前言

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智能電網(wǎng)作為美國總統(tǒng)奧巴馬經(jīng)濟(jì)刺激方案的重要項(xiàng)目之一，幾乎在一夜之間“成名”，而且美國還為此制定了35億美元規(guī)模的預(yù)算。

5月21日，國家電網(wǎng)公司總經(jīng)理劉振亞在“2009特高壓輸電技術(shù)國際會(huì)議上”指出：“國家電網(wǎng)將立足自主創(chuàng)新，加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級(jí) 電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。”這是此前一直保持緘默的國家電網(wǎng)首次正面對(duì)智能電網(wǎng)作出回應(yīng)。

智能電網(wǎng)首先應(yīng)當(dāng)是一個(gè)堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)，堅(jiān)強(qiáng)是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，智能是堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)充分發(fā)揮作用的關(guān)鍵。中國電網(wǎng)的目標(biāo)就是要建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能、堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動(dòng)的現(xiàn)代電網(wǎng)。

國家電網(wǎng)將按照統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、試點(diǎn)先行、整體推進(jìn)的原則，在加快建設(shè)由1000千伏交流和±800千伏、±1000千伏直流構(gòu)成的特高壓骨干網(wǎng) 架，實(shí)現(xiàn)各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的同時(shí)，圍繞發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度等主要環(huán)節(jié)和信息化建設(shè)等方面，分階段推進(jìn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展。到2020年，將 全面建成統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，使電網(wǎng)的資源配置能力、安全穩(wěn)定水平以及電網(wǎng)與電源和用戶之間的互動(dòng)性得到顯著提高。

堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)以堅(jiān)強(qiáng) 網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐，以智能控制為手段，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個(gè)環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級(jí)，實(shí)現(xiàn)“電力流、信 息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，是堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動(dòng)的現(xiàn)代電網(wǎng)。而國外的智能電網(wǎng)側(cè)重在配電和用戶側(cè)，重點(diǎn)研發(fā)可再生 能源和分布式電源并網(wǎng)技術(shù)，電動(dòng)汽車與電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行技術(shù)以及電網(wǎng)與用戶的雙向互動(dòng)技術(shù)。”

根據(jù)預(yù)計(jì)，2020年中國可再生能源裝機(jī)將達(dá) 到5.7億千瓦，占總裝機(jī)容量的35%，每年可減少煤炭消耗4.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳13.8億噸。其中，風(fēng)能、太陽能等非水電的可再生能源比例將 大大提高，而這些間歇性可再生能源的大規(guī)模利用將對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)提出挑戰(zhàn)，而智能電網(wǎng)將可以很好地解決此問題。

對(duì)此，，智能電網(wǎng)不會(huì)改變傳 統(tǒng)電網(wǎng)的形態(tài)，不可能改變電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律和基本理論，只會(huì)在傳統(tǒng)電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上更清潔、高效。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的主要作用表現(xiàn)為，通過建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能 電網(wǎng)，提高電網(wǎng)大范圍優(yōu)化配置資源能力，實(shí)現(xiàn)電力遠(yuǎn)距離、大規(guī)模輸送，滿足經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)電力的需求。

通過建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，將實(shí)現(xiàn)可再生能源集約化開發(fā)、大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸送和高效利用，改善能源結(jié)構(gòu)。此外，通過建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)各類集中、分布式電源、儲(chǔ)能裝置和用電設(shè)施并網(wǎng)接入標(biāo)準(zhǔn)化和電網(wǎng)運(yùn)行控制智能化，提高電力系統(tǒng)資產(chǎn)的運(yùn)營效益和全社會(huì)的能源效率。

國家電網(wǎng)智能電網(wǎng)戰(zhàn)略研究對(duì)發(fā)展智能電網(wǎng)提出了框架性的發(fā)展目標(biāo)，國家電網(wǎng)公司將分三個(gè)階段推進(jìn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)。2009年—2010年是規(guī)劃試點(diǎn)階 段，重點(diǎn)開展堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，制定技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)，開展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和設(shè)備研制，開展各環(huán)節(jié)的試點(diǎn);2011年—2015年是全面建設(shè)階段，將加快 特高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)運(yùn)行控制和互動(dòng)服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用;2016年—2020年是引領(lǐng)提升階段， 將全面建成統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，技術(shù)和裝備達(dá)到國際先進(jìn)水平。屆時(shí)，電網(wǎng)優(yōu)化配置資源能力將大幅提升，清潔能源裝機(jī)比例達(dá)到35%，分布式電源實(shí)現(xiàn)“即插 即用”，智能電表普及應(yīng)用。

1.2 智能電表背景介紹

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,電力已經(jīng)成為國家的最重要能源。就民 用電力來說,由于人民物質(zhì)生活的極大豐富,生活質(zhì)量迅速提高,對(duì)電力的需求也越來越大。但是,當(dāng)前居民用電的管理過于落后,居民用電管理收費(fèi)多年來一直采 用先用電、后抄表、再付費(fèi)的傳統(tǒng)作業(yè)方式。居民用電絕大多數(shù)實(shí)行“分表制”,即若干集中居住的家庭(一個(gè)居住單元或若干居住單元的集合)使用一個(gè)總的電 表,每戶裝一個(gè)分電表,電力部門抄表員抄收總電表的電量,作為居民交付電費(fèi)的依據(jù)。

居委會(huì)或物業(yè)管理部門還需去抄取各家電表的讀數(shù),按 比例收取電費(fèi)。這種用電管理模式,給居民帶來諸多不便,而且增加了管理人員的工作。據(jù)統(tǒng)計(jì),僅電力部門的抄表隊(duì)伍人數(shù)就數(shù)以萬計(jì),且人為方式弊端多,工作 效率低,給管理部門造成了人力、物力、時(shí)間上的極大浪費(fèi)。為了適應(yīng)社會(huì)的需要,保證用戶安全、合理、方便地用電,對(duì)傳統(tǒng)的電表和用電的管理模式進(jìn)行改造, 使之符合社會(huì)發(fā)展的需要就顯得很有必要。

長期以來,我國生產(chǎn)的交流電度表均為感應(yīng)式機(jī)械電度表,幾十年來不得不采用人工抄讀電表的原始 方式。目前全國大部分電力公司、電業(yè)局完成了用電營業(yè)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。但作為用電管理最重要也是最基礎(chǔ)的用電數(shù)據(jù)仍采用原始落后的人工抄收的 方法,不但勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低,而且還會(huì)存在抄表不到位、估抄、漏抄、錯(cuò)抄、錯(cuò)算及抄表周期長等問題,對(duì)竊電的防治更無從談起。在社會(huì)走向信息化,網(wǎng)絡(luò) 化,電力系統(tǒng)大踏步現(xiàn)代化的今天,手工抄表更是與無人值班等高度的自動(dòng)化形成了鮮明對(duì)比,成為制約供電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理的一大障礙。就系統(tǒng)的完整性而言,電 力系統(tǒng)從發(fā)電,配電,傳輸一直到區(qū)域變電所已基本實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理,而唯獨(dú)用戶終端沒有和網(wǎng)絡(luò)連接上,造成了系統(tǒng)的不完整,直接或間接的影響了系統(tǒng)潛能的發(fā) 揮。

正是由于以上背景,智能電度表應(yīng)運(yùn)而生。所謂智能電表,就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù),通訊技術(shù)等,形成以智能芯片(如CPU)為核心,具有電功率計(jì)量計(jì)時(shí)、記費(fèi)、與上位機(jī)通訊、用電管理等功能的電度表。

智能電表的現(xiàn)狀

目前,國內(nèi)智能電度表從結(jié)構(gòu)上大致可分為機(jī)電一體式和全電子式兩大類。機(jī)電一體式,即在原機(jī)械式電度表上附加一定的部件,使其既完成所需功能,又降低造 價(jià)且易于安裝,一般而言其設(shè)計(jì)方案是在不破壞現(xiàn)行計(jì)量表原有物理結(jié)構(gòu),不改變其國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上加裝傳感裝置變成在機(jī)械計(jì)度的同時(shí)亦有電脈沖輸出的智 能表,使電子記數(shù)與機(jī)械記數(shù)同步,其計(jì)量精度一般不低于機(jī)械計(jì)度式計(jì)量表。這種設(shè)計(jì)方案采用原有感應(yīng)式表的成熟技術(shù),多用于老表改造。全電子式則從計(jì)量到 數(shù)據(jù)處理都采用以集成電路為核心的電子器件,從而取消了電表上長期使用的機(jī)械部件,與機(jī)電一體化電度表相比具有電表體積減小,可靠性增加,更加精確,耗電 減少,并且生產(chǎn)工藝大大改善,不必只在原有意義上的專業(yè)電度表廠生產(chǎn)等優(yōu)越性,最終會(huì)取代帶有機(jī)械部件的計(jì)量表。

傳統(tǒng)的電表可以分為單向機(jī)電式，單向電子式，多向機(jī)電式，多向電子式。從2007年開始，到預(yù)期的2011年，各種電表在實(shí)際使用中所占的比例如圖1所示：

而電度表作為電費(fèi)收取的計(jì)量依據(jù),涉及到一個(gè)抄表問題,因此有必要從電度表的抄表方式進(jìn)行分類。從現(xiàn)行技術(shù)來看主要有IC卡式,遠(yuǎn)傳抄表式。

2.1 IC卡電表收費(fèi)系統(tǒng)

IC卡電表收費(fèi)系統(tǒng)的成本較低、可靠性高、使用壽命長。IC卡是用硅片(EEPROM)來存儲(chǔ)信息的,一張IC卡至少也可以使用10年以上。IC卡電表收 費(fèi)系統(tǒng)安全性高,不易仿制,收費(fèi)準(zhǔn)確,不易出錯(cuò)。它具有很強(qiáng)的加密性。采用IC卡電表收費(fèi)系統(tǒng)可提高居民用電收費(fèi)的管理水平,確保電力部門能及時(shí)收到電費(fèi) (用戶不繼續(xù)買電,將被斷電)。IC卡表的系統(tǒng)功能包括預(yù)收費(fèi)功能,報(bào)警功能,斷電功能,顯示功能和加密功能。

IC卡表的整個(gè)收費(fèi)系統(tǒng) 包括主機(jī),IC卡電表和IC卡三部分。IC卡電表收費(fèi)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了用電收費(fèi)電子化,其技術(shù)成熟可靠,電力部門可以不必再為收費(fèi)問題而發(fā)愁。所以,IC卡收 費(fèi)系統(tǒng)在我國得到了較大范圍的推廣。但是,從系統(tǒng)的角度來看,由于用戶終端與系統(tǒng)主機(jī)并沒有直接聯(lián)系,只有在用戶持卡交費(fèi)時(shí)才能了解到用戶情況,信息反饋 滯后,可以講,用戶終端仍然與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)脫節(jié)。從經(jīng)濟(jì)角度來看電力部門先收費(fèi)后送電不符合經(jīng)濟(jì)政策,可以說在一定程序上侵犯了用戶的利益,所以現(xiàn)在有許多城 市已經(jīng)原則上不再審批新的IC卡表項(xiàng)目,從長遠(yuǎn)來看,IC卡收費(fèi)系統(tǒng)只能作為一種過渡性產(chǎn)品。

2.2 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)

遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用電數(shù)據(jù)的自動(dòng)抄收,可杜絕人工操作的一切弊端。用戶的用電數(shù)據(jù)可直接進(jìn)入用電營業(yè)的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng),用電管理人員可隨時(shí)監(jiān)視用電 情況,發(fā)現(xiàn)問題(如故障、竊電等)及時(shí)處理。線損情況直接影響著供電部門的經(jīng)濟(jì)效益,以前不管人工抄讀還是IC卡表都無法準(zhǔn)確計(jì)量線損情況,找到線損原因 也很困難,而采用遠(yuǎn)傳抄表后可以幾乎同時(shí)取得總表讀數(shù)和分表總讀數(shù),隨時(shí)掌握線損情況,并較容易地分析線損原因以便加以處理。隨著形勢(shì)的發(fā)展,居民在銀行 開設(shè)個(gè)人賬戶,營業(yè)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)與銀行聯(lián)網(wǎng),完成數(shù)據(jù)的自動(dòng)抄收、處理、銀行轉(zhuǎn)賬交費(fèi)等全套操作,可真正實(shí)現(xiàn)用電管理的自動(dòng)化?，F(xiàn)在國內(nèi)的遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng) 主要有485總線和載波抄表兩種形式,載波集抄系統(tǒng)是利用專用芯片對(duì)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制解調(diào),通過電力線進(jìn)行通訊以實(shí)現(xiàn)集中抄表。485總線方式的數(shù)據(jù)傳輸 可靠性高,且造價(jià)較低,缺點(diǎn)是需布線,安裝較復(fù)雜,另外拉線易被人為破壞,特別是現(xiàn)在許多小區(qū)不允許拉明線,使這種總線方式難于施工。現(xiàn)在采用較多的方案 是用戶終端到數(shù)據(jù)集中器采用電力線載波通訊,數(shù)據(jù)集中器到上位機(jī)用專用電話線。當(dāng)然,根據(jù)小區(qū)的不同情況,也有很多采取485總線與電力載波配合使用的方 案。在由中國計(jì)量協(xié)會(huì)電能計(jì)量分會(huì)主力的’99全國低壓電力線載波抄表技術(shù)研討會(huì)上,低壓電力線載波抄表系統(tǒng)已被國家電力公司列為推薦模式。認(rèn)為這是一套 技術(shù)先進(jìn),符合實(shí)際需要,極具開發(fā)潛力的系統(tǒng)。

智能電表的原理和特點(diǎn)

3.1 智能電表的構(gòu)成和原理

電子式智能電表,是在電子式電表的基礎(chǔ)上,近年來開發(fā)面世的高科技產(chǎn)品,它的構(gòu)成、工作原理與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表有著很大的差別。感應(yīng)式電表主要是由鋁 盤、電流電壓線圈、永磁鐵等元件構(gòu)成,其工作原理主要是通過電流線圈與可動(dòng)鉛盤中感應(yīng)的渦流相互作用進(jìn)行計(jì)量的。而電子式智能電表主要是由電子元器件構(gòu) 成,其工作原理是先通過對(duì)用戶供電電壓和電流的實(shí)時(shí)采樣,再采用專用的電能表集成電路,對(duì)采樣電壓和電流信號(hào)進(jìn)行處理,并轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出, 最后通過單片機(jī)進(jìn)行處理、控制,把脈沖顯示為用電量并輸出。

通常我們把智能電表計(jì)量一度電時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器所發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)稱之為脈沖常 數(shù),對(duì)于智能電表來說,這是一個(gè)比較重要的常數(shù),因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換器在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出脈沖數(shù)個(gè)的多少,將直接決定著該表計(jì)量的準(zhǔn)確度。目前智能電表大多都 采用一戶一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)原則,但也有些廠家生產(chǎn)的多用戶集中式智能電表采用多戶共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器,這樣對(duì)電能的計(jì)量只能采用分時(shí)排隊(duì)來進(jìn)行, 勢(shì)必造成計(jì)量準(zhǔn)確度的下降,這點(diǎn)在設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)該注意。

3.2 智能電表的特點(diǎn)

由于采用了電子集成電路的設(shè)計(jì),再加上具有遠(yuǎn)傳通信功能,可以與電腦聯(lián)網(wǎng)并采用軟件進(jìn)行控制,因此與感應(yīng)式電表相比,智能電表不管在性能還是操作功能上都具有很大的優(yōu)勢(shì)。

(1)功耗:由于智能電表采用電子元件設(shè)計(jì)方式,因此一般每塊表的功耗僅有0·6w~0·7w左右,對(duì)于多用戶集中式的智能電表,其平均到每戶的功率則更小。而一般每只感應(yīng)式電表的功耗為1·7w左右。

(2)精度:就表的誤差范圍而言,2·0級(jí)電子式電能表在5%~400%標(biāo)定電流范圍內(nèi)測(cè)量的誤差為±2%,而且目前普遍應(yīng)用的都是精確等級(jí)為1·0 級(jí),誤差更小。感應(yīng)式電表的誤差范圍則為+0·86%~-5·7%,而且由于機(jī)械磨損這種無法克服的缺陷,導(dǎo)致感應(yīng)式電能表越走越慢,最終誤差越來越大。 國家電網(wǎng)曾對(duì)感應(yīng)式電表進(jìn)行抽查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)50%以上的感應(yīng)式電表在用了5年以后,其誤差就超過了允許的范圍。

(3)過載、工頻范圍: 智能電表的過載倍數(shù)一般能達(dá)到6~8倍,有較寬的量程。目前8~10倍率的表成正為越來越多用戶的選擇,有的甚至可以達(dá)到20倍率的寬量程。工作頻率也較 寬,在40HZ~1000HZ范圍。而感應(yīng)式電表的過載倍數(shù)一般僅為4倍,且工作頻率范圍僅為45~55HZ之間。

(4)功能:智能電 表由于采用了電子表技術(shù),可以通過相關(guān)的通信協(xié)議與計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),通過編程軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制管理。因此智能電表不僅有體積小的特點(diǎn),還具有了遠(yuǎn)傳控 制(遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程斷送電)、復(fù)費(fèi)率、識(shí)別惡性負(fù)載、反竊電、預(yù)付費(fèi)用電等功能,而且可以通過對(duì)控制軟件中不同參數(shù)的修改,來滿足對(duì)控制功能的不同要求, 而這些功能對(duì)于傳統(tǒng)的感應(yīng)式電表來說都是很難或不可能實(shí)現(xiàn)的。

智能電表的發(fā)展方向

隨著智能電表的使用越來越廣泛，對(duì)我們的生活也產(chǎn)生了越來越多的有利影響，同時(shí)也在潛移默化的改變著我們的生活。

根據(jù)中國電網(wǎng)提出了總體規(guī)劃，并總結(jié)我國10年來電網(wǎng)電表的發(fā)展，我們可以得出圖2中顯示的結(jié)論：

要實(shí)現(xiàn)電表集中自動(dòng)抄表,其前提是電表需首先實(shí)現(xiàn)智能化,這樣才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)出戶,以達(dá)到集中抄表的目的,目前國內(nèi)外常見的應(yīng)用于集中抄表的電表有以下幾種形式。

4.1 機(jī)電結(jié)合的電度表

第一類機(jī)電結(jié)合的電度表,是在原有的機(jī)械表的基礎(chǔ)上,加裝電子式計(jì)數(shù)裝置和相應(yīng)的控制、通訊電路,或加上IC卡讀寫接口以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量計(jì)費(fèi)和控制;其基 本結(jié)構(gòu)是在原有機(jī)械電度表的轉(zhuǎn)盤上打孔或涂(貼)上能吸收光線的材料,通過光電轉(zhuǎn)換,將機(jī)械轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)變換成電脈沖信號(hào),再進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)數(shù)處理。這類電度 表由于其計(jì)量原理沒有改動(dòng),其計(jì)量精度和特性與機(jī)械表完全一樣,而成本相對(duì)較高,其優(yōu)勢(shì)在于能充分利用現(xiàn)已安裝使用中的大量的機(jī)械電度表,且其計(jì)量原理為 大眾所熟悉而容易接受。

另一類機(jī)電結(jié)合的電度表則是采用電子式計(jì)量電路在獲得數(shù)字式脈沖信號(hào)后,通過微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)字碼轉(zhuǎn)輪得到電能計(jì)數(shù) 值,這種結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)潔可行的電子式電度表的方案,但遺憾的是其對(duì)計(jì)量電路的要求較高,即要求所有的表都按一個(gè)固定的比例將電能值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)量的數(shù)字脈 沖,才能按正確的速度驅(qū)動(dòng)微電機(jī)以轉(zhuǎn)動(dòng)字輪。這個(gè)比例就是所謂的電表常數(shù)(imp/kWh),由于電路中所用的決定脈沖速度的定時(shí)元件大都是參數(shù)離散性較 大的阻容元件,為了保證電度表的計(jì)量精度和產(chǎn)品的一致性,就必須在生產(chǎn)過程中加強(qiáng)對(duì)元件的篩選和對(duì)半成品的調(diào)校,也就是說要增加相應(yīng)的人力物力的投入并要 延長生產(chǎn)周期,從而使電度表的生產(chǎn)費(fèi)用和成本有所增加。另外這種結(jié)構(gòu)的電度表在數(shù)據(jù)收集和用戶繳費(fèi)方式上與老式的機(jī)械表沒什么區(qū)別,應(yīng)屬淘汰產(chǎn)品。

4.2 全電子式電度表

全電子式電度表則是當(dāng)今國內(nèi)最先進(jìn)的一類電度表,其采用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)和專門設(shè)計(jì)的電能測(cè)量集成電路,具有計(jì)量精度高、可防止竊電、自身損耗低和可靠 性高等特點(diǎn)。其中的一些型號(hào)還具有復(fù)式計(jì)費(fèi)功能。由于此類電度表的用電量數(shù)據(jù)已經(jīng)數(shù)字化,可以很方便地與各種數(shù)據(jù)收集傳送電路配合組成自動(dòng)計(jì)量計(jì)費(fèi)的系 統(tǒng),是現(xiàn)行家用電度表的換代產(chǎn)品,該類產(chǎn)品的大量使用將節(jié)省供電部門大量的抄表計(jì)算工作,并能及時(shí)回收電費(fèi)(先付費(fèi)后用電),具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效 益。

關(guān)于抄表方案,國內(nèi)近幾年流行以下幾種模式:

 (1)總線制集中抄表:電表部分采用智能電表,各戶智能電表信號(hào)線并接在一根總線上,總線連接到樓下轉(zhuǎn)接器,各樓轉(zhuǎn)接器與小區(qū)的集中器相連,由集中器集中供電。

 (2)電力載波抄表:電力載波集中抄表系統(tǒng)是直接利用現(xiàn)有低壓輸電線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募谐硐到y(tǒng),省去了鋪線工程,優(yōu)勢(shì)明顯。該系統(tǒng)集微電子技術(shù)、通 訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新產(chǎn)品,具有高可靠且安裝簡(jiǎn)單等顯著特點(diǎn),廣泛適用于城市及農(nóng)村的電表、氣表抄收、計(jì)費(fèi)和監(jiān)控。但由于電力線是給用電設(shè)備傳 送電能的,而不是用來傳送數(shù)據(jù)的,所以電力線對(duì)數(shù)據(jù)傳輸有許多限制:(1)配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用,所以電力載波信號(hào)只能在一個(gè)配電變壓器區(qū) 域范圍內(nèi)傳送;(2)不同信號(hào)耦合方式對(duì)電力載波信號(hào)損失不同;(3)電力線存在本身固有的脈沖干擾。另外電力線上的高削減、高噪聲、高變形,使電力線成 為一個(gè)不理想的通信媒介,但由于現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展,使電力線載波通信成為可能,其中數(shù)據(jù)信號(hào)的信噪比決定傳輸距離的遠(yuǎn)近。電力線載波通信的關(guān)鍵就是選用 一個(gè)功能強(qiáng)大的電力線載波專用Modem芯片。

全電子式電度表系統(tǒng)組成：

(1)遠(yuǎn)傳表。具有脈沖輸出的水表、電表、氣表、熱表等計(jì)量表為遠(yuǎn)傳表,其計(jì)量方式與傳統(tǒng)表一樣,不同的是在原基表上增加了脈沖輸出功能,每個(gè)脈沖代表一定的計(jì)量值。采集器通過遠(yuǎn)傳表脈沖輸出端口采集脈沖。

 (2)采集器。采集器能同時(shí)采集水表、電表、氣表、熱表等輸出的脈沖信息,并將這些脈沖信息轉(zhuǎn)換成計(jì)量認(rèn)可的物理量,存儲(chǔ)在各采集器的存儲(chǔ)器中,通過管理微機(jī),可以查詢系統(tǒng)中任意一戶的耗能信息,并在管理微機(jī)的抄表等命令下將用戶信息上傳。

 (3)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器的主要任務(wù)為:完成與采集器的數(shù)據(jù)通信工作,向采集器下達(dá)電量數(shù)據(jù)凍結(jié)命令,定時(shí)循環(huán)接收采集器的電量數(shù)據(jù)或根據(jù)系統(tǒng)要求接收某個(gè) 電表或某組電表的數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)要求完成與主站的通訊,將用戶用電數(shù)據(jù)等主站需要的信息傳送到主站數(shù)據(jù)庫中。下行通道指的是轉(zhuǎn)換器與采集器之間的通信線 路,主要有總線抄表系統(tǒng)、載波抄表系統(tǒng)和紅外抄表系統(tǒng)等三種方式。通信信道上行通道指的是轉(zhuǎn)換器與主站之間的通信線路,可以采用電話、無線、專線等通信介 質(zhì)。

 (4)系統(tǒng)管理軟件功能。系統(tǒng)管理軟件以通訊為基礎(chǔ),以數(shù)據(jù)庫為核心,提供數(shù)據(jù)處理、查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、備份等功能;采用面向?qū)ο?和模塊化相結(jié)合的方法,靈活支持不同客戶的要求,如特殊格式報(bào)表,權(quán)限控制等;持客戶原有的管理系統(tǒng),可與其它管理軟件接口,提供數(shù)據(jù)接口和通訊接口,具 有網(wǎng)絡(luò)通訊功能;可同時(shí)管理多個(gè)小區(qū),對(duì)各小區(qū)設(shè)置通訊參數(shù);電表管理,設(shè)置電表的原始參數(shù)、地址、及其狀態(tài);費(fèi)率管理,可任意設(shè)置多種費(fèi)率,設(shè)置各能源 的單價(jià);用戶管理,管理和控制每戶的用量,管理用戶的結(jié)算方式;實(shí)時(shí)抄表功能,系統(tǒng)可抄取各能源表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);費(fèi)用自動(dòng)計(jì)算,實(shí)現(xiàn)將公共能源損耗平均分?jǐn)?或按比例分?jǐn)偟矫繎舨⒏鶕?jù)查表數(shù)據(jù)和單價(jià),自動(dòng)計(jì)算每產(chǎn)應(yīng)交費(fèi)用,以便向用戶收費(fèi);打印功能,打印各用戶費(fèi)用清單;查詢功能,可隨時(shí)查詢?nèi)我粦簟⑷我粏卧?全部住戶及整個(gè)小區(qū)內(nèi)所有住戶的耗能信息。

4.3 無線抄表

無線抄表是利用空間的無線信道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的,這樣的抄 表方式毋須置疑是最為簡(jiǎn)單、方便的抄表模式,甚至在最近建設(shè)部某通訊規(guī)約的討論稿中也初定了三表無線抄表使用的無線電頻點(diǎn),但無線數(shù)據(jù)傳輸存在著在建筑物 對(duì)無線電信號(hào)的反射、吸收等作用下,信號(hào)傳輸不穩(wěn)定的問題,另外表具安裝位置、空間抗擾等也對(duì)其穩(wěn)定工作有較大影響,同時(shí)無線電表產(chǎn)品自身也存在功耗等問 題,因此該模式概念上雖然都很好,但真正大面積推廣應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)臍v程。舊的事物消亡,新的事物產(chǎn)生,是辯證唯物主義發(fā)展觀中事物發(fā)展規(guī)律必然趨勢(shì),同樣 智能電表的發(fā)展是也是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步而必然前進(jìn)的,市場(chǎng)的需求也進(jìn)一步推動(dòng)了該產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步,因此,無論各地的用水管理部門還是智能電表生產(chǎn)廠家, 都迫切需要有一個(gè)規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn),以使目前的電表行業(yè)早日步入規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展道路。

結(jié)論與展望

當(dāng)前,全國電力供 需矛盾突出,加強(qiáng)電力需求管理,控制不合理用電也是節(jié)約。實(shí)現(xiàn)電力需求管理和綜合電力資管理,是電力供應(yīng)發(fā)展的方向。集中式智能電能表不僅能現(xiàn)電能計(jì)量、 還能實(shí)現(xiàn)電能控制。當(dāng)電力充足時(shí),可復(fù)費(fèi)電計(jì)量,降低電價(jià),鼓勵(lì)用電;電力供用緊張時(shí),可限制用電或止供電,提高電價(jià),保證重點(diǎn)用電需求?，F(xiàn)在我國城鎮(zhèn)通 訊絡(luò)已比較完備,并已延伸到各個(gè)角落,應(yīng)用集中式智能電能構(gòu)建智能電能管理系統(tǒng),并結(jié)合通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù),建立電能計(jì)，遠(yuǎn)程抄表?用電負(fù)荷控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)電力 供需平衡,保證網(wǎng)安全有著廣闊的應(yīng)用前景,也為實(shí)現(xiàn)電力需求側(cè)管理提了一條新途徑。

智能抄表系統(tǒng)是利用當(dāng)代微機(jī)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)與計(jì) 量技術(shù)的完美結(jié)合，集能耗計(jì)量、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理于一體，將城市居民能耗信息與綜合處理相結(jié)合的系統(tǒng)。該系統(tǒng)使公用事業(yè)部門及物業(yè)管理部門從根本上減輕 人工上門抄表的繁雜勞動(dòng)。準(zhǔn)確而便捷的收費(fèi)系統(tǒng)，既可節(jié)省人力，又可減少相關(guān)事業(yè)部門與客戶之間的糾紛，不但能提高管理部門的工作效率，也適應(yīng)了現(xiàn)代用戶 對(duì)繳費(fèi)的新需求。

本文充分利用了居民住宅現(xiàn)有的電表資源和通訊資源，借助RS一85通訊的便利，建立了集底層電表層、中層數(shù)據(jù)集中層以 及上層上位機(jī)的人機(jī)界面管理一體的智能遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用了單片機(jī)作為中央處理單元，具有硬件簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、可移植性強(qiáng)、安裝及維護(hù)方便、環(huán)境適 應(yīng)能力強(qiáng)、成本較低等特點(diǎn)。但是，由于條件和測(cè)試手段的限制，本系統(tǒng)還需要在實(shí)用環(huán)境進(jìn)行檢驗(yàn)，針對(duì)使用過程中出現(xiàn)的硬件和軟件問題來進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，最終 實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的固化，形成比較成熟的抄表系統(tǒng)產(chǎn)品。

雖然論文作了一些的研究調(diào)查，以及總結(jié)工作，但整個(gè)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)相當(dāng)大的系統(tǒng)工程，由于時(shí)間和條件限制，論文只作了其中一部分研究，仍存在一些問題需要今后去研究解決。隨著技術(shù)工作者的不斷努力，不久就會(huì)有更趨完善的方案的出現(xiàn)。