学

通过智能用电满足国家发展低碳经济、达到电网接纳绿色能源、促进用户侧分布式电源的接入、推动电动汽车的发展、实现用户参与需求侧管理的战略需求、带动智能城市、智能交通、智能社区、智能家居的发展.智能用电可使各类电力用户的用电在安全可靠的前提下，使用的更加科学、合理、经济、方便.

2 智能电表及特点

智能电表是智能用电不可缺少的一种重要的基础设备，它实现了对原有电子式电能表的全面突破，是一种更高级的新型全电子式电能表.它以智能芯片为核心，构建计算机、通信技术等多个系统的交流平台，具有电能计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能，支持双向计量、阶梯电价、分时电价、峰谷电价等实际需要，也是实现分布式电源计量、双向互动服务、智能家居、智能小区的技术基础.它还能对居民用电负荷情况自动示警，避免超负荷导致的短路及火灾等严重事故.另外，居民可以使用充值卡或网上充值两种方式缴纳电费，方便快捷.

3 智能电表的重要作用

3.1 提高负荷预测准确度

电力用户可随时将近期用电需求量、自发电量及分布电源的发电计划和数据通过智能电表上传给供电公司.供电企业则可根据智能电表所传送的电量、时间和不同用电类别导致峰谷不同的用电顺序等这些实时数据采集与量测作为负荷预测的依据，提高负荷预测的准确度，减少电网备用容量，为用户提供更多的电力资源.

3.2 优化首选新能源

利用智能电表实时数据采集与量测制定更为准确的负荷预测，可以指导对例如太阳能、风电等新能源的优化调度，协调控制配电系统与主电网中新能源系统，帮助电力用户优先使用新型能源.

3.3 提高分布式能源利用效率

针对目前分布式能源与配电网并网运行还存在的诸多问题，可通过智能电表对配电系统实时监控和调节，掌握并解决各类分布式电源的特性以及与电网并网运行的问题，优化分布式能源配置，提高电网运营的可靠性和能源利用效率.

3.4 提供故障分析依据

智能电表可计量和显示所接入电压、电流功率因数及最大需量等数值；各个不同时段，不同费率的正、反向有功、无功电量；可同时记录失压、失流、电压不合格的情况；监视逆相序，超功率限额的情况，当预付费剩余电费低于限额时予以报警等多种功能，而且这些功能还可任意组合.因此，在保证和提高供电可靠性上可对联结电网的各类负荷的用电情况进行实时监测，并对异常状态在线分析和自动控制，当故障发生后可查询异常用电记录，为故障分析提供可靠的实时数据.

3.5 提供智能化需求侧管理

通过智能电表采集电网的电压、电流及功率等实时运行数据，不间断地对用电设备状态、能耗状况等进行智能化监控分析，从而更加详细地掌握用户负荷情况，自动编制、优化和实施有序用电方案，并自动进行过程跟踪、监测和效果评估，真正达到需求侧管理的智能化，进而实现智能用电.

3.6 实现用户参与互动

智能电表内置通信模块，具有双向通信功能.通过双向通信网络和数据中心进行信息交流，实现供电企业由人工抄表向自动抄表转型，同时获取更多的用电数据，经过分析与处理，将实时电价信息、缴费信息和用电信息等通知给用户，优化客户服务并促使用户合理利用电能，参与负荷调节.

3.7 创建电网友好环境

由于智能电表采用了先进的数字信号处理（DSP）技术和实时高速电能算法，一方面在负荷波动大，谐波含量高的运行状态下仍能保证电能计量的准确，在谐波超过限制时，电子式电能表可产生谐波限制状态，并对谐波限制事件做记录；另一方面在同等条件下智能电表比之感应式电能表的误差偏负，而对电能表误差影响较大的谐波（尤其是三次、五次、七次谐波）却对误差偏负的智能电表影响较小，因而智能电表在有谐波的影响下，也能相对保证计量准确.

3.8 杜绝传统窃电行为

由于智能电表的火线、零线均安装有TA，能对火线和零线同时监测，阻止了人为断开零线，另外引接地线使电流分流的窃电行为.原因是智能电表只要电流经过就自动按监测出的最大电流正确计量电能，从而避免了传统的机械式电能表和一般电子表上所采用的断零线接地线的窃电行为的发生，如图3所示.

图3 断开单相表零线另外接引地线窃电接线图Fig.3 Wiring diagram of disconnecting zero line of single-phase meter and connecting another ground wire

3.9 推动电力营销现代化

智能电表使供电企业从电量采集、电量输入、电费结算到线损统计等一系列工作实现全面微机化管理.用户可方便地持购电卡购电.当表内用电量（金额）减到设定值时，智能电表自动通过汉字显示、报警等提示用户购电.智能电表可以分别计量峰、平、谷不同时段的用电量，引导用户选择用电时间，缓解用电紧张局势，使电力消费更趋合理.智能电表具有内置跳闸继电器和RS485接口，通过后台管理系统实现远程抄表和断电、送电控制.可记录10次失压、失流、断相发生和结束的时刻及相应的数据信息，为在发生用电纠纷时提供依据.具有冻结功能，可以冻结电量、存储特定时刻的电量数据.

3.10 支持智能家电控制和双向计量

智能电能表根据实时电价通过设定参数实现对家电的起停控制，削减用电高峰的负荷，提高用电低谷时的负荷，在不需要增加任何用户投资的情况下，通过改变大功率用电设备的使用时间，达到节约用电费用的目的，同时也对电网的削峰填谷做出贡献.同时，具有双向计量功能，对有自发电、储能和再生设备分布式电源的用户指导其合理安排发电和购电比例，使其电费最低.

［1］ 鲁宗相，蒋锦峰.解读美国“Grid2030”电网远景设想［J］.中国电力企业管理，2004（5）：37-41.（Lu Zongxiang，JIANG Jinfeng.Interpretation of the Prospective Assumption of the U.S.“Grid2030”Grid［J］.China electric power enterprise management，2004（5）：37-41.）

［2］ 王思彤，周晖，袁瑞铭，等.智能电表的概念及应用［J］.电网技术，2010，34（4）：17-23.（Wang Sitong，Zhou Hui，Yuan Ruiming，et al.Concept and Application of Smart Meter ［J］.Power System Technology，2010，34（4）：17-23.）

［3］ 静恩波.智能电网AMI中的智能电表系统设计［J］.电测与仪表，2010，47（7A）：36-39.（Jing Enbo.Smart Meter System Design in Smart Grid Advanced Metering Infrastructure AMI［J］.Electrical Measurement ＆ Instrumentation，2010，47 （7A）：36-39.）

［4］ 聂珣.对智能电网中智能电表技术的展望［J］.湖北电力，2010，34（3）：47-48.（Nie Xun. The Prospect of Intelligent Metering Technology in Intelligent Grid［J］.Hubei Electric Power，2010，34（3）：47-48.）

［5］ 宗建华，闫华光，史树冬，等.智能电能表［M］.北京：中国电力出版社，2011：7-30.（Zong Jianhua，Yan Huaguang，Shi Shudong，et al.Intelligent Electric Meter［M］.Beijing：China Electric Power Press，2011：7-30.）

［6］ 牛军蕊.智能电表在智能电网中的应用［J］.科技风，2010（6）：240.（Niu Junrui.Application of Intelligent Electric Meter in Intelligent Electric Grid ［J］.Technology Trend，2010（6）：240.）

［7］ 李妍.对智能电能表相关问题的探讨［J］.广东科技，2011（24）：171.（Li Yan.Related Problems of Intelligent Electric Grid［J］.Guangdong Science ＆ Technology，2011（24）：171.）

［8］ 曹敏，黄玫，王媛.智能电能表的发展与难点问题探讨［J］.陕西电力，2010（12）：88-90.（Cao Min， Huang Mei， Wang Yuan. Probe intoDevelopment and Difficult Problems of Smart Energy Meter［J］.Shaanxi Electric Power，2010（12）：88-90.）

［9］ 李宝树，陈万昆.智能电表在智能电网中的作用及应用前景［J］.电气时代，2010（9）：28-30.（Li Baoshu，Chen Wankun.The Role and Application Prospects of Intelligent Electric Meter in Intelligent Grid［J］.Electric Age，2010（9）：28-30.）

［10］ 张晶.智能电网200问［M］.北京：中国电力出版社，2012：3-6.（Zhang Jing.200Questions About Intelligent Grid［M］.Beijing：China Electric Power Press，2012：3-6.