詳析架構(gòu)設(shè)計(jì)的新一代智能電能表功能特點(diǎn)

智能電能表作為智能電網(wǎng)營(yíng)銷(xiāo)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(guò)程中被賦予了新的使命及任務(wù)，新一代智能電能表在滿(mǎn)足基礎(chǔ)的計(jì)量功能外，更需要滿(mǎn)足智能設(shè)備的靈活接入，實(shí)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(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)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(dá)到99%以上。此外，智能電能表的非計(jì)量功能已經(jīng)在配網(wǎng)運(yùn)維管理、客戶(hù)體驗(yàn)提升、服務(wù)國(guó)家能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型升級(jí)等多個(gè)方面提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)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(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。

另外，國(guó)際法制計(jì)量組織（OIML）頒布的《R46有功電能表國(guó)際建議》對(duì)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(lái)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)思想，在滿(mǎn)足基礎(chǔ)的計(jì)量功能外，更需要借助其點(diǎn)多面廣、與用戶(hù)聯(lián)系緊密的應(yīng)用特點(diǎn)，拓展表計(jì)能源互聯(lián)網(wǎng)的特征屬性，為電力公司與用戶(hù)友好互動(dòng)、協(xié)助用戶(hù)進(jìn)行有效的能源管理以及提升臺(tái)區(qū)設(shè)備和綜合負(fù)荷的狀態(tài)感知提供幫助。

基于計(jì)量模組、管理模組、擴(kuò)展模組

架構(gòu)設(shè)計(jì)的新一代智能電能表功能特點(diǎn)

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

計(jì)量模組是新一代智能電能表的核心，承擔(dān)著法制計(jì)量的基本功能，保存了所有法制相關(guān)的電能、時(shí)間等原始數(shù)據(jù)，不僅為國(guó)家量值溯源和計(jì)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(shí)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(jì)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口與計(jì)量模組、擴(kuò)展模組建立連接，除具備營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)所要求的基本功能外，還負(fù)責(zé)其它模組的數(shù)據(jù)分發(fā)和管理工作。同時(shí)管理模組上加載輕量級(jí)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(mǎn)足升級(jí)需求。

擴(kuò)展模組是新一代智能電能表實(shí)現(xiàn)靈活、可擴(kuò)展的主要體現(xiàn)形式，用戶(hù)可根據(jù)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景在電能表上選配不同的功能擴(kuò)展模組，通過(guò)模組進(jìn)一步拓展表計(jì)的通信、控制、計(jì)算、監(jiān)測(cè)等功能。新一代智能電能表的外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示。

外觀

新一代智能電能表外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.功能特點(diǎn)

新一代智能電能表在頂層設(shè)計(jì)時(shí)兼顧了安全性、可靠性、擴(kuò)展性以及經(jīng)濟(jì)性，具備如下功能特點(diǎn)：

（1）分布式、大容量存儲(chǔ)

新一代智能電能表每個(gè)獨(dú)立的模組都分配相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，保存關(guān)鍵性的法制計(jì)量數(shù)據(jù)；另外，表計(jì)能夠存儲(chǔ)長(zhǎng)達(dá)1年的分鐘級(jí)電量，可以滿(mǎn)足法制計(jì)量數(shù)據(jù)的溯源和其他業(yè)務(wù)對(duì)電能表數(shù)據(jù)采集頻度的差異化需求，支撐電力市場(chǎng)現(xiàn)貨交易的靈活電價(jià)機(jī)制。

（2）多元化高效通信

新一代智能電能表管理模組標(biāo)配低功耗藍(lán)牙，能同時(shí)與采集器、手持設(shè)備、用戶(hù)手機(jī)等外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，滿(mǎn)足運(yùn)維、檢測(cè)、費(fèi)控、人機(jī)交互等不同業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。擴(kuò)展模組標(biāo)配HPLC通信，并可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的接口滿(mǎn)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(diǎn)陣式液晶，能夠個(gè)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(yùn)維人員和用戶(hù)掃描、查詢(xún)信息，滿(mǎn)足能源互聯(lián)網(wǎng)人機(jī)交互的發(fā)展需求。

（4）寬范圍精準(zhǔn)計(jì)量

新一代智能電能表能夠在20mA～100A的負(fù)載電流范圍內(nèi)準(zhǔn)確計(jì)量，滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)等大功率、寬范圍負(fù)載的計(jì)量需求。同時(shí)表計(jì)具備諧波電能計(jì)量及監(jiān)測(cè)功能，為未來(lái)電網(wǎng)諧波治理、電能質(zhì)量參與貿(mào)易結(jié)算提供計(jì)量依據(jù)。

（5）異常感知監(jiān)測(cè)

新一代智能電能表可通過(guò)在接線端子內(nèi)部放置熱敏電阻，實(shí)現(xiàn)在運(yùn)表計(jì)端子溫度的在線監(jiān)測(cè)，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(jì)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(dòng)上報(bào)，滿(mǎn)足故障定位、運(yùn)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(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的驅(qū)動(dòng)接口實(shí)現(xiàn)了表計(jì)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(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)展應(yīng)用。

（7）功能應(yīng)用可擴(kuò)展

新一代智能電能表的硬件上配備3個(gè)功能擴(kuò)展模組，采用標(biāo)準(zhǔn)化硬件接口來(lái)支持不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景模組的選配；操作系統(tǒng)部署了多個(gè)應(yīng)用APP，可通過(guò)APP軟件靈活擴(kuò)展多個(gè)功能，滿(mǎn)足產(chǎn)品的快速迭代和升級(jí)需求，更好應(yīng)對(duì)未來(lái)業(yè)務(wù)擴(kuò)展帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

（8）柔性負(fù)荷控制

新一代智能電能表可在電力用戶(hù)欠費(fèi)情況下不直接斷電，而是通過(guò)對(duì)負(fù)載電流的限制，在只滿(mǎn)足用戶(hù)照明、手機(jī)充電等最基本的需求情況下，為用戶(hù)繳費(fèi)充電預(yù)留充足的時(shí)間，體現(xiàn)國(guó)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(jì)，并與表內(nèi)新增的超級(jí)電容配合，有效保證時(shí)鐘供電的可靠性；通過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)化及制造工藝的提升，表計(jì)的壽命延長(zhǎng)至15年，提高現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行可靠性。

支撐用戶(hù)側(cè)多應(yīng)用場(chǎng)景的

新一代智能電能表

新一代智能電能表的設(shè)計(jì)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(zhuān)業(yè)設(shè)備協(xié)同配合，支撐如下應(yīng)用場(chǎng)景：

（1）居民家庭智慧用能

新一代智能電能表通過(guò)配置非介入式負(fù)荷辨識(shí)模組，采集用戶(hù)總進(jìn)線處的電壓、電流、時(shí)間等數(shù)據(jù)，配合具備隨器計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)家電負(fù)荷類(lèi)型和狀態(tài)分析，為居民家庭提供用能統(tǒng)計(jì)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(dòng)汽車(chē)及分布式能源服務(wù)

新一代智能電能表通過(guò)配置有序充電模組，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)臺(tái)區(qū)各能源設(shè)施、用能設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)實(shí)時(shí)狀態(tài)的采集、感知和控制。新一代智能電能表與臺(tái)區(qū)管理單元及系統(tǒng)主站共同實(shí)現(xiàn)規(guī)?；妱?dòng)汽車(chē)有序充電和分布式能源的消納，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)度，滿(mǎn)足臺(tái)區(qū)側(cè)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同服務(wù)的需求，為客戶(hù)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(guò)增加不同類(lèi)型的通信模組實(shí)現(xiàn)熱、水、氣表的數(shù)據(jù)采集，實(shí)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(dá)到最優(yōu)經(jīng)濟(jì)用能，同時(shí)促進(jìn)社區(qū)清潔能源消納。

新一代智能電能表能夠滿(mǎn)足各類(lèi)交互式用能設(shè)備的廣泛接入，實(shí)現(xiàn)綜合能源一體化采集、狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)監(jiān)視和協(xié)調(diào)控制，達(dá)成源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同服務(wù)。新一代智能電能表在未來(lái)的應(yīng)用落地將支持國(guó)家電網(wǎng)公司向“建設(shè)具有中國(guó)特色國(guó)際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”的戰(zhàn)略目標(biāo)邁進(jìn)。

趙婷

中國(guó)電力科學(xué)研究院計(jì)量研究所工程師。從事計(jì)量技術(shù)及計(jì)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(biāo)準(zhǔn)制定工作，在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表多篇論文和專(zhuān)利，曾獲中國(guó)電科院技術(shù)服務(wù)二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)。
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