关于智能电表发展前景的分析

嵌入式系统分析课程论文智能电表的现状及前景分析作者：王斌指导员：冯春香类别：08线类别3学校编号：080211318电子邮件： 完成日期：2010年5月目录目录第一章序言21.1智能电网2的背景介绍1.2智能电表3的背景介绍第二章智能电表现状52.1IC卡电表充电系统62.2远程自动抄表系统6第三章智能电表的原理和特点83.1智能电表8的组成和原理3.2智能电表8的特性第四章智能电表的发展方向104.1机电电表104.2全电子电能表114.3无线抄表13第五章结论和展望14参考文献16第一章前言前面陈述的第一章1.1智能电网的背景介绍作为美国总统奥巴马经济刺激计划的重要项目之一，智能电网几乎在一夜之间“成名”，美国为此制定了35亿美元的预算。5月21日，国家电网公司总经理刘振亚在“2009传输技术国际会议”上指出：“国家电网将以自主创新为基础，加快建设以UHV电网为骨干、各级电网协调发展、信息化、数字化、自动化、互动化的统一坚强智能电网。“这是之前一直保持沉默的国家电网首次对智能电网做出积极回应。智能电网首先应该是一个强大的电网。实力是智能电网的基础，智能是强大电网充分发挥作用的关键。中国电网的目标是建设一个强大智能、强大可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。按照统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进的原则，国家电网将加快建设1000千伏交流电、800千伏交流电、1000千伏DC特高压骨干电网，实现各级电网协调发展。同时，围绕发电、输电、变电、配电、用电、调度、信息化建设等主要环节，分阶段推进智能电网建设。到2020年，全面建成统一坚强的智能电网，将显著提高电网的资源配置能力、安全稳定水平以及电网与电源和用户的互动。强大的智能电网是基于强大的电网结构，由通信和信息平台支持，由智能手段控制。它涵盖了电力系统中发电、输电、变电、配电、用电和调度的方方面面，涵盖了所有电压等级，实现了“潮流、信息流、业务流”的高度集成。它是一个强大、可靠、经济、清洁、环保、透明、开放、友好和互动的现代网格。然而，国外智能电网关注的是配电和用户端，关注的是可再生能源和分布式电网接入技术、电动汽车与电网协调运行技术、电网与用户双向互动技术的研发。据估计，2020年中国可再生能源装机容量将达到5.7亿千瓦，占总装机容量的35%。它可以减少4.7亿吨标准煤的煤炭消耗，每年减少13.8亿吨二氧化碳排放。其中，风能、太阳能等非水电可再生能源的比重将大幅增加，这些间歇性可再生能源的大规模利用将对传统电网构成挑战，智能电网将能够很好地解决这一问题。在这方面，智能电网不会改变传统电网的形式，也不可能改变电力系统的运行规则和基本理论，它只会在传统电网安全和经济的基础上更加清洁和高效。坚强智能电网的主要功能是建设坚强智能电网，提高电网大范围优化资源配置的能力，实现远距离大规模输电，满足经济快速发展对电力的需求。通过建造国家电网智能电网战略研究为智能电网的发展提出了框架发展目标。国家电网公司将分三个阶段推进坚强智能电网建设。2009-2010年是规划试点阶段，重点是发展强大的智能电网，制定技术和管理标准，开发关键技术和设备，以及所有环节的试点。2011-2015年是总体建设阶段，将加快超高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，实现关键技术和设备的重大突破和广泛应用。2016-2020年是领先的升级阶段。全面建设统一坚强的智能电网，技术装备达到国际先进水平。届时，电网优化资源配置的能力将大大提高。清洁能源的安装比例将达到35%。分布式电源将实现“即插即用”，智能电表将得到广泛应用。1.2智能电表的背景介绍随着国民经济的不断发展，电力已经成为国家最重要的能源。就民用电力而言，随着人民物质生活的极大丰富和生活质量的迅速提高，对电力的需求正在增加。然而，目前居民用电管理过于落后。多年来，居民用电管理和收费一直采用先用电、后抄表、再付费的传统运行模式。绝大多数居民用电实行“分表制”，即一些集中户(一个住宅单位或几个住宅单位的集合)使用总电表，每户配一个分表，用电部门的抄表员抄收电表的总电量，作为居民支付电费的依据。居委会或物业管理部门也需要从各种电表上读取读数，并按比例收取电费。这种用电管理模式给居民带来诸多不便，增加了管理人员的工作量。据统计，仅电力部门抄表队伍就有数万人，人工抄表存在诸多弊端，工作效率低下，给管理部门造成了人力、物力和时间的极大浪费。为了满足社会需求，保证用户安全、合理、方便地用电，有必要改革传统的电表和管理模式，以适应社会发展的需要。长期以来，我国生产的交流电度表都是感应式机械电度表，需要人工读取几十年。目前，全国大部分电力公司和电力局已经完成了用电业务计算机管理系统的开发和应用。但是，作为用电管理中最重要、最基本的用电数据，仍然采用原始的、落后的手工复制和采集方法。不仅劳动强度大、效率低，而且还存在抄表不到位、估算不到位、抄错、计算错误、抄表周期长等问题。预防和控制窃电甚至更不可能。当今社会正走向信息化、网络化和电力系统现代化，人工抄表与无人值守等高度自动化形成鲜明对比，成为供电系统现代化管理的主要障碍。就系统的完整性而言，电力系统基本实现了从发电、配电到区域变电站的网络管理，但只有用户终端没有接入网络，导致系统的不完整，直接或间接影响系统潜力的发挥。正是基于上述背景，智能电能表应运而生。所谓的智能电表是指使用计算机技术、通信技术等的电表。以构成智能芯片(如中央处理器)为核心，具有电能计量和计时、充电、与上位机通讯、电源管理等功能目前，国内智能电度表按结构大致可分为两种类型：机电一体化型和全电子式。机电一体化，即在原有的机械式电能表上增加某些部件，使其不仅完成了所需的功能，而且降低了成本，易于安装。一般来说，其设计方案是在不破坏现有仪表原有物理结构的基础上，不改变其国家计量标准，安装一个传感装置，使其成为一个既有机械计量又有电脉冲输出的智能仪表，使电子计量和机械计量同步，其计量精度一般不低于机械计量仪表。该设计方案采用了原感应手表的成熟技术，主要用于旧手表的改造。全电子式从测量到数据处理都使用以集成电路为核心的电子设备，从而消除了电表上长期使用的机械部件。与机电一体化电表相比，全电子式电表具有体积减小、可靠性增加、精度提高、功耗降低、生产工艺大大改进、不需要只在专业电表厂生产等原始意义上的优点。并将最终用机械部件取代血糖仪。传统电表可分为单向机电式、单向电子式、多向机电式和多向电子式。从2007年到2011年，各种仪表实际使用的比例如图1所示。图1各种电表的使用比例电能表作为电费的计量依据，涉及到抄表问题，因此有必要对电能表的抄表方式进行分类。从目前的技术来看，主要有IC卡型和远程抄表型。2.1集成电路卡电表充电系统IC卡抄表收费系统成本低、可靠性高、使用寿命长。集成电路卡使用硅片来存储信息，一个集成电路卡至少可以使用10年。IC卡电表计费系统安全性高，不易复制，计费准确，不易出错。它有很强的加密能力。采用IC卡电表计费系统可以提高居民电费管理水平，保证电力部门能够及时收到电费(用户不继续购电将被切断)。IC卡电表的系统功能包括预充电功能、报警功能、断电功能、显示功能和加密功能。IC卡电表的整个充电系统包括主机、IC卡电表和IC卡。IC卡电表充电系统实现了电能的电子充电。其技术成熟可靠。电力部门不再担心充电问题。因此，IC卡收费系统在中国得到了广泛推广。然而，从系统的角度来看，由于用户终端并不直接与系统的主机相连，用户情况只能在用户持有卡并支付费用时才能知晓，信息反馈滞后。可以说，用户终端仍然与整个网络断开。从经济角度来看，电力部门在送电前收费不符合经济政策。可以说，它在某个程序中侵犯了用户的利益。因此，许多城市原则上已经停止审批新的IC卡计量项目。从长远来看，IC卡收费系统只能作为过渡产品使用。2.2远程自动抄表系统远程自动抄表系统实现了用电数据的自动读取和接收，消除了人工操作的所有弊端。用户的用电数据可以直接进入用电业务计算机管理系统。用电管理人员可以随时监控用电情况，处理发现的问题(如故障、窃电等)。)及时。线损情况直接影响供电部门的经济效益。过去，无论是人工抄表还是IC卡抄表都无法准确测量线损情况，也很难找到线损的原因。但是，远程抄表后，总抄表数和子抄表数几乎可以同时得到，线损情况可以随时掌握，线损原因可以很容易分析处理。随着形势的发展，居民在银行开立个人账户，业务计算机管理系统与银行相连，完成自动数据采集、处理、银行转账支付等全套操作，真正实现用电管理的自动化。目前，国内远程抄表系统主要有485总线和载波抄表。载波抄表系统利用专用芯片对用电数据进行调制和解调，并通过电力线进行通信，实现集中抄表。485总线模式数据传输可靠性高，成本低。它的缺点是布线和安装复杂。另外，电缆容易被人为损坏。特别是，在许多住宅区不允许打开电缆，这使得这种总线模式难以构建。目前采用的方案较多，即从用户终端到数据集中器采用电力线载波通信，从数据集中器到上位机采用专用电话线。当然，根据地区的不同情况，也有许多采用485总线和电力载波的方案。在中国计量协会能源计量分会主办的99全国低压电力线载波抄表技术研讨会上，低压电力线载波抄表系统被国家电力公司列为推荐模式。相信这是一个技术先进、实用需求大、发展潜力大的系统。第三章智能电表的原理和特点第三章智能电表的原理和特点33.1智能电表的组成和原理电子智能仪表是近年来在电子仪表的基础上开发和发布的高科技产品。它的组成和工作原理与传统的电感式电度表大不相同。电感式电流表主要由铝板、电流和电压线圈、永磁体等部件组成。它的工作原理主要是通过电流线圈与活动铅板中感应出的涡流之间的相互作用来测量的。电子智能仪表主要由电子元件组成。它的工作原理是实时采集用户的供电电压和电流，然后用电表的专用集成电路对采集的电压和电流信号进行处理，并转换成与电能成比例的脉冲输出。最后，由单片机对脉冲进行处理和控制，显示电能消耗并输出。当智能电表测量一度电时，通常我们把模数转换器发出的脉冲数称为脉冲常数。对于智能电表，这是一个相对重要的常数，因为单位时间内模数转换器发出的脉冲数将直接决定电表的测量精度。目前，大多数智能电表采用每户一个模数转换器的设计原则。然而，一些制造商生产的一些多用户集中式智能电表使用多个家庭共享一个模数转换器。因此，电能的测量只能通过分时排队来完成，这势必导致测量精度的降低。设计和选择模型时应注意这一点。3.2智能电表的特性由于电子集成电路的设计及其远程通信功能，它可以与计算机联网并由软件控制。因此，与电感式电表相比，智能电表在性能和操作功能上都有很大优势。(1)功耗：智能电表采用电子式设计方法(2)准确度：就仪表的误差范围而言，20级电子式电能表在5% 400%校准电流范围内的测量误差为2%，准确度等级为10级，误差较小。感应式仪表的误差范围为086%-57%，由于机械磨损这一不可克服的缺陷，感应式仪表的动作越来越慢，导致误差越来越大。国家电网对感应表进行了抽查，发现感应表使用5年后误差超过50%。(3)过载和工频范围：智能电表的过载倍数一般可达68倍，范围很广。目前，越来越多的用户选择8-10倍的放大倍率，其中一些甚至可以达到20倍的大范围放大倍率。工作频率也很宽，从40HZ到1000HZ。然而，感应式仪表的过载倍数一般只有4倍，工作频率范围只有4555HZ。(4)功能：智能电表采用电子电表技术，可通过相关通信协议与计算机联网，硬件可通过编程软件控制和管理。因此，该智能电表不仅具有体积小的特点，还具有远程传输控制(远程抄表、远程断电)、复费率、恶性负荷识别、防盗电、预付费电等功能，通过修改控制软件中的不同参数，可以满足不同控制功能的要求，这是传统电感式电表难以或不可能实现的。第四章智能电表的发展方向第四章智能电表的发展方向随着智能电表的使用越来越广泛，它也对我们的生活产生了越来越多的有益影响，也潜移默化地改变着我们的生活。根据中国电网的总体规划，总结近10年来中国电网电表的发展，可以得出如图2所示的结论：