多功能智能電表的關(guān)鍵技術(shù)研究

摘要：近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國電網(wǎng)事業(yè)突飛猛進(jìn)，“智能電網(wǎng)”理念也已在發(fā)、輸、配、變、用的各個環(huán)節(jié)體現(xiàn)的淋漓盡致。作為直接面向用電客戶的終端設(shè)備，多功能智能電表就是其中一個典型的智能化儀器，其除具有傳統(tǒng)的電能計(jì)量、電費(fèi)核算功能，在計(jì)量精度、遠(yuǎn)程通訊、防竊電等方面達(dá)到了更高的水平，能更好的應(yīng)對新時代人們?nèi)找嬖鲩L的用電質(zhì)量訴求。

關(guān)鍵詞：智能電表;電能采集;計(jì)量精度;防竊電

近年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷進(jìn)步，電網(wǎng)規(guī)模也隨之不斷擴(kuò)大，為了更好地管理和運(yùn)營電網(wǎng)，智能電表被廣泛應(yīng)用在電力領(lǐng)域，極大地改善了人們的用電質(zhì)量和用電體驗(yàn)，保證了生產(chǎn)生活能夠穩(wěn)定用電、安全用電。基于此，本文對智能電表在電能采集與電費(fèi)核算、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊、防竊電等方面的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探索研究，希望對智能電表技術(shù)研究方面的相關(guān)人士提供一些參考。

1 電能采集與電費(fèi)核算

1.1 提高計(jì)量精度的相關(guān)技術(shù)

電能計(jì)量是電能表的本質(zhì)屬性，因此提高其計(jì)量精確度才是重中之重。傳統(tǒng)的普通電能表是根據(jù)其內(nèi)置的鋁盤轉(zhuǎn)數(shù)來間接推算電能的，計(jì)量過程抗干擾性弱，精確度差。而智能電表是全電子式電能表，其周期性地對電力用戶家中的用電電壓、電流、頻率等用電信號采樣，然后通過DSP、ARM等高集成度的芯片對采樣信號進(jìn)行運(yùn)算處理，除去采樣過程中的干擾信號，并最終輸出用戶耗電量。值得強(qiáng)調(diào)的是，這個周期性的過程，一秒可進(jìn)行數(shù)百次甚至上千次。另外，智能電表計(jì)量模塊對采樣信號進(jìn)行處理的算法也是越來越優(yōu)化，例如，有的智能電表運(yùn)用快速傅里葉變換算法，減少了諧波對電表計(jì)量精度的影響;還有的運(yùn)用復(fù)化牛頓-柯特斯積分算法代替點(diǎn)積算法，通過提升算法自身的準(zhǔn)確度來達(dá)到提升計(jì)量精度的目的。

1.2 雙向計(jì)量

近年來，我國電氣化進(jìn)程蓬勃發(fā)展，電能在人們生產(chǎn)生活中的作用越來越不可替代，已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會安全穩(wěn)定的重要支柱。然而，煤炭、石油、天然氣等非可再生能源儲量有限，全球面臨著巨大的能源危機(jī)。為了減輕對傳統(tǒng)能源的依賴性，緩解全球能源危機(jī)，太陽能發(fā)電、小型水利發(fā)電、沼氣發(fā)電等分布式電源在用戶側(cè)得到了很好的應(yīng)用和推廣。分布式電源除了供用戶自身用電，還可以將剩余電量傳輸?shù)酱箅娋W(wǎng)上，為用戶帶來一定的經(jīng)濟(jì)收入。這就要求智能電表要具備雙向計(jì)量的功能，不僅能記錄從大電網(wǎng)傳輸?shù)接脩魝?cè)的電能，而且能夠準(zhǔn)確計(jì)量從用戶反饋到大電網(wǎng)上的電能。因?yàn)閮?nèi)部高集成度MCU（微控制器）的控制，智能電表在雙向計(jì)量的同時，還能實(shí)現(xiàn)高效、便捷的電能管理，例如分時計(jì)量、用電量的分類記錄、電費(fèi)分類統(tǒng)計(jì)等。

2 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)

2.1 遠(yuǎn)程抄表

遠(yuǎn)程抄表技術(shù)可實(shí)時準(zhǔn)確地對各電力用戶家中的電表數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集，不需要抄表人員逐戶核查用電量，節(jié)省了大量人力、物力和時間，電費(fèi)的核算、支付變得快速便捷。一般情況下，幾百個甚至上千個智能電表可配置在一個采集器下，其通過例如RS485、GPRS、電力載波等構(gòu)成的星形網(wǎng)絡(luò)與上級采集器連接。智能電表中的計(jì)量模塊經(jīng)過不斷地計(jì)量算法運(yùn)算處理會得到實(shí)時電能數(shù)據(jù)。當(dāng)遠(yuǎn)程抄表啟動時，這些電能數(shù)據(jù)將被上傳到各對應(yīng)的采集器，再通過數(shù)據(jù)總線或無線傳輸通道反饋給電能管理單位的上位機(jī)。這樣，電能管理單位就能實(shí)時了解各電力用戶的用電情況及需求，可實(shí)時的進(jìn)行電費(fèi)核算操作，并利用移動互聯(lián)網(wǎng)對外提供支付寶、微信等多元化的服務(wù)窗口。通過這些服務(wù)窗口，廣大電力用戶足不出戶便可實(shí)現(xiàn)電費(fèi)的繳納，并可準(zhǔn)確、及時的掌握自己的電能能耗信息和電費(fèi)支付情況。

2.2 雙向通訊

智能電表具有雙向通訊功能，使電網(wǎng)的運(yùn)營管理更加智能化、便捷化，極大地提高了運(yùn)作效率。電力管理單位的上位機(jī)一方面能接收來自智能電表的各種電能信息;另一方面還能實(shí)時向智能電表下達(dá)各種控制指令，例如發(fā)現(xiàn)竊電行為時下達(dá)的停電措施。另外，雙向通訊也體現(xiàn)在智能電表和電力用戶家中智能家電的雙向互動方面，它們一般是通過wifi、zigbee等無線通信方式進(jìn)行信息傳遞的。冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等智能家電的運(yùn)行狀態(tài)被智能電表監(jiān)控的同時，智能電表也能對這些智能家電的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控，達(dá)到節(jié)約用電的目的。

3 防竊電技術(shù)

3.1 異常信號監(jiān)測

智能電表具有對電壓、電流、三相電壓相位、三相電流相位等運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)實(shí)時監(jiān)測的功能。針對失、欠壓竊電，智能電表設(shè)置了欠壓閾值和失壓閾值，當(dāng)監(jiān)測到的電壓值小于失壓閾值，則失壓竊電行為發(fā)生;當(dāng)監(jiān)測到的電壓值介于欠壓閾值和失壓閾值之間時，則欠壓竊電行為發(fā)生。針對欠流竊電，當(dāng)監(jiān)測到電流線圈的工作狀態(tài)出現(xiàn)異常時，自動記錄竊電行為并上傳上位機(jī)，立即采取有效制止措施。針對移相竊電，當(dāng)監(jiān)測到三相電壓相位或者三相電流相位的相對關(guān)系發(fā)生變化時，可認(rèn)定竊電行為發(fā)生。

3.2 防竊電自主保護(hù)程序

智能電表的MCU（微控制器）內(nèi)編有防竊電自主保護(hù)程序，一定程度上可對竊電行為進(jìn)行有效的制止。當(dāng)判定發(fā)生竊電行為后，智能電表將馬上自主啟動防竊電自主保護(hù)程序，發(fā)出報(bào)警信號，并及時地將竊電行為發(fā)生的編碼地址及有關(guān)詳細(xì)信息上傳到電力管理單位或者相關(guān)的臺區(qū)負(fù)責(zé)人。

4 結(jié)語

隨著時代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，電網(wǎng)的運(yùn)營模式越來越智能化，正朝著全面實(shí)現(xiàn)“智能電網(wǎng)”的目標(biāo)前進(jìn)。作為智能電網(wǎng)最終端的智能化儀器，智能電表相較普通電表，計(jì)量精度和工作效率更高，不僅具有基本的電能采集和電費(fèi)核算功能，還具有雙向計(jì)量、雙向通信和防竊電等功能。通過智能電表，除了電力管理單位，普通電力用戶也可以實(shí)時掌握自己的用電情況，電力用戶的用電質(zhì)量和用電體驗(yàn)得到了極大提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉振亞.智能電網(wǎng)知識讀本[M].北京：中國電力出版社，2010：20-27.

[2]李大斌，楊森斌，賀少華.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2007，（3）：74-76.

[3]郭青龍.電子式電能表可靠性預(yù)計(jì)方法研究及應(yīng)用[D].南京：南京師范大學(xué)，2013.

作者簡介：張世熙（1987-），男，山西文水人，本科，工程師，現(xiàn)場檢驗(yàn)科，研究方向：電能計(jì)量裝置現(xiàn)場檢驗(yàn)、電能數(shù)據(jù)采集。