试论智能电表在智能电网中的应用前景

朱海燕

摘要: 智能电表是智能电网的智能终端，它已经不是传统意义上的电能表，智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能，防窃电功能等智能化的功能，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。文章对智能电表的原理与优势进行了分析，并对其在智能电网中的定位、功能与应用前景进行了论述。

关键词: 智能电表；智能电网；高级计量体系；功能

中图分类号：U665.12文献标识码：A 文章编号：

一、前言

近年来，在低碳经济、绿色节能及可持续发展思想的推动下，如何进一步提高电网效率，积极应对环境挑战，提高供电可靠性和电能质量，完善电力用户服务，适应更加开放的能源及电力市场化环境需要，对未来电网的发展提出了更高的要求。智能电能表是用电中重要的组成部分，是实现双向互动智能用电的“末端神经”。我国的智能电网技术与国外先进水平在技术上差距相对较小，加上属于低碳经济的重要组成部分，因此具有稳定的高增长前景。与国外相比，我国智能电能表功能完善、规范、阶梯电价、负荷控制等功能相对领先，更能满足我国智能电网发展需要。

智能电表的原理和优势

（1）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,它的构成、工作原理与传统的感应式电能表有着很大的差别。感应式电表主要是由铝盘、电流电压线圈、永磁铁等元件构成，其工作原理主要是通过电流线圈与可动铅盘中感应的涡流相互作用进行计量的。而电子式智能电表主要是由电子元器件构成，其工作原理是先通过对用户供电电压和电流的实时采样，再采用专用的电能表集成电路，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。通常我们把智能电表计量一度电时A/D转换器所发出的脉冲个数称之为脉冲常数，对于智能电表来说，这是一个比较重要的常数，因为A/D转换器在单位时间内所发出脉冲数个的多少，将直接决定着该表计量的准确度。目前智能电表大多都采用一户一个A/D转换器的设计原则，但也有些厂家生产的多用户集中式智能电表采用多户共用一个A/D转换器，这样对电能的计量只能采用分时排队来进行，势必造成计量准确度的下降，这点在设计选型时应该注意。

（2）智能电表的优势

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，因此与感应式电表相比，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，对于多用户集中式的智能电表，其平均到每户的功率则更小。而一般每只感应式电表的功耗为1·7w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。感应式电表的误差范围则为+0·86%～-5·7%，而且由于机械磨损这种无法克服的缺陷，导致感应式电能表越走越慢，最终误差越来越大。国家电网曾对感应式电表进行抽查，结果发现50%以上的感应式电表在用了5年以后，其误差就超过了允许的范围。

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。目前8~10倍率的表成正为越来越多用户的选择,有的甚至可以达到20倍率的宽量程。工作频率也较宽，在40HZ~1000HZ范围。而感应式电表的过载倍数一般仅为4倍，且工作频率范围仅为45~55HZ之间。

4)功能：智能电表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(远程抄表、远程断送电)、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，而这些功能对于传统的感应式电表来说都是很难或不可能实现的。

三、智能电表在智能电网中的定位

荷兰能源服务网络协会(ESNA)从功能划分的角度确定了智能电表在智能电网中的定位。总体上，智能电表及高级计量体系的建立是智能电网的基础，从功能的多少和智能化的程度将智能电网的建设以及智能计量系统的建设分为5个层次。随着高级数据收集和需求响应能力的提高，智能计量系统能够与广大用户一起在用电高峰时段，实现削峰填谷，以提高电网的安全性和经济性。智能电网自动运行程度的提高、能源效率和节能降耗能力的提高、运行成本的控制都依赖于自动抄表系统(AMR)和高级电表架构(AMI)的建设和完善。

AMI通过智能电表终端和主站之间建立的强安全网络架构实现电网公司和用户的双向计量和通信，这是实现分布式电源结构和推动电力市场灵活电价机制的前提条件。此外智能家庭的建设也是以智能电表的应用为基础的。

四、智能电表的功能应用

（1）结算和账务

通过智能电表能够实现准确、实时的费用结算信息处理，简化了过去账务处理上的复杂流程。在电力市场环境下，调度人员能更及时、便捷地转换能源零售

商，未来甚至能实现全自动切换。同时用户也能获得更加准确、及时的能耗信息和账务信息。

（2）配网状态估计

目前，配网侧的潮流分布信息通常很不准确，主要是因为该信息是根据网络模型、负载估计值以及变电站高压侧的测量信息综合处理得到的。通过在用户侧

增加测量节点，将获得更加准确的负载和网损信息，从而避免电力设备过负载和电能质量恶化。通过将大量测量数据进行整合，可实现未知状态的预估和测量数

据准确性的校核。

（3）电能质量和供电可靠性监控

采用智能电表能实时监测电能质量和供电状况，从而及时、准确地响应用户投诉，并提前采取措施预防电能质量问题的发生。传统的电能质量分析方式在实

时性和有效性上都存在差距。

（4）负荷分析、建模和预测

智能电表采集的水、气、热能耗数据可以用来进行负荷分析和预测。通过将上述信息与负荷特性、时间变化等进行综合分析，可估算和预测出总的能耗和峰

值需求。这些信息将为用户、能源零售商和配网调度人员提供便利，促进合理用电、节能降耗以及优化电网规划和调度等。

（5）电力需求侧响应

需求侧响应意味着通过电价来控制用户的负荷及分布式发电，它包括价格控制和负荷直接控制。价格控制大体上包括分时电价、实时电价和紧急峰值电价，

来分别满足常规用电、短期用电和高峰时期用电的需求；直接负荷控制则通常由网络调度员根据网络状况通过远程命令来实现负载的接人和断开。

（6）能效监控和管理

通过将智能电表提供的能耗信息反馈给用户，能促使用户减少能源消耗或者转换能源利用方式。对于装有分布式发电设备的家庭，还能为用户提供合理的

发电和用电方案，实现用户利益的最大化。

（7）用户能量管理

通过智能电表提供的信息，可以在其上构建用户能量管理系统，从而为不同用户(居民用户、商业用户、工业用户等)提供能量管理的服务，在满足室内环

境控制(温度、湿度、照明等)的同时，尽可能减少能源消耗，实现减少排放的目标。

（8）节能

为用户提供实时能耗数据，促进用户调节用电习惯，并及时发现由设备故障等产生的能源消耗异常情况。在智能电表所提供的技术基础上，电力公司、设备

供应商及其他市场参与者可以为用户提供新的产品和服务，例如不同类型的分时网络电价、带回购的电力合同、现货价格电力合同等。

（9）智能家庭

智能家庭是指将家庭中不同装置、机器和其他耗能设备连接在一个网络中，并根据居民的需求和行为、户外的温度以及其他参数来进行控制。它可以实现供

热、报警、照明、通风等系统的互联，从而实现家庭自动化和家电等设备的远程控制等。

（10）预防维护和故障分析

智能电表的测量功能有助于实现配网元器件、电能表以及用户设备的预防维护，例如检测出电力电子设备故障、接地故障等导致的电压不平衡等现象。测

量数据还能帮助电网和用户分析电网元件故障和网损等。

（11）预付费

相对于传统的预付费方式，智能电表能提供成本更低，更加灵活和友好的预付费方式。

（12）电表管理

表计管理包括:安装表计的资产管理；表计信息数据库的维护；对表计的定期访问；确保表计的正常安装和运行；确认表计存储的位置和用户信息的正确性等。

（13）负荷远程控制

通过智能电表可实现负荷的整体连接和断开，也可以对部分用户进行控制，从而配合调度部门实现功率控制；同时用户也可以通过可控开关实现特定负荷

的远程控制。

（14）非法用电检测

智能电表能检测出表箱开启、接线的变动、表计软件的更新等事件，从而及时发现窃电现象。对于窃电高发区，通过将总表的数据和其下所有表计数据进行比对，也可以及时发现潜在的窃电行为。

五、智能电网对智能电表产业发展的要求

建设统一坚强的智能电网，不仅为我国电网也为我国电气设备制造业加快发展提供了契机，同时，对智能电表也提出了新的要求。

（1）功能定位层次更高

智能电表的发展已不仅要具备传统电表的计量功能，作为智能电网建设的重要设施，智能电表的发展已经成为电网功能整合的基础。其具体性能扩展主要表

现为以下几个方面。

1)可靠性:精度长时间不变，无须轮校、无安装及运输影响等。

2)准确度:宽量程、宽功率因数、启动灵敏等。

3)功能:可实行集中抄表、多费率、预付费、防窃电、满足互联网接人服务要求等功能。

4)性价比:性价比高、可预留扩展功能，受原材料涨价影响小等。

（2）产业链支撑体系完备

产业链的支撑体现在从设计、制造、推广、维护、后续开发等全方位的支撑，不但需要在芯片研制、通信接口、自动控制等环节尽快掌握核心技术，还要整合相关产业，形成集成优势，共同支撑智能电表的产业发展。

（3）生产、供应能力强

智能电网一旦进入建设阶段，短期内对智能电表会产生巨大的市场需求。我国国家电网公司统计显示，按第一阶段建设期3年计算，智能电网建设需要改

造和更换的电能表约1.3亿只，所需投资300亿元以上。2009年后每年需轮换和新增电能表的数量按3000万只计算，年需投资约50亿元以上。市场需求量巨大，急需建设庞大规范的产业供应体系作为支撑。

六、智能电表的应用前景

在AMI中，电力公司和用户间能进行相互交流，将智能表计和可控电气设备联系在一起，通过管理终端，实现合理用电，最大限度的降低能耗。在智能电网

建设的大环境下，智能电表与各种通信方式相结合，将分散在用户现场各电能表数据科学采集、上传、处理、最终送到管理层，满足抄表计费、管理决策、工程分析的所有需求，并总结一套相关的软硬件设计思路。在智能电网环境下，抄电表读数这项工作将一去不复返，每个用户都知道什么时候用电器费用最低，可以自主选择电力使用时间段。并且，电网公司、住宅、企业之间可以依靠网络交流信息，实现按需调度，而连接用户端与配电端的双向数据交互的仪器，作为六大

环节末端的智能电表无疑将是最先受益的产业。

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