雙向智能電能表功能需求和結構性能

摘要 雙向智能電能表是組成智能電網的重要部分，智能電能表是用戶與供電網進行互動的一個鏈接。在我國，智能電能表的發展水平相對是比較高的，很多方面的功能在國際上都處于一個領先的水平。

【關鍵詞】雙向智能電能表 功能需求 結構性能

隨著我國社會經濟的發展，用電量的規模在逐漸擴大，為了能使電力資源有效利用且不浪費，對供電服務有了新的要求，而智能電能表既能做到對電能的準確計量，還可以對用電量進行控制，在支撐智能電網建設的同時還能滿足對電力資源日益增長的需求。

1 雙向智能電能表功能需求分析

1.1 雙向互動需求

按現在的標準來說，雙向互動指的是電力公司和電能表兩者產生的互動，用戶是沒有包括在內的。電能表屬于電力公司及用戶之間的樞紐，其起到的作用是統計電流量、收費依據、指令傳達，將電能表與家居的智能體系進行有效結合，從而做到自動調節居民的用電情況，這樣居民的用電情況既不會受到影響，還為居民有效的節約了電費的支出，同時電負荷的狀態也能達到平衡。因此，本文將雙向互動的現有標準改成了電力公司、電能表及用戶三者之間的互動，這樣的改變在一定程度上激發了用戶參與的積極性，同時，還能促使總體用電量進行互補，使總電負荷達到了平衡，也有效的提高了電網設備的利用。

隨著雙向互動標準的改變，互動的范圍不斷的擴大，電力公司、電能表及用戶三者之間的交互頻率也就會隨之增加，那么交互數據也會不斷的提升。所以，現有的互動標準在規定的通信方式及通信速率上已經很難做到要求的滿足，那么就需要對其進行進一步的完善。同時，隨著電網的迅速發展，發電裝置以及儲能裝置的不斷出現，實現用戶向電網送電也成為了一種可能。因此要進一步加大對雙向智能電能表功能的需求的研究。

1.2 與智能家具用電系統的接口

在智能電網不斷發展的情況下，用戶也積極的參與了電網運行的一系列調控，在這一方面，用戶雖然增強了自身的主管意識，但在完成用電調節的前提下，需要更多種類的家庭智能的用電系統。

雙向智能電能表的功能就是將用戶的各項用電的數據進行采集，然后把采集到的一部分的數據輸送到電力公司，一部分的數據輸送到家庭智能控制系統，然后配合家庭智能用電系統把用電的計劃進行優化，最終實現用電負荷達到平衡，對電網的資源進行充分的利用。

l.3 對電能質量的監測

我國的國民經濟在迅速的發展，生活條件也隨之提高，對各種家庭電器的需求越來越大，但有部分的家電所消耗的多為無功功率，使其功率的因數比較低，就產生了大量的諧波污染。這一部分的家電使用給供電的配電網在一定程度上引出了新的問題，這就需要對用戶的電能質量進行一定程度的監測，然后根據不同用戶在不同程度上對電網的影響，制定出相應的用電計量費用的標準。

1.4 對電網負荷的控制

（1）直接負荷控制，用戶通過對電網運行的參與，在用電量比較強的時候，部分用戶的用電負荷就會被電力公司進行直接負荷控制，來促進電網運行的優質，在這個過程當中，通過智能電能表提供的用電數據來計算用戶的用電費用，被直接控制的用戶會得到一定的電費補償。

（2）最大負荷的控制，在受到各種自然災害的時候，電網由于受到損害，一般情況下是不能充分滿足所有的用電負荷，這個時候就需要對用戶的用電負荷進行一定的限制，才能保證所有用戶的基本用電情況。通常采用遠程發布的最大負荷控制方式進行，把電能表內部的相關程序進行啟動，當出現超負荷的用電量，用戶的繼電器就會被自動切斷。

2 雙向智能電能表結構性能研究

2.1 電壓及電流的采樣電路

電壓的采樣方式，一種是采用電阻進行分壓，把高壓的交流信號進行小范圍的分壓;另一種是采用電壓的互感器進行分壓，這種方式在一定程度上耗費的成本比較高，而且需要一定的空間。

電流采樣的方式主要有四種，分別為霍爾效應傳感器采樣、電流互感器采樣、錳銅片分流器采樣、Rogowski線圈采樣，但是由于用戶用電量的需求在不斷的上升，智能電能表所要監測的電流值在逐步的加大，因此，錳銅片分流器等采樣方式開始面臨淘汰，目前使用比較廣泛的方式為Rogowski線圈采樣。

2.2 芯片選擇

對于芯片的選擇，當下ARM系列的微處理器的使用率比較高，使用比較方便，本身的有較多的外設接口，方便各種功能的擴展，成本也比較低，還能有效的提高處理速度。

2.3 外部存儲

隨著電量信息的增加，對于電能表外部存儲的功能要求也提高，現在，所采取的是新型非易失性鐵電存儲器這種方式進行數據讀寫，其優勢是讀寫的速度比較快，在一定程度上耗能也比較低，是可以滿足智能電能表對外部數據存儲的需求。

2.4 繼電器

采用繼電器的作用是，能夠實時的對用戶欠費的現象及需要及時限電的時候對用戶進行暫時的斷電。當前采用的主要是磁保持繼電器，諸如在運行的過程中出現不能可靠開斷的問題等這種繼電器的缺陷還未得到有效的解決。隨著固態繼電器性能在不斷的完善，今后的智能電能表中很可能會采用固態繼電器。

3 結束語雙向智能電能表功能需求和結構性能

文/畢燦

摘要 雙向智能電能表是組成智能電網的重要部分，智能電能表是用戶與供電網進行互動的一個鏈接。在我國，智能電能表的發展水平相對是比較高的，很多方面的功能在國際上都處于一個領先的水平。

【關鍵詞】雙向智能電能表 功能需求 結構性能

隨著我國社會經濟的發展，用電量的規模在逐漸擴大，為了能使電力資源有效利用且不浪費，對供電服務有了新的要求，而智能電能表既能做到對電能的準確計量，還可以對用電量進行控制，在支撐智能電網建設的同時還能滿足對電力資源日益增長的需求。

1 雙向智能電能表功能需求分析

1.1 雙向互動需求

按現在的標準來說，雙向互動指的是電力公司和電能表兩者產生的互動，用戶是沒有包括在內的。電能表屬于電力公司及用戶之間的樞紐，其起到的作用是統計電流量、收費依據、指令傳達，將電能表與家居的智能體系進行有效結合，從而做到自動調節居民的用電情況，這樣居民的用電情況既不會受到影響，還為居民有效的節約了電費的支出，同時電負荷的狀態也能達到平衡。因此，本文將雙向互動的現有標準改成了電力公司、電能表及用戶三者之間的互動，這樣的改變在一定程度上激發了用戶參與的積極性，同時，還能促使總體用電量進行互補，使總電負荷達到了平衡，也有效的提高了電網設備的利用。

隨著雙向互動標準的改變，互動的范圍不斷的擴大，電力公司、電能表及用戶三者之間的交互頻率也就會隨之增加，那么交互數據也會不斷的提升。所以，現有的互動標準在規定的通信方式及通信速率上已經很難做到要求的滿足，那么就需要對其進行進一步的完善。同時，隨著電網的迅速發展，發電裝置以及儲能裝置的不斷出現，實現用戶向電網送電也成為了一種可能。因此要進一步加大對雙向智能電能表功能的需求的研究。

1.2 與智能家具用電系統的接口

在智能電網不斷發展的情況下，用戶也積極的參與了電網運行的一系列調控，在這一方面，用戶雖然增強了自身的主管意識，但在完成用電調節的前提下，需要更多種類的家庭智能的用電系統。

雙向智能電能表的功能就是將用戶的各項用電的數據進行采集，然后把采集到的一部分的數據輸送到電力公司，一部分的數據輸送到家庭智能控制系統，然后配合家庭智能用電系統把用電的計劃進行優化，最終實現用電負荷達到平衡，對電網的資源進行充分的利用。

l.3 對電能質量的監測

我國的國民經濟在迅速的發展，生活條件也隨之提高，對各種家庭電器的需求越來越大，但有部分的家電所消耗的多為無功功率，使其功率的因數比較低，就產生了大量的諧波污染。這一部分的家電使用給供電的配電網在一定程度上引出了新的問題，這就需要對用戶的電能質量進行一定程度的監測，然后根據不同用戶在不同程度上對電網的影響，制定出相應的用電計量費用的標準。

1.4 對電網負荷的控制

（1）直接負荷控制，用戶通過對電網運行的參與，在用電量比較強的時候，部分用戶的用電負荷就會被電力公司進行直接負荷控制，來促進電網運行的優質，在這個過程當中，通過智能電能表提供的用電數據來計算用戶的用電費用，被直接控制的用戶會得到一定的電費補償。

（2）最大負荷的控制，在受到各種自然災害的時候，電網由于受到損害，一般情況下是不能充分滿足所有的用電負荷，這個時候就需要對用戶的用電負荷進行一定的限制，才能保證所有用戶的基本用電情況。通常采用遠程發布的最大負荷控制方式進行，把電能表內部的相關程序進行啟動，當出現超負荷的用電量，用戶的繼電器就會被自動切斷。

2 雙向智能電能表結構性能研究

2.1 電壓及電流的采樣電路

電壓的采樣方式，一種是采用電阻進行分壓，把高壓的交流信號進行小范圍的分壓;另一種是采用電壓的互感器進行分壓，這種方式在一定程度上耗費的成本比較高，而且需要一定的空間。

電流采樣的方式主要有四種，分別為霍爾效應傳感器采樣、電流互感器采樣、錳銅片分流器采樣、Rogowski線圈采樣，但是由于用戶用電量的需求在不斷的上升，智能電能表所要監測的電流值在逐步的加大，因此，錳銅片分流器等采樣方式開始面臨淘汰，目前使用比較廣泛的方式為Rogowski線圈采樣。

2.2 芯片選擇

對于芯片的選擇，當下ARM系列的微處理器的使用率比較高，使用比較方便，本身的有較多的外設接口，方便各種功能的擴展，成本也比較低，還能有效的提高處理速度。

2.3 外部存儲

隨著電量信息的增加，對于電能表外部存儲的功能要求也提高，現在，所采取的是新型非易失性鐵電存儲器這種方式進行數據讀寫，其優勢是讀寫的速度比較快，在一定程度上耗能也比較低，是可以滿足智能電能表對外部數據存儲的需求。

2.4 繼電器

采用繼電器的作用是，能夠實時的對用戶欠費的現象及需要及時限電的時候對用戶進行暫時的斷電。當前采用的主要是磁保持繼電器，諸如在運行的過程中出現不能可靠開斷的問題等這種繼電器的缺陷還未得到有效的解決。隨著固態繼電器性能在不斷的完善，今后的智能電能表中很可能會采用固態繼電器。

3 結束語

總而言之，智能電能表的功能需求也要跟上時代變化的步伐，根據不同的需求進行結構性能的調整。同時，智能電能表的應用優化了對數據的采集，不但提高了數據的準確性，還能進行實時收集數據，從技術應用方面提高了電網的硬件問題。

參考文獻

[1]王新剛，吳穎，張垠，基于數據挖掘的智能電能表在線監測方法[J].電測與儀表，2016 （13）： 65-69.

[2]沈建良，李亦龍，吳劍芳，智能電能表大容量數據安全存儲的方法研究[J].電測與儀表，2017 （21）： 92-95.

總而言之，智能電能表的功能需求也要跟上時代變化的步伐，根據不同的需求進行結構性能的調整。同時，智能電能表的應用優化了對數據的采集，不但提高了數據的準確性，還能進行實時收集數據，從技術應用方面提高了電網的硬件問題。

參考文獻

[1]王新剛，吳穎，張垠，基于數據挖掘的智能電能表在線監測方法[J].電測與儀表，2016 （13）： 65-69.

[2]沈建良，李亦龍，吳劍芳，智能電能表大容量數據安全存儲的方法研究[J].電測與儀表，2017 （21）： 92-95.