智能電表在智能電網中的應用分析

江西萍鄉供電公司 梁 軍

1.智能電表在智能電網中的定位

荷蘭能源服務網絡協會從功能劃分的角度確定了智能電表在智能電網中的定位?？傮w上，智能電表及AMI的建立是智能電網的基礎。從功能的多少和智能化的程度將智能電網的建設以及智能計量系統的建設分為5個層次，從人工抄表、自動抄表、高級計量架構、智能電表、智能電網一步步推進。隨著高級數據收集和需求響應能力的提高，智能計量系統能夠與廣大用戶一起在用電高峰時段，實現削峰平谷，以提高電網的安全性和經濟性。智能電網自動運行程度的提高、能源效率和節能降耗能力的提高、運行成本的控制都依賴于AMR和AMI的建設和完善。

2.智能電表的現狀

目前，國內智能電度表從結構上大致可分為機電一體式和全電子式兩大類。機電一體式，即在原機械式電度表上附加，一般而言是在不破壞現行計量表原有物理結構，不改變其國家計量標準的基礎上加裝傳感裝置變成在機械計度的同時亦有電脈沖輸出的智能表，使電子記數與機械記數同步。這種設計方案采用原有感應式表的成熟技術，多用于老表改造。全電子式則從計量到數據處理都采用以集成電路為核心的電子器件，從而取消了電表上長期使用的機械部件，與機電一體化電度表相比具有電表體積減小，可靠性增加，耗電減少，生產工藝大大改善等優越性，最終會取代帶有機械部件的計量表。

電度表作為電費收取的計量依據，涉及到一個抄表問題。從現行技術來看主要有IC卡式，遠傳抄表式。

2.1 IC 卡電表收費系統

IC卡表的整個收費系統包括主機，IC卡電表和IC卡三部分。IC卡電表收費系統，實現了用電收費電子化，其技術成熟可靠，電力部門可以不必再為收費問題而發愁。但是，從系統的角度來看，由于用戶終端與系統主機并沒有直接聯系，只有在用戶持卡交費時才能了解到用戶情況，信息反饋滯后，用戶終端仍然與整個網絡脫節。從經濟角度來看電力部門先收費后送電不符合經濟政策，可以說在一定程序上侵犯了用戶的利益，所以現在有許多城市已經原則上不再審批新的IC卡表項目，從長遠來看，IC卡收費系統只能作為一種過渡性產品。

2.2 遠程自動抄表系統

遠程自動抄表系統實現用電數據的自動抄收，可杜絕人工操作的一切弊端。用戶的用電數據可直接進入用電營業的計算機管理系統，用電管理人員可隨時監視用電情況，發現問題及時處理。線損情況直接影響著供電部門的經濟效益，采用遠傳抄表后可以幾乎同時取得總表讀數和分表總讀數，隨時掌握線損情況，并較容易地分析線損原因以便加以處理。隨著形勢的發展，居民在銀行開設個人賬戶，營業計算機管理系統與銀行聯網，完成數據的自動抄收、處理、銀行轉賬交費等全套操作，可真正實現用電管理的自動化。

3.智能電表的特點

3.1 功耗、精度

由于智能電表采用電子元件設計方式，因此一般每塊表的功耗僅有0.6w～0.7w左右，對于多用戶集中式的智能電表，其平均到每戶的功率則更小，而一般每只感應式電表的功耗為1.7w左右。

就表的誤差范圍而言，2.0級電子式電能表在5%～400%標定電流范圍內測量的誤差為±2%，而且目前普遍應用的都是精確等級為1.0級，誤差更小。感應式電表的誤差范圍則為+0.86%～-5.7%，而且由于機械磨損這種無法克服的缺陷，導致感應式電能表越走越慢，最終誤差越來越大。國家電網曾對感應式電表進行抽查，結果發現50%以上的感應式電表在用了5年以后，其誤差就超過了允許的范圍。

3.2 過載、工頻范圍

智能電表的過載倍數一般能達到6～8倍，有較寬的量程。目前8～10倍率的表成正為越來越多用戶的選擇，有的甚至可以達到20倍率的寬量程。工作頻率也較寬，在40HZ～1000HZ范圍。而感應式電表的過載倍數一般僅為4倍，且工作頻率范圍僅為45～55HZ之間。

3.3 功能

智能電表由于采用了電子表技術，可以通過相關的通信協議與計算機進行聯網，通過編程軟件實現對硬件的控制管理。因此智能電表不僅有體積小的特點，還具有了遠傳控制、反竊電、預付費用電等功能，而且可以通過對控制軟件中不同參數的修改，來滿足對控制功能的不同要求，而這些功能對于傳統的感應式電表來說都是很難或不可能實現的。

4.智能電表的功能應用

4.1 結算和帳務

通過智能電表能夠實現準確、實時的費用結算信息處理，簡化了過去帳務處理上的復雜流程。在電力市場環境下，調度人員能更及時、便捷地轉換能源零售商，未來甚至能實現全自動切換。同時用戶也能獲得更加準確、及時的能耗信息和帳務信息。

4.2 電能質量和供電可靠性監控、非法用電檢測

采用智能電表能實時監測電能質量和供電狀況，從而及時、準確地響應用戶投訴，并提前采取措施預防電能質量問題的發生。傳統的電能質量分析方式在實時性和有效性上都存在差距。

智能電表能檢測出表箱開啟、接線的變動、表計軟件的更新等事件，從而及時發現竊電現象。對于竊電高發區，通過將總表的數據和其下所有表計數據進行比對，也可以及時發現潛在的竊電行為。

4.3 用戶能量管理與節能

通過智能電表提供的信息，可以在其上構建用戶能量管理系統，從而為不同用戶提供能量管理的服務，盡可能減少能源消耗。建模和預測智能電表采集的水、氣、熱能耗數據可以用來進行負荷分析和預測，可估算和預測出總的能耗和峰值需求，從而促進合理用電、優化電網規劃和調度等。

4.4 預防維護和故障分析、負荷遠程控制

智能電表的測量功能有助于實現配網元器件、電能表以及用戶設備的預防維護，例如檢測出電力電子設備故障、接地故障等導致的電壓波形畸變、諧波、不平衡等現象，測量數據還能幫助電網和用戶分析電網元件故障和網損等。

通過智能電表可實現負荷的整體聯接和斷開，也可以對部分用戶進行控制，從而配合調度部門實現功率控制，同時用戶也可以通過可控開關實現特定負荷的遠程控制。

5.智能電表帶來的收益、發展方向

5.1 能源用戶、電力公司和社會環境方面的收益

智能電表能為用戶提供更加準確及時的賬務信息，利用準確的用電記錄使用戶更好地參與到電力市場中，并通過彈性的用電需求而獲益，通過更好的電能質量和故障管理來增強人身和設備安全性等。

建立在智能電表基礎之上的智能計量系統能夠為計量、結算、用戶服務、狀態估計等商業應用提供簡單、高效的解決方案。從配網的電能質量和故障監控以及負荷管理等方面都能獲益。通過采用可控的分布式能源將為電力市場提供新的零售產品，增加了市場價格快速變化的靈活性，從而增強了電力市場的競爭性和功能應用的可靠性，減少了電力供應商的市場風險。

通過智能電表可以為水、汽、熱等計量表計的通信提供電力供應，并共享遠程通信信道從而降低通信成本，將各種能源形式的測量數據匯總后也有助于分析和提高整體的能源利用效率。

5.2 目前國內外常見的應用于集中抄表的幾種電表形式

5.2.1 機電結合的電度表

一類機電結合的電度表，在原有的機械表的基礎上，加裝電子式計數裝置和相應的控制、通訊電路，或加上IC卡讀寫接口以實現自動計量計費和控制，其基本結構是在原有機械電度表的轉盤上打孔或涂上能吸收光線的材料，通過光電轉換，將機械轉盤的轉動變換成電脈沖信號，再進行相應的計數處理。這類電度表由于其計量原理沒有改動，其計量精度和特性與機械表完全一樣，而成本相對較高，其優勢在于能充分利用現已安裝使用中的大量的機械電度表，且其計量原理為大眾所熟悉而容易接受。另一類機電結合的電度表則是采用電子式計量電路在獲得數字式脈沖信號后，通過微型電機驅動字碼轉輪得到電能計數值，這種結構是最簡潔可行的電子式電度表的方案，遺憾的是其對計量電路的要求較高，為了保證電度表的計量精度和產品的一致性，就必須在生產過程中加強對元件的篩選和對半成品的調校，增加相應的人力物力的投入并要延長生產周期，從而使電度表的生產費用和成本有所增加。

5.2.2 全電子式電度表

全電子式電度表則是當今國內最先進的一類電度表，其采用先進的單片機技術和專門設計的電能測量集成電路，具有計量精度高、自身損耗低和可靠性高等特點，其中的一些型號還具有復式計費功能。此類電度表的用電量數據已經數字化，可以很方便地與各種數據收集傳送電路配合組成自動計量計費的系統，是現行家用電度表的換代產品，該類產品的大量使用具有巨大的經濟效益和社會效益。國內近幾年流行以下幾種抄表模式：總線制集中抄表、電力載波抄表

電表部分采用智能電表，各戶智能電表信號線并接在一根總線上，總線連接到樓下轉接器，各樓轉接器與小區的集中器相連，由集中器集中供電。

電力載波集中抄表系統是直接利用現有低壓輸電線路進行數據傳輸的集中抄表系統，省去了鋪線工程，優勢明顯。該系統集微電子技術、通訊技術和計算機技術于一體的高新產品，具有高可靠且安裝簡單等顯著特點。但由于電力線是給用電設備傳送電能的，而不是用來傳送數據的，所以電力線對數據傳輸有許多限制，另外電力線上的高削減、高噪聲，使電力線成為一個不理想的通信媒介，但由于現代通信技術的發展，使電力線載波通信成為可能，其中數據信號的信噪比決定傳輸距離的遠近。

6.結語

當前，全國電力供需矛盾突出，加強電力需求管理，實現電力需求和綜合電力資源管理，是電力供應發展的方向?，F在我國城鎮通訊絡已比較完備，并已延伸到各個角落，構建智能電能管理系統，并結合通訊網絡技術，建立電能遠程抄表用電負荷控制系統，實現電力供需平衡，保證電網安全有著廣闊的應用前景，也為實現電力需求與管理提供了一條新途徑。