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CQ9電子官網(wǎng)智能電表技術(shù)及市場
2024-05-27 07:28:46
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CQ9電子官網(wǎng)智能電表技術(shù)及市場智能電網(wǎng)建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，旨在利用先進傳感和測量技術(shù)、先進設(shè)備技術(shù)、先進控制方法，以及先進決策支持系統(tǒng)技術(shù)，實現(xiàn)電網(wǎng)可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的高效運行。智能電表是智能電網(wǎng)建設(shè)的磚石，也是各家各戶重要的信息中轉(zhuǎn)站，其本身已經(jīng)遠遠超出了單純的計量功能。在智能電網(wǎng)的發(fā)展中，智能電表將獲得較大的發(fā)展空間。
智能電網(wǎng)建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，旨在利用先進傳感和測量技術(shù)、先進設(shè)備技術(shù)、先進控制方法，以及先進決策支持系統(tǒng)技術(shù)，實現(xiàn)電網(wǎng)可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的高效運行。智能電表是智能電網(wǎng)建設(shè)的磚石，也是各家各戶重要的信息中轉(zhuǎn)站，其本身已經(jīng)遠遠超出了單純的計量功能。在智能電網(wǎng)的發(fā)展中，智能電表將獲得較大的發(fā)展空間。
智能電表(smartmeter)是一種新型全電子式電表，具有電能量計量、實時監(jiān)控、自動控制、信息交互及數(shù)據(jù)處理等功能，方便用戶準確迅速地了解家庭的用電情況，制訂節(jié)電計劃。智能電表是智能電網(wǎng)(特別是智能配電網(wǎng))數(shù)據(jù)采集的重要基礎(chǔ)設(shè)備，對于電網(wǎng)實現(xiàn)信息化、自動化、互動化具有重要支撐作用，承擔著原始電能數(shù)據(jù)采集、計量和傳輸?shù)娜蝿?wù)，是實現(xiàn)信息集成、分析優(yōu)化和信息展現(xiàn)的基礎(chǔ)，從而提高電力企業(yè)的經(jīng)營效率、促進節(jié)能減排，增強電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
智能電表不同于傳統(tǒng)電表之處在于它是雙向?qū)崟r通信，具有互動的特征，能夠提供實時數(shù)據(jù)，為實施階梯電價提供了可能。因此，智能電表在設(shè)計中強調(diào)了更強的信息處理、交互、計量和通信能力，在國家電網(wǎng)公司公布的智能電網(wǎng)標準中，對這些指標也都作出了詳細的規(guī)定。
智能電表將改變以往人工抄表的歷史，工作人員只需點點鼠標就可掌握用戶用電情況。對于用戶來說，用起來會更加便捷，用戶可以提前在電表中預存一定數(shù)額的電費，這樣在相當一段時間之內(nèi)都不用再往銀行或者營業(yè)廳跑了。此外，用戶還可以定期從銀行直接往電表內(nèi)轉(zhuǎn)賬劃錢。而通過信息交互功能，用戶可以對家中用電情況一清二楚。當電表中的余額少于一定的數(shù)值時，電表會提醒用戶及時付費。
通過智能電表能夠?qū)崿F(xiàn)準確、實時的費用結(jié)算信息處理，簡化了過去帳務(wù)處理上的復雜流程。在電力市場環(huán)境下，調(diào)度人員能更及時、便捷地轉(zhuǎn)換能源零售商，未來甚至能實現(xiàn)全自動切換。同時用戶也能獲得更加準確、及時的能耗信息和帳務(wù)信息。
分布式能源與配電網(wǎng)并網(wǎng)運行時還存在很多問題，供電企業(yè)通過智能電表對配電系統(tǒng)實時監(jiān)控、控制和調(diào)節(jié)，掌握分布式電源的特性及其與電網(wǎng)運行的相互影響，優(yōu)化分布式能源配置，從而達到將電能以最經(jīng)濟與最安全的輸配電方式輸送給終端用戶，提高電網(wǎng)運營的可靠性和能源利用效率。利用智能電表可以幫助人們優(yōu)先使用風電、太陽能等新能源。采用智能電表的實時數(shù)據(jù)采集與量測制定更為準確的負荷預測，可以指導新能源優(yōu)化調(diào)度。美國夏威夷大學開發(fā)的配電管理系統(tǒng)平臺，采用智能電表作為門戶站綜合了需求反應(yīng)、住宅節(jié)能自動化、分布式發(fā)電優(yōu)化管理等功能，實行了配電系統(tǒng)與主電網(wǎng)中新能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制[1]。
目前，配網(wǎng)側(cè)的潮流分布信息通常很不準確，主要是因為該信息是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)模型、負載估計值以及變電站高壓側(cè)的測量信息綜合處理得到的。通過在用戶側(cè)增加測量節(jié)點，將獲得更加準確的負載和網(wǎng)損信息，從而避免電力設(shè)備過負載和電能質(zhì)量惡化。通過將大量測量數(shù)據(jù)進行整合，可實現(xiàn)未知狀態(tài)的預估和測量數(shù)據(jù)準確性的校核。
供電企業(yè)可以通過智能電表對用戶用電情況進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)異常狀態(tài)的在線分析，動態(tài)跟蹤和自動控制，提高供電可靠性，有助于實現(xiàn)配網(wǎng)元器件、電能表以及用戶設(shè)備的預防維護。當故障發(fā)生后可以通過智能電表查詢異常用電記錄，為故障分析提供可靠的實時數(shù)據(jù)。例如檢測出電力電子設(shè)備故障、接地故障等導致的電壓波形畸變、諧波、不平衡等現(xiàn)象。測量數(shù)據(jù)還能幫助電網(wǎng)和用戶分析電網(wǎng)元件故障和網(wǎng)損等。
通過智能電表提供的信息，可以在其上構(gòu)建用戶能量管理系統(tǒng)，從而為不同用戶(居民用戶、商業(yè)用戶、工業(yè)用戶等)提供能量管理的服務(wù)，在滿足室內(nèi)環(huán)境控制(溫度、濕度、照明等)的同時，盡可能減少能源消耗，實現(xiàn)減少排放的目標。一些市民習慣把熱水器長期開著，晚上睡覺時不關(guān)電視機的電源開關(guān)等，通過分時段查詢用電量，市民就可以發(fā)現(xiàn)這些電器在插電卻不使用的時間段到底耗了多少電。
為用戶提供實時能耗數(shù)據(jù)，促進用戶調(diào)節(jié)用電習慣，并及時發(fā)現(xiàn)由設(shè)備故障等產(chǎn)生的能源消耗異常情況。在智能電表所提供的技術(shù)基礎(chǔ)上，電力公司、設(shè)備供應(yīng)商及其他市場參與者可以為用戶提供新的產(chǎn)品和服務(wù)，例如不同類型的分時網(wǎng)絡(luò)電價、帶回購的電力合同、現(xiàn)貨價格電力合同等。智能電表能精準到“洗衣機、電冰箱、微波爐”等每個單體電器的用電量，“用電*價”功能可警示居民某個電器在某一時間段為高耗能電器。
智能電能表具有與智能家電的通信控制功能，成為將來普及遙控家電鋪下“墊腳石”。由智能電能表根據(jù)實時電價通過設(shè)定參數(shù)實現(xiàn)對家電的起停控制，削減用電高峰的負荷，提高用電低谷時的負荷，在不需要增加任何用戶投資的情況下，通過改變大功率用電設(shè)備的使用時間，達到節(jié)約用電費用的目的，同時也對電網(wǎng)的削峰填谷作出貢獻。居民在家里安裝“智能互動終端”設(shè)備，與家中的每個電器相連，上網(wǎng)即可對家中電器*。
采用一交電費的市民，經(jīng)常是電業(yè)部門發(fā)出欠費提醒時，才發(fā)現(xiàn)卡里沒錢或余額不夠抵扣。低壓用戶信息采集系統(tǒng)建設(shè)以后，系統(tǒng)可以實時監(jiān)控每家每戶用了多少電、卡內(nèi)還剩多少錢。市民一里交的電費快用完時，電業(yè)部門會及時向市民發(fā)出短信提醒，避免用戶欠費。經(jīng)常出差在外的市民，往往不知家里已經(jīng)欠電費或欠費超過繳費時限，這樣就會產(chǎn)生滯納金。使用智能電表后，電表就會根據(jù)用戶跟電業(yè)部門約定的條件自動斷電，待重新扣費后可迅速開通，不會產(chǎn)生滯納金。
通過智能電表可實現(xiàn)負荷的整體聯(lián)接和斷開，也可以對部分用戶進行控制，從而配合調(diào)度部門實現(xiàn)功率控制;同時用戶也可以通過可控開關(guān)實現(xiàn)特定負荷的遠程控制。
智能電表能檢測出表箱開啟、接線的變動、表計軟件的更新等事件，從而及時發(fā)現(xiàn)竊電現(xiàn)象。對于竊電高發(fā)區(qū)，通過將總表的數(shù)據(jù)和其下所有表計數(shù)據(jù)進行比對，也可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的竊電行為。
隨著信息時代的推進及技術(shù)的發(fā)展，智能電表作為智能電網(wǎng)的神經(jīng)末梢，在不久的將來，智能電表將在信息社會中發(fā)揮更大的作用，具有更加廣闊的應(yīng)用前景。
目前，智能電表的智能主要體現(xiàn)在抄表和付費便捷化，離真正意義的智能電表還有很長的路要走。用行內(nèi)有些人士的話來說，目前國內(nèi)的智能電表只稱得上是電子電表，還算不上智能電表。智能電表最大的特點就是交互，就是用戶和供電企業(yè)的信息交互。信息交互的關(guān)鍵是管理，管理更加便捷和人性化，人性化的管理要求芯片的信息處理能力更強。智能電表的發(fā)展要采用先進計量體系(AMI)，必將走模塊化、網(wǎng)絡(luò)化及系統(tǒng)化的方向。
智能電表也將超向采用先進計量體系(advancedMeteringInfrastructure;AMI)，并成為未來家庭區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(HAN)的組成部分。AMI系指利用各種通訊方式，將客戶端電表資料傳送回控制中心的技術(shù)，透過雙向通訊達成各種遠程資料讀取、提供、設(shè)定及控制等多種功能之系統(tǒng)。AMI除了改善傳統(tǒng)人工抄表不經(jīng)濟、不精確與不實時之缺點外，尚具備多功能，例如：支持各種不同電價費率、提供用戶能源使用信息并引導自發(fā)性節(jié)能、支持傳送信號進行用戶負載控制，以因應(yīng)電價改變的自動響應(yīng)、支持故障偵測與遠程開/關(guān)管理、改善負載預測、用戶用電品質(zhì)管理等。
AMI相較于傳統(tǒng)機械電表，優(yōu)點在于具備雙向通訊功能，因此AMI可連結(jié)用電、發(fā)電甚至是儲電系統(tǒng)等多方信息相互流通，輔助電網(wǎng)朝向電力系統(tǒng)之高速公路發(fā)展，達到隨上隨下的功能。因此AMI主要優(yōu)點在于促成節(jié)能減碳目標實現(xiàn)、改善供電品質(zhì)以及提升經(jīng)濟效率，因此在國家、電業(yè)、用電戶三方面各能提供多方面的效益。
在國家面AMI可促成需求面管理，以及再生能源并網(wǎng)，因此有助于國家達成節(jié)能減碳政策目標。而對于電業(yè)而言，AMI可提供負載控制通訊功能，快速量測、診斷電力質(zhì)量，來實現(xiàn)電網(wǎng)自愈功能(self-healing)，提升供電品質(zhì);并可透過時間電價機制之搭配，實現(xiàn)尖離峰平滑，以減緩新建電廠的壓力;同時更容易獲得用戶的用電資料，故可提供更多創(chuàng)新服務(wù)[2]。最后在用戶面，AMI搭配顯示器可使用電信息透明化，使用電戶能掌握更多信息，進行能源管理;并加強用戶與電力系統(tǒng)之靈活互動，使用電戶可同時扮演發(fā)電者與電力消耗者的角色，有助于健全電力市場運作。
智能電表采用功能模塊化設(shè)計有以下優(yōu)點：其一是只需通過更換部分功能模塊就可以實現(xiàn)電能表的升級換代，而無需更換整個電能表，從而擺脫了傳統(tǒng)電能表設(shè)計中那種因不可更改導致的成批調(diào)換和淘汰，乃至整個系統(tǒng)需要重構(gòu)的厄運;其二是由于功能的模塊化和結(jié)構(gòu)的標準化，使得供用電管理部門在選購電能表時不必過分依賴某一電能表廠家產(chǎn)品，并為規(guī)范電能表的研制與開發(fā)提供可能;其三是可以通過現(xiàn)場或遠程升級更換故障模塊的方法，提高可維護性并節(jié)省維護費用。
網(wǎng)絡(luò)化可以實現(xiàn)將各種場合的電能數(shù)據(jù)進行實時采樣和存儲，并經(jīng)有線或無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸，將信息實時或非實時的輸送到用電信息管理系統(tǒng)中，通過數(shù)據(jù)共享和分析實現(xiàn)供用電管理部門對異地用電信息的實時或非實時的測量和監(jiān)控。通過網(wǎng)絡(luò)化，可以將智能電表的部分功能從接入層上移到網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)管理平臺層，通過數(shù)據(jù)共享和綜合分析實現(xiàn)智能電表的功能，簡化智能電表的設(shè)計。目前，可利用的通信網(wǎng)絡(luò)有：電力線載波(PLC)網(wǎng)、光纖與同軸電纜(HFC)網(wǎng)、固定電話(PSTN)網(wǎng)、無線移動(GSM/GPRS/CDMA)網(wǎng)。近日，國家電網(wǎng)公司和中國電信集團公司在京簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，雙方將在電網(wǎng)和通信領(lǐng)域開展合作，以共建電力光纖到戶工程為著力點，合作推動堅強智能電網(wǎng)建設(shè)。電力光纖入戶工程在技術(shù)上實現(xiàn)了只需一次施工，一個通道，一次性解決纜線入戶的問題，可取代以往電線、網(wǎng)線、電話線和有線電視等多條線]。三網(wǎng)融合的目的就是資源共享，為電能信息數(shù)據(jù)的傳輸提供了穩(wěn)定可靠和價格低廉的數(shù)據(jù)傳輸信道和網(wǎng)絡(luò)，為智能電表的網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化及其自動抄收的實現(xiàn)奠定了網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)。
系統(tǒng)化是綜合利用成熟的計算機技術(shù)和電力系統(tǒng)自動化技術(shù)，在數(shù)據(jù)控制管理平臺實現(xiàn)海量用電數(shù)據(jù)的有效分析、處理與管理。在網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化的推動下，用電信息管理系統(tǒng)可以向著分布性和開放性的方向發(fā)展，使得用電信息管理功能的擴展更加靈活，性能不斷提高，使用更加簡便。
目前北京、上海等一線城市已經(jīng)開始試點使用。福州已開始為3個小區(qū)，近25.7萬戶進行電網(wǎng)智能化改造，首批3000戶已開始正式使用智能電表，2010年年內(nèi)25.7萬試點用戶全部使用智能電表。南京市2010年年底前首批免費完成102萬戶智能電表改造，五年內(nèi)改造全部完成。
從機械電表到電子式電表，再到現(xiàn)在的智能電表，產(chǎn)品升級是當前市場的需求，也是企業(yè)發(fā)展的方向。上個世紀家用電表基本以機械表為主，一般每只價格在三四十元。2000年前后，逐步更換為電子式電表，其價格略有增加，每只五六十元左右。現(xiàn)在的智能電表技術(shù)含量提高，價格也比電子式電表翻了一番，每只100多元。
電表市場數(shù)量龐大，若全面換裝智能電表，則市場規(guī)模將相當可觀。智能電表安裝數(shù)量自2009年起，開始出現(xiàn)兩位數(shù)的成長，2009年智能電表安裝達7，600萬具，2015年預計將達2.12億具。國內(nèi)行業(yè)將面臨一個每年超過50億元規(guī)模的市場，這對智能電表制造企業(yè)更是巨大的推動，智能電表制造企業(yè)將成為充分受益于智能電網(wǎng)建設(shè)的排頭兵。
未來五年歐洲與北美仍為主力市場，亞洲在中國帶動下，為成長潛力最大的區(qū)域。歐洲與日本把目標設(shè)定為2020年智能電表普及率達80%。預計全球出貨將從2008年的僅數(shù)百萬部增長至2014年的約5，000萬部，年復合增長率(CAGR)高達48%。
西班牙的3 個電力公用事業(yè)公司幾乎壟斷了整個電力市場份額(Endesa 占40%多，Iberdrola 占30%多，Union Fenosa 占10%多，其他約占4%)，擁有2 000 多萬的客戶。西班牙政府在2007 年8 月出臺了相關(guān)法律，要求截止到2014 年，所有經(jīng)銷商需要有高級表計管理(advanced meter management，AMM)操作系統(tǒng)，截止到2018 年，所有機械式電表都要換成智能電表，要能實現(xiàn)有功/無功計量、最大需量測量、用電負荷特性采集、電源管理、分時計費、遠程抄表、遠程斷/供電、遠程編程等功能。
法國政府正在將電力用戶使用智能電表納入法律中。2006 年法國的電力管理部門提出了3 個里程碑式的計劃：到2012 年1 月，所有安裝的電表都必須是智能電表;到2014 年底，50%的電表必須與AMM 系統(tǒng)相連;到2016 年底，95%的電表必須與AMM 系統(tǒng)相連。2006 年，法國配電公司(Electricity Network Distribution of France，ERDF)主導了一個為電力企業(yè)和技術(shù)需要服務(wù)的R&D 項目，并計劃在2010—2017 年間將3 300 萬只電表全部替換為智能電表。Actaris 和蘭吉爾公司正在開展30 萬只智能電表的大規(guī)模試點工作，主要采用PLC通信方式。
目前，我國智能電表的核心技術(shù)過于依賴進口，為了促進我國智能電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展，一是構(gòu)建智能電表產(chǎn)學研一體化科研機制，加大技術(shù)創(chuàng)新力度，攻克芯片、電解電容、液晶顯示屏、雙向通信安全及控制等核心技術(shù)和高端技術(shù);二是深入分析我國智能電表產(chǎn)業(yè)在國際市場的優(yōu)劣勢，圈定智能電表廣域利用通信技術(shù)、智能電表近距離接入通信技術(shù)等重點項目領(lǐng)域，制定國際標準路線圖，積極爭取國際標準話語權(quán)。
充分利用中國電科院、國網(wǎng)電科院等科研單位在電力系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)過程中積累的經(jīng)驗，積極借鑒相關(guān)領(lǐng)域龍頭企業(yè)及科研機構(gòu)的成熟技術(shù)，廣泛搭建合作平臺，加快共性技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域研究課題攻關(guān)。明確研發(fā)重點，近期應(yīng)根據(jù)我國電網(wǎng)發(fā)展特點和規(guī)律，重點在控制芯片、復雜工況可靠性、通信接口兼容性等領(lǐng)域開展研究，早日掌握智能電表的核心技術(shù)[4]。對已有表計的技術(shù)改造研究加大投入，統(tǒng)籌考慮功能要求和研發(fā)生產(chǎn)成本，提高智能電表生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益。
首先，加快智能電表產(chǎn)業(yè)人才隊伍培養(yǎng)。智能電表是跨行業(yè)的產(chǎn)業(yè)，需要跨專業(yè)、跨行業(yè)人才。其次，強化對電工產(chǎn)品入網(wǎng)的技術(shù)監(jiān)督，明確功能需求和工藝標準，從市場需求入手，加強規(guī)范化設(shè)計，統(tǒng)一標準，盡早實現(xiàn)科學的產(chǎn)業(yè)化布局。第三，確定階段推廣目標。充分考慮各階段的財務(wù)負擔和運行風險，按照統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)發(fā)展目標，突出階段重點，扎實穩(wěn)妥地實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略目標。
一是加大能源管理系統(tǒng)研發(fā)力度，研討能源管理系統(tǒng)所需的用戶側(cè)新電器的規(guī)格，豐富可供用戶選擇的最優(yōu)能源消費服務(wù)類型;二是政府及電力企業(yè)要創(chuàng)造條件，整合環(huán)境，為用戶提供能源供需的詳細信息，促進用戶由單純的“能源消費主體”向“能源管理主體”的轉(zhuǎn)變，主動選擇最優(yōu)的能源消費模式。
以家庭用戶為試點對象，圍繞消費電量可視化、峰谷電價設(shè)定、隨氣溫變化設(shè)定分時電價等內(nèi)容CQ9電子官網(wǎng)，開展智能電表的應(yīng)用試點，及時總結(jié)試點經(jīng)驗。根據(jù)試點的成本效益分析，逐步完善智能電表利用規(guī)范，逐步普及智能電表。
目前國外智能電表的大規(guī)模推廣為全球表計行業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。國家電網(wǎng)公司建設(shè)統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的規(guī)劃，也給國內(nèi)計量和用電信息采集設(shè)備、系統(tǒng)的開發(fā)帶來了前所未有的機遇。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)步伐的加快，國內(nèi)廠商在智能電表領(lǐng)域的研究和推廣必將掀起新的熱潮。各種新材料、新技術(shù)、新工藝的采用也必將極大地提升國內(nèi)表計設(shè)備的整體水平，從而為我國智能電網(wǎng)的發(fā)展提供堅強的技術(shù)保障。此外還應(yīng)廣泛宣傳智能電網(wǎng)建設(shè)產(chǎn)生的良好社會效益和經(jīng)濟效益，提高政府相關(guān)部門對智能電表及其發(fā)展意義的認知，積極爭取財稅政策和產(chǎn)業(yè)政策支持。
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