基于智能电表的用电信息采集与能源管理研究

2024-03-25朱田田刘桐然

通信电源技术 2024年1期

马林，朱田田，刘桐然

（1.国网冀北电力有限公司文安县供电分公司，河北廊坊 065800；2.国网冀北廊坊供电公司，河北廊坊 065800）

0 引言

能源管理是电力企业可持续发展的基础。电网的安全与高效在建设智能电网方面发挥着重要作用。智能电表作为电网系统的重要设备之一，可提高供电公司采集用户用电数据的效率。受国家最新能源政策调整的影响，电力网络与电力市场、用户的协调和交换越来越密切。各类电力用户对电网运行稳定性的要求越来越高，用户参与电能质量管理成为主流，对电力企业提出了新要求。传统电力网络与现代电力企业的发展要求并不相符，需要大力发展智能电网，提高电能产品质量，为智能电网提供全新的发展空间。

1 智能电表的特性

1.1 智能网络化

分析智能电表与常规电表的差异发现，智能电表的智能网络化突出，通过区域互联网实时采集并分析不同场合的电力用户用电数据，借助有线通信网络或无线通信网络远程传输用电数据，可实现共享。供电公司的不同供电管理部门可以掌握和了解异地用电信息，充分发挥测量、运算和分析等功能的实时性作用或非实时性作用，使调度运行决策更加准确[1]。在电缆用户终端的智能电表中，全球移动通信系统（Global System for Mobile Communication，GSM）、通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service，GPRS）、码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）等无线公网实现优化与整合，统一化集成安装，并在网络支持下顺利地远程传输用户用电数据，实现信息交互共享目标，提高供电公司的供电服务水平，使电力用户获得优质的电能资源，提高智能电表的可靠性和经济性。

1.2 可靠性高

智能电表作为终端设备之一，与智能电网系统密不可分。它不仅可以实时采集终端电力用户用电信息，而且可以实现电网远程集控系统的集成，共享信息资源通信，在提升计量准确性的同时积极构建终端用电信息采集系统，助力整个电网调度运行数据采集与监控（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）系统和内容管理系统（Content Management System，CMS）等，确保用电数据信息的及时性和准确性，为每一位电力用户提供良好的供电服务。智能电表可靠性高，便于电力公司相关管理部门了解购售电表和结算信息，控制电能运营成本，确保电能资源合理分配，为节能降耗目标的达成奠定基础。智能电表可以降低和控制用电数据信息的失误率，顺利进行电费结算等工作，形成公平公正的电能贸易结算环境，提高电力用户的服务满意度。

2 智能电表在用电信息采集中的具体应用

2.1 为负荷预测提供依据

负荷预测是电力系统调度优化的重要内容之一。智能电表安装完成后，根据系统的运行情况和负荷预测某特定时刻用户的用电量，提高电网的效率与安全性。电网是现代人生产、生活及学习的重要电力设施。应用电力用户终端智能电表，可以采集实时运行数据和历史运行数据。电力企业通过GSM、GPRS、CDMA 等无线公网，结合专家知识系统和神经网络系统等，助力智能用电信息采集，防止电网负荷预测中出现不确定因素，为配电网负荷预测提供依据，提高配电网调配与运行的经济性和合理性。在负荷预测的支持下，人们可以不断优化配电网经济调度运行方案，确保负荷控制计划的科学性和合理性，提高电力用户在配电网经济调度中的参与度[2]。

2.2 为故障分析提供依据

通过智能电表可以有效对接电力公司的用电信息采集系统，满足无缝衔接的内在需求，顺利开展供电信息采集工作，提升整体运作效率。用电信息采集系统的识别和筛选环节至关重要。一方面，基于实际运行角度，用电信息采集系统输入标准值，可以筛选用电用户类型，从而准确分析和判断故障信息[3]。另一方面，基于用电信息采集系统，有助于收集用户的用电历史数据，通过精准化分析为用户制定用电计划提供帮助。构建智能电表的用电信息采集系统，可以确保信息反馈的实时性与有效性，在用电高峰时进行节点监测，便于电力公司了解整个电网的运行情况。当出现供电故障时，开启用电信息采集系统的提示功能，促使电力公司立即调配维修人员，从而保证电网维修工作的时效性，降低电网故障影响。

2.3 实现现代化线损管理

站在供电企业运行角度看，线损管理存在较多薄弱点和空白点，如周期较长、人为误差等，难以保证线损消耗状况分析的准确性，无法充分反映线损的实际状况。用电信息采集系统有助于计算线损消耗数据，加强抄表环节的自动化应用，有助于第一时间获取用户信息，从而有效控制线损数据。例如，可以分析线损时间的明显变化，实现每月向每天的顺利过渡，使线损数据符合时效性要求。通过对比分析线损理论与数据，能够为查找线损原因提供依据，正确指导供电企业制定对策，防止跑电、冒电等情况的发生，从而强化线损管理水平[4]。

2.4 实现自动抄表和信息双向反馈

在记录和收集电表数据的过程中，抄表的作用至关重要。借助自动抄表，可以节约人力成本，提高效率。通过分析智能电表的作用，可以提升信息的双向反馈水平。基于智能电表的用电信息采集系统设计，可以采用GPRS 通信网过滤和筛选主站系统的数据。入户时，应用多型转换器有助于开展数据集抄[5]。此外，对于智能电表用电信息采集系统，可以充分发挥检验数据的功能，读取终端日冻结数据并检测脚本，从而为数据的真实性与有效性提供有力支持。

3 基于智能电表的能源管理系统的主要功能设计

3.1 智能电表

借助智能电表，可以全面收集用户家庭用电的数据。首先，智能电表有助于同时监测用户家庭电压、电流及功率因数等，对比普通电表，可以提升相关用电参数的检测水平，如插座和接线板等。其次，通过内置大功率继电器，可以给远程拉闸提供有效支持，分析其优势，凭借远程缴费功能或预付费管理功能，与智能电表的开断要求保持一致[6]。再次，采用无线宽带、电力线载波及无线公网等，可以为主站与智能电表间的数据交互提供便利，保证数据的实时性。最后，在短距离无线技术和红外通信技术等的支持下，智能电表可以连接智能终端，为其他通信技术的接入提供帮助。智能电表框架如图1 所示。

图1 智能电表框架

3.2 智能终端

智能终端可以紧密连接短距离无线通信系统、远程智能终端及智能电表等，确保实现数据的远程交互。基于用户角度，智能终端通过应用不同的技术，可以不断强化智能插座和远程智能终端等设备之间的联系，逐步实现数据交互。智能终端结合智能电表和智能显示终端后，有助于电网公司与用户的交互。在数据交互过程中，家庭用电设备与远程移动终端有着密切联系。基于智能终端，远程控制家庭用电设备朝着节能减排的方向不断发展，逐步提升了用户的生活质量。对于用户而言，在智能终端的作用下进行电力能源交易与结算，降低难度的同时节约用户时间，提高电力能源供应的服务水平。智能终端在电网公司与用户的交互方面具有重要作用，可以显示并上报电力能源信息，为电网公司与用户的双向交流提供支持，有效监控分布式能源，构建家庭物联网体系，凸显智能终端和智能插座的重要地位，以实时监控和控制用电设备。

3.3 分布式能源接入

智能技术赋能下，电网接入的新能源系统层出不穷。新能源管理体系中，分布式能源接入与新能源系统的接入和使用有着密切联系，并且在家庭用电中占据重要地位，常用于光伏发电系统和风力发电系统等。分布式能源接入有助于提升新能源发电利用效率，有效控制输配电过程中产生的电力损耗，控制用户使用能源的成本，不断强化电网供电负荷压力的控制效能，防止二氧化碳等环境污染物排放量过大，实现节能减排目标[7]。基于实际设计角度，光伏发电系统在新能源系统中得到了广泛应用，通过家庭电力能源管理系统可以顺利进行光伏发电系统发电量数据收集工作。从用户供电需求情况出发，需要保持电网供电与用户电力需求的平衡，并协调统一供需关系，提升电力供应效果。