智能电网中智能电表的应用与实践

智能电网中智能电表的应用与实践

乔新曙

（宁夏吴忠供电公司宁夏吴忠751100）

摘要：近年来，随着我国的经济实力不断增长，用电需求不断增加，电力体制的改革势在必行。伴随着电力事业的推进，智能化电网的建立和推广应运而生。于此同时，智能电表也随之产生。基于此，本文探讨了智能电网中智能电表的应用与实践。

关键词：智能电表；应用；实践

一、智能电表的定义

智能电表是智能电网的智能终端，是应用计算机技术、通讯技术等，形成以智能芯片（如CPU）为核心，具有电功率计量计时、记费、与上位机通讯、用电管理等功能的电度表，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。

二、智能电表在智能电网中的应用

1电费结算

传统的电表在电费结算过程中需要大量的人员参与，耗时效率低，极易出现信息的混乱、错计、漏计等低级错误。借助智能电表可以完成传统电表的功能，还具有简化以往费用财务处理的繁琐流程。在当前大力推进智能电网的潮流中，调度人员可以通过智能电表及时、便捷地了解各地用电，尽量满足各地区的用电需求。提前做好电能费用的预算，实现准确、高效的服务质量。此外，电力用户也可以获取自己的用电情况以及相关的用电财务信息。

2配电网络实时状态估计

由于电力网络容易受到谐波等诸多因素的影响，通过潮流计算获取的信息准确性不高，按照网络模型和负载估计值等综合处理后获得的数据，在结合用户侧的信息容易造成电能质量的恶化，故智能电网的应用，可对配电状态进行有效估计，准确得到负载量及相关信息，及时发现电能质量出现变化的源头或用户设备即将达到过负荷运行，提前做好防御措施，尽可能减少不必要的损失。

3用户能量管理和节能

构建用户能量管理系统平台，利用智能电表提供的能耗信息反馈给不同的电力用户，为用户提供优质的电力服务，对于分散的用电设备客户，为其提供科学合理的用电方案，尽量减少不必要的电力消耗和浪费，有助于用户利益最大化。对智能电表的管理还包括对表计时的定时访问和定期维护，确保信息准确无误。用户也可以借助智能电表提供的信息，尽量选择低估时段和低价时段用电，养成节能的用电习惯。

4对电网相关故障检测

智能电表内部具有记忆功能，在出现故障的情况下，可以通过内部芯片进行阶梯式查找快速定位，对于发出的异常信号和设备预警，能够尽早处理，给设备维护人员提供了便利。在故障排除的同时，对线路设备等相关设施也进行了例行检查。此外，智能电表的统一管理，对表计信息库的维护和数据的确认保存，为表计的安全运行和用户信息的完整提供了保障。

5智能电表带来的收益

①提高供电公司的经济效益。以智能电表为基础建立的智能计量系统，可以为企业应用提供高效、简捷的解决策略。同时系统还能计时发现并解决问题。有利于提高工作人员的工作效率和服务态度，大幅度地减少工作人员的压力，减少低端性错误。

②提高电力用户的收益。智能电表可以为用电客户及时反映用电情况和财务信息，通过显示电网电价拍卖，用户可以参与到电力市场的运作当中，利用弹性电力市场电价，获取相应的最大收益。

③电力市场的收益。尽可能地让分布式能源为电力市场提供部分电力支持，尤其在高峰用电时段。增强市场的调节能力，灵活电价，减少高耗能性产电，采用环保型发电。

三、智能电能表的总体实践思路框架

1硬件设计

从智能电能表的总体设计框架来看，可以将硬件分成五个主要的部分，如图1所示。其中，主机和计量芯片的选择十分重要，计量芯片是进行电力品质计算和电能分析的主要组件，因此将其分离出来进行专门的功能管理，例如费率管理、存储管理、通信等。

①CPU核心模块。该部分基于ATmega64L构件，并与MAXQ3180通信，以读取最新的相关电力参数，并使用一定的算法计算，从而获取必要数据并将其显示到输出设备上。电源监视器主要用于对电压进行监视，以保证电压的正常范围，从而保护CPU正常工作。电存储器的非易失性、读写快、读写寿命长的特点对CPU的正常运行具有重要意义，主要用于保存仪表的既定参数。按键扫描电路则主要用于显示和参数的设定。

②输入模块。该模块分为三相三线与三相四线两类接线方式，主要包括电流转换电路、电压转换电路和采样电路三部分。电流和电压调理电路是使用电流、电压互感器，其输出信号通过调理后转换成电压信号，再被传送到电压、电流输入设备中进行信号变换。

③输出模块。输出模块使用TCP/IP协议进行输出，输出模块使用STM32F107微控制器通过串行接口和CPU通信，并把CPU读取的相关数据传送到微控制器上。这样，智能电能表就构建了一个以太网的通信接口，方便通信网络的构建。

④电源开关模块。电源开关模块能够输出两组5V、一组15V的直流电压，从而保证CPU、输入输出模块和显示模块的电源供应。

⑤显示模块。显示模块是一个相对独立的部分，即通过显示器将各类电力品质参数显示出来。

2软件设计

智能电能表的软件部分主要包括显示程序、键盘程序、监控程序、数据处理程序、设定程序、校正程序、滤波程序、时钟程序、通信程序和算法程序等，通常使用C语言进行编程，软件结构使用了模块化的设计方式。智能电能表在使用的过程中，不仅能够对电度进行测量，还能测量电压、电流、功率、功率因数等品质参数。通常情况下，对单相两线、三相三线和三相四线系统，都是将一次电流和电压信号通过互感器转换成标准电压和电流信号，然后再经过二次电流和电压互感器转换成电流信号，最后再使用取样电阻获取相应的电压信号，并传送至计量芯片上，由ATmega64L控制器通过总线获取需要的电能品质参数。因为二次电流、电压互感器的输入、输出信号间存在相移的情况，因此会出现一个角差，这会对功率和电度等产生较大的影响。目前，市场上常用的产品是使用二次电流和电压互感器的副边使得硬件电路增加来补偿相移的。由于二次电流和电压互感器离散性较强，实现起来比较复杂。另外，还有使用放大器放大二次电流和电压互感器处理的信号，然后再传送到微控制器进行采样，同时使用电位器进行调节，这会在温度变化和振动时降低测量的精度。而计量芯片对滤波和限幅直接处理后会对电流和电压信号采样，然后通过补偿相角，除掉硬件补偿电路和信号放大电路，同时也不需要电位器进行满量程和零点调节，从而显著提高了测量精度。

MAXQ3180能够提供大部分的品质参数，且只需要进行做简单处理就能够进行显示、存储、显示和传输。另外，它还能提供基波电能、谐波电能、分相电流和电压的谐波均方根，这对电力质量的监控是很重要。

结语

随着全球信息化的推进及先进技术的发展，中国智能电网的发展将遇到前所未有的机遇。而智能电表作为智能电网的神经末梢，会在人民群众的日常生活中发挥更大的作用，具有着非常广阔的应用前景。

参考文献：

[1]宋建彬.浅谈智能电表的应用前景[J].黑龙江科技信息.2014（08）

[2]高健.探索和分析智能电表特点和应用[J].电子技术与软件工程.2014（20）

作者简介：

乔新曙，1971年11月，女，宁夏吴忠人，宁夏吴忠供电公司抄表收费核算员，单位；宁夏吴忠供电公司，研究方向，智能电网。