新一代智能电能表支撑泛在电力物联网技术研究

杨行 孔安新

中电装备山东电子有限公司 山东济南 250000

相比于传统智能电网，泛在电力物联网更注重通信网、互联网、传感网中不同设备的数据互联和信息共享，是结合“大、云、物、移”等新技术构建的信息物理网络，具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。

1 新一代智能电能表功能定位与设计

1.1 设计思路

新一代智能电能表的设计思路为模组化设计，基表为计量芯模块，承担法制计量相关工作，实现电量数据的采集与冻结；管理芯模块负责各项管理功能，包括显示、电费管理、蓝牙交互、开关控制等功能，并且管理、调度、转发各扩展模组的业务需求及数据；上行通信模块负责同新一代采集终端进行交互，可以支持HPLC或双模（HPLC+微功率无线）通信，不同通信方式的模块可互换，并且如需通过载波方式同下行智能设备通信时，该模块可扩展下行（载波通信）通信功能；扩展模块可与管理芯模块及计量芯模块进行数据交互，可定义为非载波方式的下行通信模块或满足泛在电力物联网各应用场景的功能模块[1]。

1.2 新一代智能电能表功能定位

新一代智能电能表创新式设计功能如下：

（1）多芯模组化设计。新一代智能电能表的核心是计量芯模块，保证基础计量性能稳定可靠，供法制计量数据的溯源。管理芯模块负责扩展模块的统筹协调，扩展模块同样采用模组化的设计理念，通过标准化的接口，实现模组之间的可替换，方便现场运维和后期维修。管理芯模块、通信芯模块和功能芯模块引入人工智能理念，达到准确、及时地计费的同时，应用不同的控制策略，引导客户精准、合理用电。新一代智能电能表可按照现场应用的不同需求针对扩展模块研究不同的功能模块实现其功能，支撑泛在电力物联网不断发展的业务需求[2]。

（2）分布式、大容量存储。新一代智能电能表具备大容量的数据存储功能，可以存储长达1年的每分钟带时标的电能量，供营销法制计量数据的溯源和其他业务部门的数据需要。

（3）模块化升级。作为法制计量器具，新一代智能电能表的计量芯在现场是不允许在线升级的，其他模组在线升级时采用模块化升级的概念，即一项功能的修改不影响其他功能的正常使用。升级流程采用跟踪升级的方式，现场如遇功能性的变动，国家电网有限公司可以将验证过的软件下载至在运电能表上，定时启动程序更新，为未来各类管理功能的更新奠定了技术基础。

（4）智能化显示。新一代智能电能将应用点阵式液晶实现显示功能，可以个性化定制显示字体的大小、显示的内容，能够方便地生成二维码供运维人员和用户扫描、查询信息，满足泛在电力物联网中人机交互的发展需求。

（5）制造工艺提升。为了进一步加强可靠性，在保证整表外形尺寸不变的前提下，新一代智能电能表内部采用无软线焊接的设计理念，同时计划取消电能表弱电辅助端子以提升整表耐压等级，为泛在电力物联网的基础设施建设提供质量保障[3]。

2 典型业务应用场景分析

2.1 典型场景

电动汽车有序充电开展电动汽车有序充电业务是支撑建设泛在电力物联网的重点工作之一。电动汽车有序充电业务的实施有利于引导用户低谷用电、高峰放电，提升电网设备利用率，满足居家多元化充电需求。新一代智能电能表在该应用场景中定位为客户侧能源路由器，计划在扩展模块中配置有序充电模块实现电动汽车有序充放电功能。用户通过手机APP扫码与客户侧能源路由器建立连接后，蓝牙及4G双通道同时发送充电申请，客户侧能源控制器（新一代采集终端）和主站作为双大脑，按照实时逻辑安排充电计划，并下发至客户侧能源路由器。能源路由器按照“先到先处理，后到忽略”的冲突处理机制执行充电计划。客户侧能源路由器通过CAN或RS485通信方式对充电桩的实际功率输出进行控制，达到有序充电的目的[4]。

2.2 场景

居民用电负荷特征智能分析及应用通过收集居民用电负荷数据，建立用户典型用电负荷特征库，并利用高频采集到的电参量数据，生成用电特性的暂态波形，并结合特征库开展居民用电负荷特征智能分析及应用，实现居民用户家庭电器应用的精确辨识，并通过手机APP推送精细化、多元化的全方位用能信息及衍生业务数据，可为用户提供精准精益的用能数据服务，指导居民用户科学合理用电提供技术支撑，促进居民用户与电网的友好互动。新一代智能电能表的扩展模块可配置为非介入式负荷识别模块，实现电参量数据的高频采集，支持居民用电负荷特征智能分析和应用。相较于传统入户式负荷监测分析方法，非介入式的居民用电负荷智能分析方法无需入户为家庭用电设备单独安装采集装置，不影响用户正常生活，又节约大量硬件安装、运维成本；同时全部数据的采集分析均在用采内网完成，具有数据源唯一、通信稳定的优势，充分保障了用户信息的安全性，为海量居民用电负荷数据的智能分析和应用推广创造有利条件，对深入挖掘营销数据价值、推动全社会智能数据共享和生活品质提升意义重大[5]。

3 结语

此文介绍了新一代智能电能表支撑泛在电力物联网建设的典型场景：电动汽车有序充电、居民用电负荷特征智能分析及应用以及“多表合一”信息采集业务等典型业务。最后结合泛在电力物联网的具体要求和新一代智能电能表技术发展，提出了下一步工作安排及未来支撑泛在物联网、提升用户体验、实现用户互动等发展方向。