智能电表在智能电网中的应用分析

江西萍乡供电公司 梁 军

1.智能电表在智能电网中的定位

荷兰能源服务网络协会从功能划分的角度确定了智能电表在智能电网中的定位。总体上，智能电表及AMI的建立是智能电网的基础。从功能的多少和智能化的程度将智能电网的建设以及智能计量系统的建设分为5个层次，从人工抄表、自动抄表、高级计量架构、智能电表、智能电网一步步推进。随着高级数据收集和需求响应能力的提高，智能计量系统能够与广大用户一起在用电高峰时段，实现削峰平谷，以提高电网的安全性和经济性。智能电网自动运行程度的提高、能源效率和节能降耗能力的提高、运行成本的控制都依赖于AMR和AMI的建设和完善。

2.智能电表的现状

目前，国内智能电度表从结构上大致可分为机电一体式和全电子式两大类。机电一体式，即在原机械式电度表上附加，一般而言是在不破坏现行计量表原有物理结构，不改变其国家计量标准的基础上加装传感装置变成在机械计度的同时亦有电脉冲输出的智能表，使电子记数与机械记数同步。这种设计方案采用原有感应式表的成熟技术，多用于老表改造。全电子式则从计量到数据处理都采用以集成电路为核心的电子器件，从而取消了电表上长期使用的机械部件，与机电一体化电度表相比具有电表体积减小，可靠性增加，耗电减少，生产工艺大大改善等优越性，最终会取代带有机械部件的计量表。

电度表作为电费收取的计量依据，涉及到一个抄表问题。从现行技术来看主要有IC卡式，远传抄表式。

2.1 IC 卡电表收费系统

IC卡表的整个收费系统包括主机，IC卡电表和IC卡三部分。IC卡电表收费系统，实现了用电收费电子化，其技术成熟可靠，电力部门可以不必再为收费问题而发愁。但是，从系统的角度来看，由于用户终端与系统主机并没有直接联系，只有在用户持卡交费时才能了解到用户情况，信息反馈滞后，用户终端仍然与整个网络脱节。从经济角度来看电力部门先收费后送电不符合经济政策，可以说在一定程序上侵犯了用户的利益，所以现在有许多城市已经原则上不再审批新的IC卡表项目，从长远来看，IC卡收费系统只能作为一种过渡性产品。

2.2 远程自动抄表系统

远程自动抄表系统实现用电数据的自动抄收，可杜绝人工操作的一切弊端。用户的用电数据可直接进入用电营业的计算机管理系统，用电管理人员可随时监视用电情况，发现问题及时处理。线损情况直接影响着供电部门的经济效益，采用远传抄表后可以几乎同时取得总表读数和分表总读数，随时掌握线损情况，并较容易地分析线损原因以便加以处理。随着形势的发展，居民在银行开设个人账户，营业计算机管理系统与银行联网，完成数据的自动抄收、处理、银行转账交费等全套操作，可真正实现用电管理的自动化。

3.智能电表的特点

3.1 功耗、精度

由于智能电表采用电子元件设计方式，因此一般每块表的功耗仅有0.6w～0.7w左右，对于多用户集中式的智能电表，其平均到每户的功率则更小，而一般每只感应式电表的功耗为1.7w左右。

就表的误差范围而言，2.0级电子式电能表在5%～400%标定电流范围内测量的误差为±2%，而且目前普遍应用的都是精确等级为1.0级，误差更小。感应式电表的误差范围则为+0.86%～-5.7%，而且由于机械磨损这种无法克服的缺陷，导致感应式电能表越走越慢，最终误差越来越大。国家电网曾对感应式电表进行抽查，结果发现50%以上的感应式电表在用了5年以后，其误差就超过了允许的范围。

3.2 过载、工频范围

智能电表的过载倍数一般能达到6～8倍，有较宽的量程。目前8～10倍率的表成正为越来越多用户的选择，有的甚至可以达到20倍率的宽量程。工作频率也较宽，在40HZ～1000HZ范围。而感应式电表的过载倍数一般仅为4倍，且工作频率范围仅为45～55HZ之间。

3.3 功能

智能电表由于采用了电子表技术，可以通过相关的通信协议与计算机进行联网，通过编程软件实现对硬件的控制管理。因此智能电表不仅有体积小的特点，还具有了远传控制、反窃电、预付费用电等功能，而且可以通过对控制软件中不同参数的修改，来满足对控制功能的不同要求，而这些功能对于传统的感应式电表来说都是很难或不可能实现的。

4.智能电表的功能应用

4.1 结算和帐务

通过智能电表能够实现准确、实时的费用结算信息处理，简化了过去帐务处理上的复杂流程。在电力市场环境下，调度人员能更及时、便捷地转换能源零售商，未来甚至能实现全自动切换。同时用户也能获得更加准确、及时的能耗信息和帐务信息。

4.2 电能质量和供电可靠性监控、非法用电检测

采用智能电表能实时监测电能质量和供电状况，从而及时、准确地响应用户投诉，并提前采取措施预防电能质量问题的发生。传统的电能质量分析方式在实时性和有效性上都存在差距。

智能电表能检测出表箱开启、接线的变动、表计软件的更新等事件，从而及时发现窃电现象。对于窃电高发区，通过将总表的数据和其下所有表计数据进行比对，也可以及时发现潜在的窃电行为。

4.3 用户能量管理与节能

通过智能电表提供的信息，可以在其上构建用户能量管理系统，从而为不同用户提供能量管理的服务，尽可能减少能源消耗。建模和预测智能电表采集的水、气、热能耗数据可以用来进行负荷分析和预测，可估算和预测出总的能耗和峰值需求，从而促进合理用电、优化电网规划和调度等。

4.4 预防维护和故障分析、负荷远程控制

智能电表的测量功能有助于实现配网元器件、电能表以及用户设备的预防维护，例如检测出电力电子设备故障、接地故障等导致的电压波形畸变、谐波、不平衡等现象，测量数据还能帮助电网和用户分析电网元件故障和网损等。

通过智能电表可实现负荷的整体联接和断开，也可以对部分用户进行控制，从而配合调度部门实现功率控制，同时用户也可以通过可控开关实现特定负荷的远程控制。

5.智能电表带来的收益、发展方向

5.1 能源用户、电力公司和社会环境方面的收益

智能电表能为用户提供更加准确及时的账务信息，利用准确的用电记录使用户更好地参与到电力市场中，并通过弹性的用电需求而获益，通过更好的电能质量和故障管理来增强人身和设备安全性等。

建立在智能电表基础之上的智能计量系统能够为计量、结算、用户服务、状态估计等商业应用提供简单、高效的解决方案。从配网的电能质量和故障监控以及负荷管理等方面都能获益。通过采用可控的分布式能源将为电力市场提供新的零售产品，增加了市场价格快速变化的灵活性，从而增强了电力市场的竞争性和功能应用的可靠性，减少了电力供应商的市场风险。

通过智能电表可以为水、汽、热等计量表计的通信提供电力供应，并共享远程通信信道从而降低通信成本，将各种能源形式的测量数据汇总后也有助于分析和提高整体的能源利用效率。

5.2 目前国内外常见的应用于集中抄表的几种电表形式

5.2.1 机电结合的电度表

一类机电结合的电度表，在原有的机械表的基础上，加装电子式计数装置和相应的控制、通讯电路，或加上IC卡读写接口以实现自动计量计费和控制，其基本结构是在原有机械电度表的转盘上打孔或涂上能吸收光线的材料，通过光电转换，将机械转盘的转动变换成电脉冲信号，再进行相应的计数处理。这类电度表由于其计量原理没有改动，其计量精度和特性与机械表完全一样，而成本相对较高，其优势在于能充分利用现已安装使用中的大量的机械电度表，且其计量原理为大众所熟悉而容易接受。另一类机电结合的电度表则是采用电子式计量电路在获得数字式脉冲信号后，通过微型电机驱动字码转轮得到电能计数值，这种结构是最简洁可行的电子式电度表的方案，遗憾的是其对计量电路的要求较高，为了保证电度表的计量精度和产品的一致性，就必须在生产过程中加强对元件的筛选和对半成品的调校，增加相应的人力物力的投入并要延长生产周期，从而使电度表的生产费用和成本有所增加。

5.2.2 全电子式电度表

全电子式电度表则是当今国内最先进的一类电度表，其采用先进的单片机技术和专门设计的电能测量集成电路，具有计量精度高、自身损耗低和可靠性高等特点，其中的一些型号还具有复式计费功能。此类电度表的用电量数据已经数字化，可以很方便地与各种数据收集传送电路配合组成自动计量计费的系统，是现行家用电度表的换代产品，该类产品的大量使用具有巨大的经济效益和社会效益。国内近几年流行以下几种抄表模式：总线制集中抄表、电力载波抄表

电表部分采用智能电表，各户智能电表信号线并接在一根总线上，总线连接到楼下转接器，各楼转接器与小区的集中器相连，由集中器集中供电。

电力载波集中抄表系统是直接利用现有低压输电线路进行数据传输的集中抄表系统，省去了铺线工程，优势明显。该系统集微电子技术、通讯技术和计算机技术于一体的高新产品，具有高可靠且安装简单等显著特点。但由于电力线是给用电设备传送电能的，而不是用来传送数据的，所以电力线对数据传输有许多限制，另外电力线上的高削减、高噪声，使电力线成为一个不理想的通信媒介，但由于现代通信技术的发展，使电力线载波通信成为可能，其中数据信号的信噪比决定传输距离的远近。

6.结语

当前，全国电力供需矛盾突出，加强电力需求管理，实现电力需求和综合电力资源管理，是电力供应发展的方向。现在我国城镇通讯络已比较完备，并已延伸到各个角落，构建智能电能管理系统，并结合通讯网络技术，建立电能远程抄表用电负荷控制系统，实现电力供需平衡，保证电网安全有着广阔的应用前景，也为实现电力需求与管理提供了一条新途径。