智能电能表的应用研究

余蔚昆

摘   要：作为智能电网的重要组成部分，智能电能表以其独有的特殊身份，为用户提供了用电数据的采集、计量和数据分析的功能，以达到节能减排、经济用电的最终目的。文章以智能电能表为研究对象，分析智能电能表的相关应用问题。

关键词：智能电能表;智能电网;用电数据

目前，随着国内电力资源的逐步相对稀缺，电力行业面临着从未有过的机遇和挑战，智能电网的出现从某种程度上缓解了这一严峻形势，其中，智能电能表就是智能电网构成的重要组成元素。文章从智能电能表的相关知识谈起，分析和研究智能电能表应用的一些问题。

1    智能电能表的应用现状及研究意义

1.1  智能电能表的相关概念

智能电能表是近年来在原有的电子式电能表的功能基础上改进后，借助现代化的科技手段实现智能化计量的电能计量装置。这种电能表实现了对电子式电表传统功能的突破，它是一种智能化的设备，借助现代化的通信技术和微型处理器的处理技术，实现了自动计量、计算处理相关数据以及双向通信等功能，实现了远程供电断电、双向计量、阶梯电价计费、电能质量实时监测、电量数据实时交互以及电量的数字抄读功能。智能电能表的使用开启了智能电网构建的大门，其中，以智能电能表为基本组成部分的智能计量系统是目前智能电网最主要的系统组成部分，可以满足提升能源利用效率、电力交易、电网调度、电力负荷管理以及分布式电源的接入。

1.2  智能电能表的应用现状

从国内外智能电能表的应用情况来看，不同经济水平的国家，其电网建设的水平也不一样，对智能电网建设的总体规划和目标也不同。目前我国的智能电网主要以特高压骨干输电网为重心，具有完善传统的输电系统，为了实现全国各地范围内的合理电能配置，其中，智能电能表正好扮演着最佳的媒介角色，其良好的互动性充分显示出智能电能表不可替代的作用。而在国外，比如欧洲各国，目前主要的发展重心是新能源和分布式电源的接入，主要目的在于提高智能电网的可靠性和电能的质量稳定性，从而为整个欧洲电力行业奠定良好的转变基础。而美国则不同于其他的国家，其智能电网的建设更为超前，目前，主要的重心是升级、更新国内智能电网的基础设施，以期借助现代化的信息技术和互联网通信技术来构建人工智能的电网智能系统[1]。

1.3  智能电能表的研究意义

众所周知，智能电能表作为智能电网系统中交互功能的实现设备，已经成为全球智能电网必不可少的投资建设设备，为了对智能电能表计量进行准确性的测量，需要进行反复多次的试验验证，以保证智能电能表在接入智能电网后的准确计量效果。所以要对于影响到智能电能表的相关因素进行一一的分析验证，特别是对普通家庭用户的单相智能电能表的验证测试，其涉及的用户太过广泛，因此，本文关于智能电能表影响因素的研究变得异常重要[2]。

2    影响智能电能表的相关因素

2.1  智能电能表的工作原理

智能电能表作为一种计量设备，硬件主要由以下几个部分组成：电源采样部分、计量芯片、微处理器部分以及其他用于输出显示和通信的部分。具体的工作原理主要是对交流电流和电压的采样测量后，送至电能的计量单元，由计量芯片进行相关数据的统计，然后由数据处理单元将其转换成相关的脉冲信号传送给微处理器，最后，由微处理器根据各时段及阶梯计费标准来实現分时累加，最后得到各用户的用电总量和总价，并将结果保存到相关的存储设备当中[3]，其工作原理如图1所示。

图1  智能电能表的工作原理示意

2.2  智能电能表的组成

一个完整的智能电能表主要由电源部分、微处理器部分、液晶显示输出部分、通信功能部分、采样功能部分以及计量芯片等组成。其中，电源部分主要由交流电源和后备电源组成，其中交流电源的主要功能是完成高低电压的转换、智能电能表和智能电网的电气隔离，而后备电源的功能主要是维持智能电能表的时钟显示和解决断电发生瞬间的微处理器供电问题。微处理器部分主要由单片机完成，单片机作为一种集成电路芯片，集成了CPU、内存以及内外部的总线，另外，还有相关外部设备的接口也被集成到了单片机上，主要的功能是实现算术、逻辑方面的运算，各种信号接口的转换，数字模拟信号的输入和输出，以及其他的相关的功能需求。液晶显示部分则主要用来显示智能电能表的相关信息，比如时间、电量的计量等。通信功能部分主要是通过红外传输、无线接口以及RS-485，通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service，GPRS）等通信方式来实现抄表数据的传输。采样功能部分主要是对电源的电压及电流进行采样，主要的采样途径有直接采样和互感器采样两种。计量芯片部分是智能电能表的核心部件，其集成度越来越高，体积也是越来越小，但是功能却越来越强大[4]。

2.3  影响智能电能表的因素

作为一种电气设备的智能电能表，其电气特性肯定会受到一些因素的影响和制约，特别是其可控性、灵敏度以及稳定性，是备受大家关注的性能参数。为了更进一步地提高智能电能表的准确灵敏度，我们需要对所有影响电能表的参数进行分析和研究。下面就从几个主要的性能指标入手，分析这些因素对电能表造成的影响[5]。

2.3.1  电能表的升温问题

电能表开始工作，便一直处于工作状态，工作时所产生的温度升高问题，对电能表的性能势必会产生一定的影响，特别是内部的发热问题，在最大负荷的情况下，其连接线路和绝缘体部分的温度不能高于影响电能表正常工作的温度，否则电能表的准确性就会受到影响。考虑到具体的影响细节，需要借助相关的试验来进行测试，比如温度达到多少度会引起电能表元器件参数的变化，温度达到多少度会引起器件的损坏和器件的灼伤或燃烧。目前主要有两种方法进行测试，一种是使用平面热像仪进行测量，一种是使用接触式温度计进行测量，两种方法各有利弊，对温度都有各自的要求，其中，前者要求温度不能超过25 ℃，而后者则需要恒定的温度，目前是40 ℃。

2.3.2  谐波的问题

从相关的文献中了解到，电力系统中的谐波源主要有4种，其中一项是含有铁磁的非线性谐波源，还有强非线性、冲击性的负载谐波源以及移相整流负荷谐波源以及各类交流直流电子变换器等。具体的影响细节需要借助相应的谐波试验才可以进行测试，测试主要针对叠加单一谐波功率、叠加多次谐波功率进行相关的试验，其中，进行叠加单一谐波功率测试时可以通过设定一定的分组，比如将谐波功率含量固定，来改变谐波的次数;或者固定谐波次数，来调整谐波功率的含量。对于叠加多次谐波功率的测试则可以分3组进行，不同的叠加谐波次数，功率也不一样，对电能表的计量准确度影响也不一样，但是叠加的次数越多，影响越大。

2.3.3  电能表自身的功耗问题

作为电能表的生产大国，国内的电能表生产技术已经达到发达国家的先进水平，但是电能表自身的功耗问题，是无法彻底解决的问题，因为电能表自身作为一种仪表设备，也是消耗电量的，目前主要采用以下几种测量功耗的方法测量电能表本身的功耗，其中传统的测量能表功耗的方法是使用平均值转换法，但是在实际的电力系统中，由于谐波源的大量存在，负荷电流的波形发生了变化，已经不是正常的正弦波了，所以使用传统的测试方法有可能会使结果失真，造成用户用电量的计量误差。因此，为了解决这个问题，一般都选用真有效值仪表来进行实时的电能表功耗测量。除此以外，还有电流的线路也会产生功耗，比如电流的输入变换电路、电压的输入变换电路都会产生一定功耗，这些功耗也一定会影响到电能表的计量准确性。

3    结语

从电能表在国内的应用情况及重要性程度来看，已经成当前智能电网必备的设备之一，其在应用过程中，不可避免地会出现一些计量方面的问题，文章就影响到电能表计量的几个因素进行了简单的分析，通过相关的试验来进行更为详细的测量。本文的研究内容因为个人的水平有限以及其他一些问题，相关的试验缺少试验数据，从而导致不能准确地反映出各个影响因素对电能表的计量准确程度的影响，后续，如果有时间和研究机会，一定会进行更为深入的分析和研究，得出影响电能表计量准确性的详细参数。

[参考文献]

[1]林春郁.智能电能表计量准确性的影响因素及改进对策[J].技术与市场，2019（6）：151，153.

[2]朱自伟，冯兴乐，徐锦涛，等.智能电能表可靠性研究与分析[J].自动化与仪器仪表，2019（4）：99-102.

[3]韩春玲.基于大数据的智能电能表關键组件技术的研究综述[J].电气应用，2019（4）：56-63，71.

[4]王华.智能电能表计量准确性的影响因素及改进对策[J].信息记录材料，2019（4）：136-137.

[5]周艳华，雷梦真.智能电能表在计量管理中的应用分析[J].山东工业技术，2019（3）：213.

Research on application of smart watt-hour meter

Yu Weikun

（Xinxiang Vocational and Technical College， Xinxiang 453006， China）

Abstract：As an important part of smart grid， smart watt-hour meter， with its unique special identity， provides users with the collection，   measurement and data analysis of power consumption data， in order to achieve the ultimate goal of emission reduction， energy saving and economic electricity consumption. This paper takes smart watt-hour meter as the research object to analyze the related application problems of smart watt-hour meter.

Key words：smart watt-hour meter; smart grid; power consumption data