智能电表在智能电网中的应用发展研究

陈婷婷

摘 要：国家电网建设实现智能化、自动化的趋势越来越明显。如今，这种趋势俨然成为国际电力生产工业对于未来发展摸索的共同选择与挑战，也是新世纪电力发展的重要指向，而智能电表在智能电网建设方面的贡献是不可忽略的。鉴于此，文章针对智能电网与智能电表进行分析，论述智能电表在电网系统中的应用、发展以及困境。

关键词：智能电表；智能电网；数据处理

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0050-02

1 智能电网系统

为满足我国社会进步与发展的需求，大众无不希望以数字信息网络技术来连接资源开发、储送、转化、输配电、销售、储能以及其他相关服务与终端使用客户所涉及的电气化设备，并基于智能控制系统完成对能源转化与供能的控制过程，主要包括精确供能、对应供能、互助供能和互补供能集中方式。这样一来，能源使用的效率和供用安全性能得到大幅度提升，且将污染问题控制到最低程度，保证能源开发与投资效益的合理平衡关系。以上便是智能化电网建设的基本思想。

1.1 智能电网的定义

智能电网系统指的是电网系统的智能化，简称为“电网2.0”。电网2.0主要依附于传感技术、监测技术、控制理论和其他决策支持系统技术，在保障智能电网的安全性、可靠性、经济型和高效性方面具有显著优势，并能良好满足与环境融合和实现安全生产目标，满足新世纪社会用电用户的电能容量、电能质量两个方面的要求，同时提供多种不同形式的接入、启闭和资产运转。

1.2 智能电网系统的特点

1.2.1 智能电网系统的效用

智能电网系统主要包括三方面效用：

①通过传感器实时监控发电、输配电和供电设备的运转情况。

②将获取数据利用网络采集系统进行有效采集和优化整合。

③分析数据、挖掘数据，以便优化管理整个电网系统的运转过程。

1.2.2 主要优势的智能电网系统

①自愈系统和自我适应。

即时监控电网系统的运转情况，即时查找、诊断和治理安全故障及隐患；存在少量的人工干预，随时隔离安全故障并自我修复、自我适应，规避大面积停电的情况出现。

②安全稳定。

准确辨识人的主观行为或自然发生的扰动，并即时做出相应的反应，特别在受到自然灾害、外部损坏或黑客攻击状况下，首先保障的是人身安全、设备安全和电网系统的安全。

③良好的经济性。

智能电网系统在优化资源利用与配置、提升电气设备传送容量和利用效率方面较为突出。而在不同地区也能做到合理调配，可以对电力供应的缺口进行适当均衡。应广大电力市场的竞争需要，动态的电价收费制度也能确保整个电力供用系统的有序进行。

④良好的兼容性。

与大容电源的集中接入可以良好兼容，也能与发电过程中的分布式形式完美接入，且能以应用现有可再生资源来满足电网建设与生产和社会、自然之间和谐共同发展的基本要求。

⑤用户交互。

智能电网系统可与用电客户之间形成良好的交互关系，为广大用电客户提供高质量的电能。智能电网系统的运转、供电销售与市场无缝衔接，并利用市场竞争和市场交易来加强市场主体在电网安全管理方面的参与度，以此大幅度提升智能电网系统的运行安全性和稳定性。

2 智能电表

智能电表作为整个电网系统的终端，其功能仍需涉及普通电表计量，并配合智能电网和使用新型能源还具备如信息分析、存储和即时监控、自动化管控和多通道数据传输等功能，它支持双向计电、阶梯式定价、分时段定价和峰谷式定价等多种可以满足实际需要的方案，也作为主导分布式用电计量、双向通道交互服务平台、智能节电和智能区域供电的技术基础。

2.1 智能电表的构成及工作原理

智能电表是由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成，是具有电能量计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能的电表。智能电表是通过对电压和电流实时采样，再由电表集成电路对采样电压和电流信号进行处理，并转换成与电能成正比的脉冲输出，再通过单片机进行处理、控制，把脉冲显示为用电量并输出。

2.2 智能电表的特点

笔者认为智能电表和一般计量电表的区别主要有以下几点，见表1。

智能电表包含一般计量电表的基本功能，除此以外，它还具有如下几方面优势。

①自愈系统。与智能电网系统相同的，智能电表也拥有自愈功能，如电表发生故障，不存在人为干扰的前提下，电表可以自动激发故障应急装置，以此保证故障被快速隔离，且完成自我恢复过程。智能电表的故障一般发生在内部程序，与一般计量电表比较来看，智能电表所表现的功能更为强大，且构件较多，利用的通讯形式呈多样化，内部程序的集成化相当复杂，在发生故障率方面较一般计量电表要更为频繁。因此看来，智能电表必需拥有自己的一套自愈系统，若智能电表发生故障，该系统即可自行实现自我诊断、故障隔离、系统重装机启动的过程。

②客户交互。智能电表与用电客户之间的交互往往是通过表计管理系统与客户终端的往来通讯实现的，如光线传送、载波传送和无线电波传送等，以上通讯方式均可实现表计系统和客户终端二者之间的即时信息交互，且不会受到外部环境的影响。

③安全稳定。不管是一般计量电表，还是智能电表，安全稳定是必然要考虑的，智能电表拥有多道安全系统防护装置，在规避无意侵入和非法篡改等多个方面具有突出优势。

④增值服务。智能电表可对终端客户进行用电计量，除此以外，还能为广大用电客户提供一种面向未来的增值服务体验。比如说，终端客户利用电脑联接智能电表，也可以直接联入因特网络进行上网。

⑤在线监测。智能电网面向广大用电客户施行的是即时电价。输电企业可以利用智能电表向每一位客户及时发布用电价格信息，于在线状态下即可监测收取用电费用，且能够发现是否存在偷电情况。

3 智能电表在智能电网中的应用

利用智能电表对智能电网内每一位用电客户终端进行用电计量，即时监控整个智能电网系统是其最为突出的意义，也是供电企业在生产运营过程中可以准确把握产品去向的重要工作。智能电网系统通过连接每一处智能电表，形成网络，再由基于高压电表的区域电网进行实际监测。智能电网信息系统体系结构图，如图1所示。

据图1所知，智能电表实际上扮演者用电信息采集的作用，整个系统的基础数据来源于此。智能电表能够采集的基础数据涉及有功、无功正向和反向电能数据；电压、电流、频率和功率等负荷记录；失压、断相、编程、校时、远程控制拉闸、开表盖、电表清零等事件记录数据。

3.1 状态预估

当前，配电网侧的潮流分布信息一般不够精确，我们可以在用户侧增设一些监测节点，获取一些较为精确的负载记录和网损记录，以此规避电网内电气设备的过负载或电能质量不断恶化的情况发生。与此同时，将监测数据信息进行优化整合，可以良好校核未知状态下的预估结果和检测数据的精确性。

3.2 监控电能质量及供电稳定性

不管是智能电网运转需要还是用电客户终端需要，保证电能质量和供电的稳定性是关键。利用智能电表来即时监测电能的质量和供电状况，便可以及时且准确地接收或反馈用户终端的投诉情况，预先采取一定措施来防范电能质量故障。

3.3 用户侧的负荷分析建模及预测

首先，通过智能电表获取用户终端的用户侧基础信息，即可对各种用电情况进行相应的典型性分析和趋势分析。

其次，在完成各类负荷分析的基础之上，融合外部气象条件对各种客户重点的历史记录进行相应因素的分析和主成分分析。

再者，以上两条为基础，构建负荷预判模型，从中短期来考虑用户侧的负荷情况。

最后，考虑社会因素、经济因素和整治因素，构建相应的预判模型，采取组合法完成对用电终端用户侧的负荷预判。

3.4 搭建防偷电平台

按照不同的低压配电挽留过拓扑结构和智能电表采集基础数据的性质，即可模拟出防偷电平台系统的大体框架，有效规避偷电行为和恶意破坏电力设备行为的出现。严谨随时可能发生额设备故障和安全质量隐患，利用即时传送的用电计量参数和故障特征，有利于配电人员及时准确地预判或处置故障或隐患。

3.5 用户能量管理

利用智能电表采集的基础数据信息，可以构件用户终端的用电能量管理系统，为广大用电客户提供能力管理服务体验，满足室内环境监控（如温度控制、湿度控制盒照明控制等），最大程度地降低能源消耗量，保证能够实现节能减排的终极目标。 （上接51页）

4 智能电表的发展困境

智能电表在未来发展中的主要困境有如下几个方面。

4.1 成本控制

不管是电表加工厂还是用电客户终端，成本控制永远都是他们关系的焦点。因智能电表与当前应用的普通计量电表相较而言，它拥有更多依赖于高新技术手段的功能，在造价成本方面势必要高。同时，智能电表尚处于推广伊始，加工厂产量尚小，且优质产品率并不能得到很好的保障，这样也会造成成本过高。

4.2 安全稳定

智能电表的高效性、安全性和稳定性是我们应该自始至终需要考虑的问题之一。除此以外，智能电表的通讯形式呈多样化，不同的通讯形式和加密手段的选用也是当前面临的一个严峻考验。我们可以想象，未来我国智能电网建设在网络化方面必然要不断深入，智能电表也会全面普及，如何立足于日益复杂的网络环境是不容忽视的问题。

4.3 自动化和智能化

智能电表有别于一般计量电表的地方在于智能化和自动化，它可以通过预先输入编程，设备即可在既定程序下合理运转，而能够自己诊断和自己解决的故障往往都是人的一种预判和总结，该设备其实并没有实际意义上的“自我思考、自我动手”的能力。倘若智能电表遇到前所未遇的故障，它就无法实现自侦自愈。那么，如何真正实现智能电表具有自我思考的功能是未来发展的一个困境，也是未来继续发展智能电表的重心。

参考文献：

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[2] 李保玮.智能电表简介[J].新技术新产品，2010，（3）.

[3] 孙杰.智能电表在智能电网中的应用分析[J].中国新技术新产品，2010， （21）.