电能计量系统的发展及其对智能电网建设的启示

张艳　许丽

摘要：电能计量经过了机械电表时代、电子电表时代、数字电表时代等发展阶段。信息技术、计算机技术的介入，开启了电能计量系统的时代。目前，电能计量系统又朝着智能化方向发展。电能计量系统的智能化也给电能计量人员、计量仪器、计量数据管理提出了挑战。

关键词：电能计量系统；发展；建设；启示

1890年，弗拉里发明了感应式电能表。这是世界公认最早的电能计量装置，至今已有一百多年的历史。经过多个阶段的发展，电能表的测量精度、使用寿命、操作便利性、设备安全性都取得了长足的进步。在电力市场迅速发展的今天，如何保证电力计量的准确、公开、公平，是电力计量管理最核心的问题，也是提供优质电力服务首先要解决的问题。电能计量装置是电能计量信息的来源，是电力计量系统最核心的组成部分。回顾电能计量系统的发展对提高我国电力服务的质量，完善电力计量系统是至关重要的。

一、电能计量系统的发展史

（一）机械电能表时代

在电力市场发展的早期，电能计量并未以一个完备系统的形式出现。最早的电能计量只是简单通过机械式电能表来实现。弗拉里发明的感应式电能表是根据电磁感应原理设计的。这种电能表由两个线圈和一个带有刻度的活动圆盘组成。交变电流通过线圈时，会在圆盘上感应产生涡流。涡流预交变磁场相互作用产生电磁力，电磁力带动圆盘转动，从而产生扭矩。在这种扭矩的作用下，带有刻度的圆盘就记录下了电能量。

从设备生产的角度来看，机械电能表的生产成本低，制造技术简单。从消费者的角度来看，机械电能表成本低廉，机械耐用性高，抗磁场、耐高温，对使用环境要求较低。所以这类电能表在发明之后就因低廉的价格和成熟耐用的特点迅速普及。在上世纪六七十年代以前，我国使用的基本都是感应式电能表。

（二）电子式电能表时代

日本是世界上最早使用模拟电子技术改进电能表的国家。机械电能表虽然有廉价、耐用的特点，但其计量的精度会随着机械磨损、周围环境等的影响而不断下降。为了达到准确计量的目的，人们将电子电路引入到电能计量中，于是就出现了模拟电子电能表。

模拟电子电能表的制造成本比机械电表更高，制造技术更复杂。但随着上世纪八十年代电子元器件技术的飞速发展，电子式电能表的制造成本逐渐降低，制造技术也不断普及。从此以后，电能计量也从单一记录电量发展到记录电压、电流、功率等多种参数。

（三）数字式电能表时代

到上世纪九十年代前，电能表以提高计量准确度为主要发展方向。主要的方法是借助大规模集成电路技术、采用时分割乘法器方案。伴随着计算机技术的发展，数字采样技术被引入到电能表设计中。电能表的计量精度和计量内容都取得的更大的进步。数字式电能表的核心是电能计量芯片，常见的计量芯片有三种：模拟式计量芯片、数字式计量芯片、数模混合式计量芯片。从芯片技术和计量方案上看，数字式计量芯片的计量精度最高、稳定性也最高，模拟计量芯片的计量精度、稳定性均最差。但在实际应用过程中，根据适用场合，三种计量芯片的电能表都有一定的市场。

目前，我国最普及的电能表为数字式电能表，这种电能表具有计量精度高、计量稳定性好、可高倍过载、功能拓展性佳、环境适用性强等优势。随着数字式电能表的制造成本逐渐降低，这种电能表也在逐步替代机械式电能表成为市场上最主流的产品。

（四）电能计量系统时代

随着社会经济与社会的发展，电力行业的工作方式和人民生活方式产生了巨大的变化。这些变化为电力的输送、计量提出了更高的要求。尤其是电能输送的质量监控已经和数量计量一样重要。伴随着管理信息系统的发展，电能计量系统逐渐流行。

电能计量系统主要有电能表、互感器、通信网络、信息分析单元以及配套的管理系统组成。电能计量系统是以现代数字通讯技术、计算机技术、电能计量技术为支撑的新型电能计量方式。系统打破了单一的以电能表计量的方式，提高了电能计量的效率，为电能供应过程的监控提供了支持。

早期的电能计量系统主要实现电能数据的采集，之后系统功能逐渐丰富。例如最常见的两大功能：日常检查、反窃电。用电检查工作是供电企业日常用电管理的重要手段，包括反偷查漏、线损异常分析、专项用电检查、客户事故调查、错峰用电管理、重要用户保供电等。在部署电能计量系统之前，上述工作都需要到客户现场才能进行。现场工作对工作人员的数量、安全保障等要求都很高。需要用检人员在用电站、开关站、用户端之间往返，工作过程漫长，工作效率低。特别是在事故调查和线损异常等工作中，人工方式的准确性、时效性比计算机系统低。在采用了计量系统后，工作人员可以借助系统实施采集信息，了解电网运行状况。以线损分析为例，通过系统数据的支持，工作人员可以更准确定位，提高了用电检查的效率和质量。电能计量系统对制约窃电行为起到了一定的作用。用检人员可以利用系统的报警功能和计量点数据查询功能，排查用户违章使用、窃电等行为。

经过多年的发展，目前电能计量信息系统的主要功能有以下几个方面：1、实时传送电能使用数据，实现嗲能耐线损的快速统计。同时，结合系统的分析功能，还能实现准确的线损分析报告。2、根据系统提供的信息，对存在电能故障的客户组织人员进行检查，根据故障的形式追补电费。3、利用系统的统计分析功能，分析用电的高峰、平均用电量、平均故障率等用电行为，为客户事故调查、错峰用电、重要客户供电保障提供支持。

二、对智能电网建设的启示

电能计量系统经过了机械、电子、数字、系统等几个时代。早期电能计量系统的发展以电能表的发展为主要发展动力。可以说，电能表技术推动了电能计量的发展。但随着信息技术、计算机技术的介入，电能信息系统成为了电能计量技术发展的核心动力。

近年来，电能计量系统朝着电能计量的数字化、智能化、系统化、网络化发展。电能计量智能化的核心思想就是基于电子信息技术、网络通信技术和现代管理思想，构建起一套以数字信号传输、高度信息化、操控智能化为特点的智能化系统，实现从数据采集到数据分析存储，再到信息反馈的全过程数字化和自动化。发展智能电网需要从计量人员、计量仪器、计量方式等多个方面入手。

（一）注重电力计量人员的培训

随着电力计量手段的不断升级，电力计量工作逐渐从简单的体力劳动为主转向利用信息管理系统管理。电力计量系统越新，对电力计量人员的信息素养、业务素养要求就越高。电力计量人员的素质提升需要通过专业培训来实现。同时，业务培训过程中培养他们的安全意识也是对电力计量人员的保护。

（二）加强计量仪器的管理

计量仪器是电力计量系统的信息源，电力计量的准确性、时效性很大程度上取决于计量仪器的质量。电力企业应当不断规范相关仪器的质检、安装流程，以确保智能互感器、智能电表等能够正常运行。

（三）深度挖掘计量信息

传统的人力管理方式下，电能计量信息都以纸笔形式保存。数据的统计、汇总工作耗时耗力，数据利用率低。电能计量信息系统时代，通过规范化数据管理和数据分析，可以为供电服务提供参考，为提高供电质量提供支持。

（四）不断更新电能计量方式

社会经济不断发展，信息技术的不断更新，电能计量方式也要与时代和技术要求相适应。电能监测的方法主要有专项检测、定期巡查和在线监测。虽然在线监测逐渐成为电能计量的主流方式，但随着时代的变迁，供电企业必须不断更新和引进最新设备及应用才能推动电力行业的现代化。

【参考文献】

[1]舒卫中，罗明，胡仕卫，等.基于智能电网的电能计量发展研究[J].科技与创新.2015（17）：36-39.

[2]李飞.电能计量装置遥测系统的设计和实现[D].电子科技大学，2013.

[3]向斌.电能计量装置运行状态管理系统的设计与实现D].电子科技大学，2013.

[4]王志刚，蔡桂华.电能计量系统发展简史[J].电子世界.2012（17）：77-78.

[5]郑少棉.电能计量自动化系统在用电检查工作中的应用[J].广东科技.2012（05）：55-57.

[6]李静，杨以涵，于文斌，等.电能计量系统发展综述[J].电力系统保护与控制.2009（11）：130-134.

[7]李国庆.电能计量系统的管理现状及管理建议[J].机电信息.2009（30）：48-94.

[8]孙超.我国电能计量管理发展过程与现状[J].黑龙江科技信息.2008（02）：23.

[9]李来伟，李书全，孙晓莉.面向21世纪的电能计量装置--浅谈电能计量装置的发展与未来[J].电力设备.2004（4）：1-4.