泛在電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下新一代智能電能表技術(shù)展望

陳小飛

摘 要 對(duì)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，最重要的組成部分之一就是全新的智能電能表，其除了具有基本的電力計(jì)量屬性外也要匹配電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展情況，智能電能表技術(shù)的發(fā)展情況直接影響著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展情況。本文簡(jiǎn)要闡述泛在電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下新一代智能電表技術(shù)方向，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人士有所幫助。

關(guān)鍵詞 泛在電力物聯(lián)網(wǎng);智能電能表;技術(shù)展望

引言

相對(duì)于傳統(tǒng)智能電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是建立在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)物聯(lián)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、通信網(wǎng)中各種設(shè)備的數(shù)據(jù)互聯(lián)和共享，具有更加廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。而新一代智能電表作為電力物聯(lián)網(wǎng)中最重要的傳感設(shè)備之一也需要具有更高的要求，在具有基本計(jì)量功能的同時(shí)也要滿足物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下業(yè)務(wù)的具體要求，所以其技術(shù)路線的先進(jìn)性是非常重要的，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下新一代智能電能表技術(shù)將呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展方向，對(duì)其進(jìn)行探討對(duì)于推動(dòng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 新一代智能電能表技術(shù)展望

1.1 模塊化、可編程電能表

智能電能表要發(fā)展為以智能芯片為核心，具有電功率計(jì)量計(jì)時(shí)、計(jì)費(fèi)、與上位機(jī)通訊、用電管理等功能，其主要實(shí)現(xiàn)分時(shí)智能計(jì)費(fèi)。主要是對(duì)電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行采集，并通過(guò)處理后輸入微處理器進(jìn)行運(yùn)算，最終實(shí)現(xiàn)電能準(zhǔn)確計(jì)量以及控制顯示。例如可以通過(guò)STC89C52單片機(jī)作為微處理器，利用電壓以及電流傳感器對(duì)于用戶電壓電流進(jìn)行采集，并在單片機(jī)中進(jìn)行電價(jià)計(jì)算。同時(shí)，在其中設(shè)置時(shí)鐘芯片，能夠有效提升STC89C52的精確度以及靈敏度，提升系統(tǒng)的時(shí)效性。另外，可以通過(guò)AD7755芯片實(shí)施電能的計(jì)量，適用于計(jì)量各種三項(xiàng)、單項(xiàng)配置條件下的有功、無(wú)功、視在電能。該芯片利用有功增益寄存器寫(xiě)入數(shù)據(jù)，能夠改變輸出產(chǎn)生的平均功率，有效降低了編程的復(fù)雜性。

總的來(lái)說(shuō)，新一代智能電能表要具有正方向有功電能量和四象限無(wú)功電能量的計(jì)量功能，并可以據(jù)此設(shè)置組合有功和組合無(wú)功電能量;具有分時(shí)計(jì)量功能，有功、無(wú)功電能量可對(duì)尖、峰、平、谷等各時(shí)段電能量及總電能量進(jìn)行累計(jì)、存儲(chǔ);可在約定的時(shí)間間隔內(nèi)，測(cè)量單向或雙向最大需量，分時(shí)段最大需量及其出現(xiàn)的日期和時(shí)間的需量測(cè)量功能;日歷、計(jì)時(shí)、閏年可自動(dòng)轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘功能;費(fèi)率和時(shí)段功能，它具有兩套可以任意編程的費(fèi)率和時(shí)段，并可在設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)啟用另一套費(fèi)率和時(shí)段。

1.2 移動(dòng)終端式電能表（手機(jī)電表）

移動(dòng)終端式電能表通過(guò)基表進(jìn)行電能的計(jì)量，并且可以通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)其管理。若是需要對(duì)其功能進(jìn)行升級(jí)，用戶可以簡(jiǎn)單的在電力企業(yè)指定網(wǎng)絡(luò)下載最新應(yīng)用版本即可。移動(dòng)終端式電能表可以實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議的通信（例如RS485、無(wú)線、紅外、藍(lán)牙等等），能夠?qū)⑵浔憷慕尤氲郊彝ゾW(wǎng)關(guān)當(dāng)中。用戶利用家庭網(wǎng)絡(luò)就可以從專業(yè)APP中查看自身所需數(shù)據(jù)，例如歷史電量情況、當(dāng)前的負(fù)荷狀態(tài)等等。另外，需要將APP的功能和現(xiàn)階段電力企業(yè)網(wǎng)上繳費(fèi)的APP進(jìn)行功能性重組，要確保電力交易的準(zhǔn)確性。

1.3 營(yíng)銷主站式電表（主站電表）

在基表方面，營(yíng)銷主站式電表和移動(dòng)終端式電表大體相同，區(qū)別在于營(yíng)銷主站電表基表可以和管理模塊通過(guò)串口SPI進(jìn)行通信。以無(wú)線通信技術(shù)以及高速電力線載波為基礎(chǔ)，通過(guò)5G移動(dòng)通信技術(shù)將大量的數(shù)據(jù)快速傳送給營(yíng)銷主站進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，這樣就增強(qiáng)了電能表、采集終端和營(yíng)銷主站之間的聯(lián)系，三者之間形成了綜合性電表。對(duì)于主站電表來(lái)說(shuō)，其上行接口利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以及電力線載波和新一代營(yíng)銷主站實(shí)施數(shù)據(jù)的通信。

為了能夠進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)處理能力以及計(jì)算能力、加強(qiáng)營(yíng)銷主站大數(shù)據(jù)的處理能力，需要建立起不同形式的營(yíng)銷主站，包括分布式主站、區(qū)域性主站等，以此來(lái)確保營(yíng)銷主站和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互。

1.4 電動(dòng)汽車的有序充電

電動(dòng)汽車有序充電可以實(shí)現(xiàn)低谷用電、高峰放電的有效用電方式，能夠大大提升電網(wǎng)設(shè)備利用率。用戶可以利用手機(jī)等移動(dòng)終端和客戶端能源路由器進(jìn)行連接，利用5G網(wǎng)絡(luò)和藍(lán)牙同時(shí)發(fā)送充電申請(qǐng)，客戶端能源路由器以及主站會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)邏輯設(shè)定充電計(jì)劃并發(fā)送給客戶端能源路由器。客戶端能源路由器會(huì)遵照“先到先處理”的基本原則實(shí)現(xiàn)有序充電。客戶端能源路由器可以利用RS485或者CAN通信方式對(duì)于充電樁進(jìn)行輸出功率控制，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的有序充電，具體如圖1所示。

1.5“多表合一”信息采集業(yè)務(wù)

城市的公共服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的有序進(jìn)行是確保人們正常生產(chǎn)生活的基礎(chǔ)，例如供水、供電、供熱、供氣等。“多表合一”的信息采集技術(shù)就是利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)于終端用戶不同類型數(shù)據(jù)（水電氣熱等）實(shí)施統(tǒng)一性采集以及傳輸。此技術(shù)的運(yùn)用不但能夠?qū)崿F(xiàn)水電氣熱的智能化管理，能夠?yàn)橹腔鄢鞘薪ㄔO(shè)打好基礎(chǔ)，同時(shí)也可以滿足用戶對(duì)于自身計(jì)量數(shù)據(jù)采集以及傳輸準(zhǔn)確性和可靠性的要求，能夠?qū)Ω鞣N資源進(jìn)行一體化采集，能夠有效提升服務(wù)水平和效率。在實(shí)施多表合一方案建設(shè)過(guò)程中，主要是利用現(xiàn)有用電信息采集系統(tǒng)主站和信道，同時(shí)對(duì)于電能表通信模塊進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，最終實(shí)現(xiàn)水表、電表、熱表以及氣表的數(shù)據(jù)采集，其基本系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示[1]。

2 新一代智能電能表的后續(xù)展望

隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)后續(xù)不斷發(fā)展，對(duì)于智能電能表進(jìn)行必要的升級(jí)改造已經(jīng)成為急需解決的問(wèn)題，需要建立起全面感知、廣泛互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)表計(jì)體系。國(guó)家電網(wǎng)公司正在積極開(kāi)展新一代智能電能表為基礎(chǔ)的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，在2019年已經(jīng)完成了新一代智能電能表的樣機(jī)研發(fā)，同時(shí)計(jì)劃在2020年發(fā)布全新的智能電能表企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以此為基礎(chǔ)推動(dòng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展。

在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，新一代智能電能表需要加快升級(jí)改造，需要有效實(shí)現(xiàn)信息的共享，能夠?qū)崿F(xiàn)電力企業(yè)和終端客戶的雙向互動(dòng)，提升用戶服務(wù)質(zhì)量。對(duì)于電力企業(yè)來(lái)說(shuō)，要確保新一代智能電能表在不同環(huán)境中能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，一旦發(fā)生異常問(wèn)題電能表可以自主感知周圍環(huán)境變化，同時(shí)可以主動(dòng)通知周邊與之相連的電能表并上報(bào)異常信息。另外，電能表需要遵照實(shí)際需要進(jìn)行功能性擴(kuò)展，并且保證操作的方便性。同時(shí)，電力用戶也可以利用掃碼等方式輕松實(shí)現(xiàn)用電，可以最大限度上發(fā)揮家庭能源路由器功能，一旦存在安全隱患就可以在線預(yù)警[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為今后一定時(shí)期最為主要的電力能源體系的發(fā)展方向，其中新一代智能電能表作為最主要的傳感設(shè)備，其技術(shù)發(fā)展情況直接影響著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。本文主要闡述了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下新一代智能電能表技術(shù)發(fā)展情況，能夠?qū)Ψ涸陔娏ξ锫?lián)網(wǎng)發(fā)展提供一定參考和幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 侯興哲，劉型志，鄭可，等.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下新一代智能電能表技術(shù)展望[J].電測(cè)與儀表，2019，（7）：15-17.

[2] 彭楚寧，羅冉冉，王曉東.新一代智能電能表支撐泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究[J].電測(cè)與儀表，2019，（8）：18-19.