浅析智能电能表在电网中的应用

浅析智能电能表在电网中的应用智能电网的一个显著特点是电网运行者和用户能够及时的进行信息交换，使用户真正成为电网的一个组成部分，保证电网的安全、经济、高效地运行。智能电表作为智能电网建设的重要基础装备，加快其发展对于电网实现信息化、自动化、互动化具有重要支撑作用。本文介绍了智能电表的发展及应用现状，分析了智能电网建设对智能电表的技术要求。一、智能电能表定义所谓智能电表，就是应用计算机技术，通讯技术等，形成以智能芯片（如CPU）为核心，具有电功率计量计时、记费、与上位机通讯、用电管理等功能的电度表。二、智能电表的构成和原理电子式智能电表，是在电子式电表的基础上，近年来开发面世的高科技产品，主要由电子元器件构成，其工作原理是先通过对用户供电电压和电流的实时采样，再通过电能表集成电路，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，最后通过单片机进行处理、控制，把脉冲显示为用电量并输出。三、智能电表的特点由于采用了电子集成电路的设计，再加上具有远传通信功能，可以与电脑联网并采用软件进行控制，因此智能电表不管在性能还是操作功能上都具有很大的优势。（1）功耗：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。（2）精度：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。（3）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。四、智能电能表的功能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、复费率、识别恶性负载、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。远程传送等功能特性，能根本解决传统人工抄表模式的低效率和不确定性，最大限度避免人为错误，提高电能供应的安全性和远程控制能力。抄表方式（1）总线制集中抄表：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。（2）电力载波抄表：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着特点，广泛适用于城市及农村的电表、气表抄收、计费和监控。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：（1）配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送；（2）不同信号耦合方式对电力载波信号损失不同；（3）电力线存在本身固有的脉冲干扰。另外电力线上的高削减、高噪声、高变形，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。电力线载波通信的关键就是选用一个功能强大的电力线载波专用Modem芯片。智能电网的发展已成为世界各国电力工业应对未来挑战的共同选择，是21世纪电力系统的发展方向.智能电网的一个显著特点是电网运行者和用户能够及时的进行信息交换，使用户真正成为电网的一个组成部分，为电网的安全、经济、高效地运行作出必要的贡献，这就需要对日前用户侧使用的电能表进行一系列的升级改造，使其具备智能化。智能电表作为智能电网建设的重要基础装备，加快其发展对于电网实现信息化、自动化、互动化具有重要支撑作用。本文介绍了智能电表的发展及应用现状，分析了智能电网建设对智能电表的技术要求。一、目前常用电能表的功能从20世纪90年代开始，电了式多功能电能表大面积推广，使用电管理水平有了很大提高，并通过对大用户实行尖、峰、平、谷分时电价，提高电网的经济效益。电了式多功能电能表主要有以下功能:1.电能计量和复费率功能:按照预先设定的分时时段，完成分时正向有功功率、反向有功功率各费率与总电能计量，正向无功功率、反向无功功率各费率与总电能计量，以及四象限无功电能计量等功能。2.最大电能需求量记录功能:对最大电能需求量及其发生时间进行记录，并目需求量周期与滑差时间可选。3.电能量冻结与存储功能:按照每月规定的时间或实时命令，对有关电量数据冻结并保存，冻结的数据包括括正向有功功率各费率及总电能、反向有功功率各费率及总电能、正向无功功率各费率及总电能、反向无功功率各费率及总电能等，并记录当时的冻结时间。4.负荷曲线记录功能:按照设定的时间间隔，对有关参量数据进行滚动数据记录，间隔时间用户设定。5.独立的RS485通信接日和红外通信接日功能:通过RS485通信日在一定的通信规约下进行通信，实现本地或远方抄表以及参数设置。6.电压和电流的测量功能:可以提供分相的电压、电流值。7.电能表数据显示功能:按照用户的要求进行设定轮换显示和按键显示的内容，在电能表自带的显示屏上显示相应的电量值。8.失压记录功能:按照用户设定的失压条件和失压判断方式，记录对应相及总的失压次数、失压累计时间、失压出现时间等。二、我国智能电表的发展过程及现状智能电表是在电子式电表的基础上发展而来。20世纪70年代，研究人员成功研制出利用模拟或数字电路实现电能计量功能的电子式电表，克服了传统的感应式机械电表人工抄表效率低、数据偏差大、防窃电功能差等弊病。在此基础上，通过不断扩展数字技术的应用，电子式电表具备了分时计费、预付费等功能。目前，智能电表的智能主要体现在抄表和付费便捷化，离真正意义的智能电表还有很长的路要走。用行内有些人士的话来说，目前国内的智能电表只称得上是电子电表，还算不上智能电表。智能电表最大的特点就是交互，就是用户和供电企业的信息交互。信息交互的关键是管理，管理更加便捷和人性化，人性化的管理要求芯片的信息处理能力更强。智能电表的发展必然走模块化、网络化及系统化的方向。三、智能电表的功能及特点1.支持浮动电价与传统电表相比，智能电表是可编程的电表，除了能够满足一定准确度的电能计量以外，能够测量和存储的数据更多，功能更加强大。如随时保存带有时标的电能数据，根据预先设置时间间隔进行测量和存储各类电能和电量数据等，支持分时电价或实时电价和需求侧管理，满足实时电价下的电能计量。2.双向通信功能智能电表内置通信模块，具有双向通信功能，通过双向通信网络和数据中心进行信息交流。供电企业可以通过智能电能表或其他方式将对用户感兴趣的电网信息(如停电信息)通知用户，方便用户提前准备，改变自己的用电方式。定时、定期向用户发布用户的用电信息，用户可掌握自己的实时用电情况。在执行实时电价时，供电企业能够通过智能电能表向用户发布实时电价信息，用户可以根据实时电价安排用电计划，在节省电费的同时为降低电网高峰负荷作贡献。3.双向计量对于具有自备发电能力、储能设备和再生分布式电源的大用户，智能电能表能够根据实时电价指导用户经济合理地分配发电量和购买电量的数量，使得用户的用电费用最低。4.自动智能用电控制功能智能电能表除具有以上信息互动功能外，还应具有帮助用户自动实现智能用电控制的功能，主要有以下几个方面:a.智能电能表具有与智能家电的通信控制功能，能够由智能电能表根据实时电价通过设定参数实现对家电的启停控制。在不需要增加任何用户投资的情况下，通过改变大功率用电设备的使用时间，达到节约用电费用的目的。b.智能电能表能够智能地进行电力需求侧管理技术应用，利用电网实行的分时电价政策，对用户内部用电情况实行削减用电高峰的负荷，提高用电低谷时的负荷，降低用户的用电成本，提高经济效益，同时也对电网的削峰填谷作出贡献。鼓励用户投资蓄冷、蓄热、蓄电等设备，改变用电方式而节约用电，减少对电网电量的需求。四、智能电表广阔的应用前景1.优化新能源用电秩序利用智能电表可以帮助人们优先使用风电、太阳能等新能源。采用智能电表的实时数据采集与量测制定更为准确的负荷预测，可以指导新能源优化调度。美国夏威夷大学开发的配电管理系统平台，采用智能电表作为门户站综合了需求反应、住宅节能自动化、分布式发电优化管理等功能，实行了配电系统与主电网中新能源系统的协调控制。2.优化分布式能源配置分布式能源与配电网并网运行时还存在很多问题，供电企业通过智能电表对配电系统实时监控、控制和调节，掌握分布式电源的特性及其与电网运行的相互影响，优化分布式能源配置，从而达到将电能以最经济与最安全的输配电方式输送给终端用户，提高电网运营的可靠性和能源利用效率。3.提高负荷预测的准确度随着智能电表的推广应用，大用户可以通过智能电表向供电公司上传用户近期的用电计划，有分布电源的用户可以由智能电表上传自己的发送电计划及分布电源的发电数据。供电企业将用户计划用电的容量、时间和各用户计划用电的顺序作为负荷预测的准确信息，自动干预负荷预测系统，可以提高负荷预测的准确度，减少电网备用容量，提高电网经济效益。4.提供故障分析依据供电企业可以通过智能电表对用户用电情况进行实时监测，实现异常状态的在线分析，动态跟踪和自动控制，提高供电可靠性。当故障发生后可以通过智能电表查询异常用电记录，为故障分析提供可靠的实时数据。5.智能化需求侧管理智能电表采集更多的电网实时运行数据(电压、电流和功率等)，对用电设备的状态、能耗进行智能监测与控制，从而掌握更加详细的用户负荷情况，自动编制和优化有序用电方案，自动实施，过程跟踪，自动监测和效果评估，达到需求侧智能化管理。6.促进智能用电新技术发展智能电表的广泛应用，使得供电企业由人工抄表向自动抄表转型，同时获取更多的用电数据，经过分析与处理，以智能电表为网关通过双向实时通信将实时电价信息、缴费信息和用电信息等通知给用户，优化客户服务并促使用户合理利用电能，参与负荷调节。五、实现电能表的智能化应采取的措施1.依托强大稳固的通信网合理构建信息交互与共享的层次架构,结合电网自身优势，开展基于综合能源及通信系统体系结构的研究，构建安全、可靠、稳定、适用、快速的智能电网信息交互平台。信息交互平台必须是坚固的、灵活的，具备抗攻击性、自防御性。2.建立更加灵活的电力市场随着社会经济的快速发展，在国家骨干电网的支撑下，未来智能电网既要适应大型电源基地的接入，还要适应各类分布式电源与保安电源的接入，所以除考虑分层分区的电源接入，还要考虑分散式接入。电网对电源侧的管理除指令性调度外，应建立起一个市场经济的电量交易系统，电网和发电厂通过实时上网电价更加经济的实施电网调度，提高发电厂和电网经济效益，这就需要智能电能表计量、计录发电厂实时电量、电费，并完成实时双向传输的功能。3.调动用户积极开展节能工作智能电能表实现了电网企业与电网用户之间的信息交互、需求交互、和谐共赢，使得社会效益最大化。从用户侧来说，个性化、需求化、灵活的电能需求将可以得到实现，积极利用自身的余能建设环保型的分布式电源，将自有、富余、投资性电能用于电网补充、调配和应急。智能电能表让用户随时了解自己的用电记录、当时的供电情况和费率信息，便于及时采取适当节电措施，自觉参与节电节能工作，如使用智能电能表对用电进行分时控制，减少用电高峰时的用电量，增大用电低谷时的用电量，以减少总的电费。鼓励用户增加对电力能源的需求，减少社会对电力投资的浪费。中国智能电网的第一步是国家电网公司“电力用户用电信息采集系统”的建设，以智能电表为基础的自动抄表技术是建设该系统的关键。随着信息时代的推进及技术的发展，智能电表作为智能电网的神经末梢，在不久的将来，智能电表将在信息社会中发挥更大的作用，具有更加广阔的应用前景。2编制目的通过制定《智能电能表功能规范》企业标准，在公司系统范围内规范、统一电能表术语、定义，明确电能表种类及其功能配置要求，服务于智能电网信息化、自动化、互动化建设对电能表的需求要求，提升电能表管理水平，完善计量管理体系，推动计量工作健康、有序发展，为公司系统电能表集中招标提供技术支撑。3编制原则1.2智能电表背景介绍随着国民经济的不断发展，电力已经