双向智能电能表功能需求和结构性能分析

2018-12-28生一兵雷君杰赵娜乔娇

数码设计 2018年5期

生一兵*，雷君杰，赵娜，乔娇

（国网山西省电力公司晋中供电公司，山西晋中，030600）

引言

当前，随着科学技术的进步，智能电网建设也进入到突飞猛进的阶段，智能电表作为不可或缺的部分，得到越来越多的重视。在我国当前电力需求不断增长的情况下，人们对电力服务、用电智能化提出了更高要求，智能电表需要充分满足这些功能需求，不断优化自身结构性能,世界主要的发达各国都在发展智能电网，各国根据自身发展的需要，在智能电网的研究策略上各有侧重点。我国主要采取以发展特高压电网为基本框架、其他电网均衡发展的模式。尽管各国的研究重点与建设方向存在差异，但是研究重点相同，都是将智能电表作为主要研究内容。随着我国经济水平的发展，居民用电规模不断扩大，控制不同时间段的用电负荷成为亟需解决的重要问题，与此同时，人民群众对供电服务以及用电智能化的要求也更高，这对于智能电能表的功能提出了新的需求。

1 双向智能电能表的功能需求

1.1 双向互动

在现有标准中，电能表的双向互动是定位于电能表与电力公司之间的，并没有考虑到用户。然而，电能表作为电力公司、用户间联系的桥梁，是用电计量、电费收缴的重要依据，关系到双方的经济利益，随着现代智能家居系统的发展，用户、电能表以及电力企业之间互动越来越多，原有标准已经不适用了，特别是光伏发电、小型风电的推广，用户可以向电网中输送电能，基于这种需求，智能电能表需要具备电能反向计量功能。

1.2 电能质量监测

在现代生活中，人们生活水平不断提升，家用电器数量、种类越来越多，一些家电存在无功功率较高、使用功率因数低以及谐波污染高等情况，对此，需要对用户电能质量进行监测，根据其影响程度的差异，采取不同的电费收取标准。此外，在运用分布式发电、储能装置向配电网进行供电时，需要使用智能电能表对其输送电能质量进行监测，确保整个配电网电能质量良好。

1.3 电网负荷控制

负荷控制是电网安全、稳定、高效运行的基本要求，主要有直接负荷控制、最大负荷控制两种，其中，直接负荷控制是在供电企业与用户协议后，对用户部分电能采取直接负荷控防护四进行控制，确保电网运行的平衡，用户损失的部分通过电费进行补偿，在计算电费补偿时，是以智能电能表保存的信息计算出电量，作为补偿的依据，也可判断是否有违约用电行为。

最大负荷控制是在供电系统受到不可抗因素影响、只能满足部分负荷需求情况下采用的，主要是保障居民基本生活用电正常，如果用电负荷超出最大值，智能电能表会将继电器自动切断。

1.4 连接智能家居系统

在智能电网的发展中，用户参与的主观意识逐渐增强，且智能家居系统的成熟与应用，为用户参与提供了可能。对此，智能电能表需要与智能家居系统连接起来，做好两者间接口、通信方式以及通信规约等方面的完善，提升两者间的协调性，相互作用，实现用户用电的最优化，达到削峰填谷、提升电网利用效率的目标。

2 双向智能电能表的结构性能

2.1 电流与电压取样电路

电流取样电路主要有霍尔效应传感器、Rogowski线圈、锰铜片分流器与电流互感器四种，但面对不断增长的用电需求，智能电能表需要监测更大的电流值，锰铜片分流器由于自身发热影响，会逐渐被淘汰，适宜选用的是Rogowski线圈，具有自重轻、体积小、成本低、测量范围广、测量精确度高以及隔离性好等优势。电压取样电路主要有电阻分压、电压互感器两种，相较而言，电压互感器成本高、占据空间大，使用是有所限制的。

2.2 外部存储

在信息技术、数字化技术快速发展下，智能电能表具备的功能越来越加多样化，但也面临着信息记录任务加重的情况，需要更大的信息存储空间以及更高频率的信息读写，这就对智能电能表计量检测芯片精度提出更高要求。外部存储是解决信息量增加、确保电量数据可以及时写入的有效途径，采取的解决措施是应用新型非易失性铁电存储器，其优点为耗能低、读写速度快，可以达到智能电能表对数据存储、精度要求的标准。