智能電能表作為智能電網(wǎng)營銷業(yè)務(wù)、用電信息和能源分配的末端設(shè)備，覆蓋范圍極廣，在能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)過程中被賦予了新的使命及任務(wù)，新一代智能電能表在滿足基礎(chǔ)的計量功能外，更需要滿足智能設(shè)備的靈活接入，實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的感知、采集和控制，不斷適應(yīng)能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)需求與人民群眾日益多樣的服務(wù)需求。

當(dāng)前智能電能表

無法滿足未來能源互聯(lián)網(wǎng)末端應(yīng)用需求

智能電能表是智能電網(wǎng)末端的重要組成部分，目前已接入4.9億智能電能表，覆蓋率達到99%以上。此外，智能電能表的非計量功能已經(jīng)在配網(wǎng)運維管理、客戶體驗提升、服務(wù)國家能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型升級等多個方面提供了強有力的數(shù)據(jù)支撐。

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)對信息感知的深度、廣度和密度提出的更高要求，智能電能表的問題也逐漸顯現(xiàn)出來。

另外，國際法制計量組織（OIML）頒布的《R46有功電能表國際建議》對電能表的技術(shù)及性能提出了新的要求與思路。電能表在當(dāng)下及未來被賦予了新的使命及任務(wù)，新一代智能電能表的發(fā)展需充分考慮國際標準的先進思想，在滿足基礎(chǔ)的計量功能外，更需要借助其點多面廣、與用戶聯(lián)系緊密的應(yīng)用特點，拓展表計能源互聯(lián)網(wǎng)的特征屬性，為電力公司與用戶友好互動、協(xié)助用戶進行有效的能源管理以及提升臺區(qū)設(shè)備和綜合負荷的狀態(tài)感知提供幫助。

基于計量模組、管理模組、擴展模組

架構(gòu)設(shè)計的新一代智能電能表功能特點

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計

新一代智能電能表主要由計量模組、管理模組以及擴展模組三個部分構(gòu)成。

計量模組是新一代智能電能表的核心，承擔(dān)著法制計量的基本功能，保存了所有法制相關(guān)的電能、時間等原始數(shù)據(jù)，不僅為國家量值溯源和計量數(shù)據(jù)追溯提供法制依據(jù)，還為其他模組的數(shù)據(jù)應(yīng)用和業(yè)務(wù)實現(xiàn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

管理模組是新一代智能電能表的管理中心，采用可插拔式設(shè)計，通過標準化接口與計量模組、擴展模組建立連接，除具備營銷業(yè)務(wù)所要求的基本功能外，還負責(zé)其它模組的數(shù)據(jù)分發(fā)和管理工作。同時管理模組上加載輕量級操作系統(tǒng)，并部署多元化應(yīng)用APP，能夠?qū)崿F(xiàn)功能靈活配置、滿足升級需求。

擴展模組是新一代智能電能表實現(xiàn)靈活、可擴展的主要體現(xiàn)形式，用戶可根據(jù)不同業(yè)務(wù)場景在電能表上選配不同的功能擴展模組，通過模組進一步拓展表計的通信、控制、計算、監(jiān)測等功能。新一代智能電能表的外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計如下圖所示。

外觀

新一代智能電能表外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.功能特點

新一代智能電能表在頂層設(shè)計時兼顧了安全性、可靠性、擴展性以及經(jīng)濟性，具備如下功能特點：

（1）分布式、大容量存儲

新一代智能電能表每個獨立的模組都分配相應(yīng)的存儲空間，保存關(guān)鍵性的法制計量數(shù)據(jù)；另外，表計能夠存儲長達1年的分鐘級電量，可以滿足法制計量數(shù)據(jù)的溯源和其他業(yè)務(wù)對電能表數(shù)據(jù)采集頻度的差異化需求，支撐電力市場現(xiàn)貨交易的靈活電價機制。

（2）多元化高效通信

新一代智能電能表管理模組標配低功耗藍牙，能同時與采集器、手持設(shè)備、用戶手機等外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互，滿足運維、檢測、費控、人機交互等不同業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。擴展模組標配HPLC通信，并可通過標準化的接口滿足RS485、LoRa、M-Bus、NB-IoT、CAN等主流物聯(lián)網(wǎng)通信方式的接入。

（3）智能化顯示

新一代智能電能表采用點陣式液晶，能夠個性化定制顯示字體的大小、顯示的內(nèi)容，能夠方便地生成二維碼供運維人員和用戶掃描、查詢信息，滿足能源互聯(lián)網(wǎng)人機交互的發(fā)展需求。

（4）寬范圍精準計量

新一代智能電能表能夠在20mA～100A的負載電流范圍內(nèi)準確計量，滿足電動汽車等大功率、寬范圍負載的計量需求。同時表計具備諧波電能計量及監(jiān)測功能，為未來電網(wǎng)諧波治理、電能質(zhì)量參與貿(mào)易結(jié)算提供計量依據(jù)。

（5）異常感知監(jiān)測

新一代智能電能表可通過在接線端子內(nèi)部放置熱敏電阻，實現(xiàn)在運表計端子溫度的在線監(jiān)測，避免因電能表故障和人為原因造成的火災(zāi)事故。此外表計能夠?qū)崿F(xiàn)多種電網(wǎng)異常、電表異常、用電異常事件的主動上報，滿足故障定位、運維搶修等需求。

（6）操作系統(tǒng)應(yīng)用

新一代智能電能表的管理模組搭載了統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，通過標準化的驅(qū)動接口實現(xiàn)了表計軟件與硬件的解耦合。操作系統(tǒng)的應(yīng)用能夠更高效地利用智能電能表硬件資源，更方便地管理功能性軟件，更合理地實現(xiàn)功能的擴展應(yīng)用。

（7）功能應(yīng)用可擴展

新一代智能電能表的硬件上配備3個功能擴展模組，采用標準化硬件接口來支持不同業(yè)務(wù)場景模組的選配；操作系統(tǒng)部署了多個應(yīng)用APP，可通過APP軟件靈活擴展多個功能，滿足產(chǎn)品的快速迭代和升級需求，更好應(yīng)對未來業(yè)務(wù)擴展帶來的挑戰(zhàn)。

（8）柔性負荷控制

新一代智能電能表可在電力用戶欠費情況下不直接斷電，而是通過對負載電流的限制，在只滿足用戶照明、手機充電等最基本的需求情況下，為用戶繳費充電預(yù)留充足的時間，體現(xiàn)國網(wǎng)公司優(yōu)質(zhì)服務(wù)的理念。

（9）可靠性提升

新一代智能電能表采用電池可更換式設(shè)計，并與表內(nèi)新增的超級電容配合，有效保證時鐘供電的可靠性；通過產(chǎn)品設(shè)計的優(yōu)化及制造工藝的提升，表計的壽命延長至15年，提高現(xiàn)場運行可靠性。

支撐用戶側(cè)多應(yīng)用場景的

新一代智能電能表

新一代智能電能表的設(shè)計理念與能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)思路高度契合，可與其他專業(yè)設(shè)備協(xié)同配合，支撐如下應(yīng)用場景：

（1）居民家庭智慧用能

新一代智能電能表通過配置非介入式負荷辨識模組，采集用戶總進線處的電壓、電流、時間等數(shù)據(jù)，配合具備隨器計量功能的智能家電、智能插座等新產(chǎn)品，依托大數(shù)據(jù)算法實現(xiàn)對家電負荷類型和狀態(tài)分析，為居民家庭提供用能統(tǒng)計分析、家電需求響應(yīng)、電氣故障預(yù)警等增值服務(wù)，提高居民家庭用能水平。

（2）電動汽車及分布式能源服務(wù)

新一代智能電能表通過配置有序充電模組，能夠?qū)崿F(xiàn)對臺區(qū)各能源設(shè)施、用能設(shè)備和電動汽車實時狀態(tài)的采集、感知和控制。新一代智能電能表與臺區(qū)管理單元及系統(tǒng)主站共同實現(xiàn)規(guī)模化電動汽車有序充電和分布式能源的消納，實現(xiàn)全網(wǎng)的負荷調(diào)度，滿足臺區(qū)側(cè)源網(wǎng)荷儲協(xié)同服務(wù)的需求，為客戶提供優(yōu)質(zhì)用能服務(wù)。

（3）社區(qū)多能服務(wù)

新一代智能電能表不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電氣信息的采集，更能通過增加不同類型的通信模組實現(xiàn)熱、水、氣表的數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)社區(qū)范圍內(nèi)電、熱、水、氣交互耦合與協(xié)同控制，在保證社區(qū)用能舒適性的前提下，達到最優(yōu)經(jīng)濟用能，同時促進社區(qū)清潔能源消納。

新一代智能電能表能夠滿足各類交互式用能設(shè)備的廣泛接入，實現(xiàn)綜合能源一體化采集、狀態(tài)感知、實時監(jiān)視和協(xié)調(diào)控制，達成源網(wǎng)荷儲協(xié)同服務(wù)。新一代智能電能表在未來的應(yīng)用落地將支持國家電網(wǎng)公司向“建設(shè)具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”的戰(zhàn)略目標邁進。

趙婷

中國電力科學(xué)研究院計量研究所工程師。從事計量技術(shù)及計量設(shè)備的研究工作，主要參與新一代智能電能表的技術(shù)研究及標準制定工作，在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表多篇論文和專利，曾獲中國電科院技術(shù)服務(wù)二等獎、三等獎。
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