基于智能电网高级量测体系的智能电表研究

2014-04-16范杏元饶艳文

机电信息 2014年33期

关键词：电表电能表用电

范杏元何昆饶艳文

(广州供电局有限公司，广东广州 510000）

基于智能电网高级量测体系的智能电表研究

范杏元何昆饶艳文

(广州供电局有限公司，广东广州 510000）

实施高级量测体系(Advanced Metering Infrastructure，AMI）是构建智能电网的第一步，而智能电表则在AMI实施中占有至关重要的地位。现对AMI的概念和作用进行分析，在此基础上介绍基于AMI的智能电表功能，最后对应用智能电表的效益进行探讨，分析其对于电力企业运维管理及提升客户服务水平的作用。

智能电网；AMI；智能电表

0 引言

新时期，随着社会经济的发展，电能已成为人们生活和工业生产中不可或缺的一种能源，而且当前对电能的消耗量也与日俱增，这对电网系统的自动化和智能化水平都提出了更高的要求。而目前电网系统在推动自动化和智能化的过程中还存在一些问题，例如供电公司和电力用户终端之间的通信问题，这阻碍了电网的自动化和智能化建设，不利于智能电网的发展。

针对电网自动化和智能化发展过程中所存在的问题，国内外普遍认为采用AMI是解决这些问题的基础，而智能电表则在AMI实施中占有至关重要的地位。加大对智能电表的研究和应用必然有利于促进AMI的实施，使我国的电网全面升级，提高电网系统运行的可靠性和供电质量，并使用户能够更加安全、经济、便捷地使用电能。

1 AMI的概念和作用

1.1 AMI的概念

AMI集成了用来计量、收集、存储和分析电力用户用电信息的一系列技术，它是一个复杂系统，目的是给电力用户和电力企业之间建立智能连接通道。它为电力企业实施电网系统运行管理和资产管理提供了依据，给电力用户的用电质量改善提供了数据基础，赋予了用户实现更多选择的能力。通过将AMI引入当前的电网系统和资产管理程序(例如电能自动化计量系统、电力通信系统、电网运行管理系统及其业务子系统和标准化的软件接口），AMI为电力企业、用户及其负载、能源的生产及存储提供了一种数据入库的基础设施，它是建设智能电网的基石。

1.2 AMI的作用

通常而言，AMI是构建智能电网的第一步，主要涉及大量的智能表计和传感器等设备，但近年来为了加强用户需求侧管理，AMI体系又延伸到了用户的室内网络(Home Area Network，HAN）。当前的AMI系统主要由智能电表、通信网络、计量数据管理系统和HAN四部分组成。这些智能电表具有双向通信功能，支持远程控制。此外，有的智能电表还可以作为HAN的网关，给用户提供实时电价和用电信息查询接口，从而使用户可以根据他们的利益做出最明智的决定，并且它还能对用户的室内用电装置实现负荷控制，达到需求侧管理的目的。

2 基于AMI的智能电表功能

2.1 功能要求

要实施AMI和建设智能电网，首先要普及智能电表。智能电表带有双向通信功能，能够支持用户侧的需求响应管理，从而使用户能够改善自己的用电质量，提高能源利用率。实施AMI时所需的智能电表应具备以下功能:双向通信、远程控制、双向计量、阶梯电价和分时电价计量、远程故障诊断和故障恢复信息处理、电能质量监测、违约用电行为监控、远程开关、根据需求侧响应要求限制负荷等。其中，双向通信功能是智能电表的核心功能，它是智能电表其他功能实现的前提和基础。通过智能电表的双向通信，AMI将电力企业和用户紧密相连，它既为电力企业提供了当前电网系统的运行状态信息，还使用户能直接参与到实时电力市场中来，如果再辅以灵活的定价策略，就能极大地激励用户主动根据电力市场情况参与需求侧响应管理。

下文将从数据采集和信息发布两个方面对智能电表的双向通信功能进行介绍。

2.2 数据采集模块

基于AMI的智能电表数据采集系统主要由电能表、数据采集器、集中器、系统主站以及将这些设备连接起来的数据传输通道组成，它是一个典型的集散控制系统，具有树型网络结构。

数据采集器可通过RS485总线等方式直接读取电能表测量到的数据，而智能表计则可以直接通过电力线载波等方式将采集的数据传输给电能表数据集中器；电能表数据集中器与数据采集器之间可采用电力线载波、电话线、无线通信网等方式实现数据通信；系统主站与电能表数据集中器的通信可通过远程数据通信信道(无线通信网、电话线、有线电视网、电力通信网或光纤同轴混合网等）实现。

2.3 信息发布模块

基于AMI的智能电表数据采集系统工作流程为:电能表→采集器→集中器→服务器。为了实现双向通信，信息发布系统的工作流程应与上述流程相反。具体而言，可以给每个电能表计单独配置一块液晶屏，显示从系统主站收到的信息，这样做的好处是忽略了不同电能表产品的结构和技术原理，既不会侵害电能表厂家的技术专利，又实现了信息发布的目的。

供电企业主站可以通过上文提到的远程数据通信信道将要发布的信息传递给信息接收器，而信息接收器则通过通信总线的方式将所要发布的信息传输给单片机。单片机接收到系统主站的信息后，就可以通过解码和编程设计等过程在液晶屏上显示信息。

3 应用智能电表的效益

3.1 对于电力企业运维管理

3.1.1 减少电网运行成本

因为用智能电表代替了传统电表，从而实现了自动抄表，所以不仅提高了抄表效率，还节省了人工抄表成本。支持削峰填谷和节能的需求侧响应和分时计费，减少对发、输、配电环节的投资，降低网损，提高系统的运行效益和资产利用率。

3.1.2 提供故障分析依据

智能电表可记录各个不同时段、不同费率的正/反向有功和无功电量；可计量和显示所接入电压、电流、功率因数等基本运行数据；可监视逆相序、超功率限额的情况，同时记录失压、失流、电压不合格等；当预付费余额低于限额时可予以报警等。这些功能可任意组合，因此，在保证和提高供电可靠性的基础上，智能电表可实时监测连接电网的各类负荷的用电情况，并对异常状态进行在线分析和自动控制，当故障发生后可查询异常用电记录，为故障分析提供可靠的实时数据。

3.1.3 避免采用传统方式窃电

对于传统的机械式电能表和一般电子式电能表，部分用户通过人为断开零线，另外引接地线使电流分流的方式窃电。智能电表的火线、零线均安装有电流互感器，能同时监测火线和零线，只要电流经过就自动按监测出的最大电流正确计量电能，能有效阻止该种传统窃电行为。

3.2 对于提高客户服务水平

基于AMI的智能电表是连接用户和电力企业的桥梁，它通过双向通信网络将电网设备、用户、电力企业等各部分有效地连接成一个整体，鼓励用户直接参与电力市场。电力企业可通过智能电表实现用电信息发布，包括停电通知、科学用电建议、电力资讯动态、催费信息通知、客户欠费信息、限电信息通知、拉第二路继电器通知、限制用电容量通知；同时，可对智能电表固件非计量部分远程升级，实现远程修补软件漏洞、更换通信协议、增加功能等，给用户改善自身的用电质量提供了手段，提高了企业的服务水平，并为智能电网及其未来高级应用的开发建立了基础设施体系。