成熟的智能電網(wǎng)建成后，智能電表具有自動查詢、遠程抄表功能，還可以實現(xiàn)自動拉閘斷電。但目前國內(nèi)智能電表主要還是以PLC方式進行聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，暫未采用RF通信方式。本文探討智能電表在設(shè)計上有哪些突破，在功能上還有哪些待完善的地方。

1 、智能電表在設(shè)計上的突破

圖1：智能電表及用電信息采集系統(tǒng)。

如圖1所示，在智能電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)中，智能電表介于電力用戶和信息采集現(xiàn)場終端之間，主要完成電力用戶用電信息的提供、管理和傳遞，是智能電網(wǎng)的最底層終端設(shè)備。

1.1 信息的提供：計量技術(shù)的突破

從功能上講，傳統(tǒng)電表只要求計量有功電能，智能電表能夠?qū)崿F(xiàn)更多的計量和測量功能，比如電網(wǎng)電壓、電流、功率、頻率等參數(shù)。電表的核心任務(wù)是電能計量，但是電能計量已不再是智能電表的唯一功能，智能電表需要提供更多的電力使用狀況參數(shù)，并將這些信息進行收集、分析和交互管理后產(chǎn)生有用的信息，電力系統(tǒng)再以此實時地做出更好的用電決策和電力系統(tǒng)配置優(yōu)化。

從性能上講，傳統(tǒng)電表精度等級較低，隨著計量技術(shù)的發(fā)展，智能電表在計量的精度、動態(tài)范圍等指標(biāo)上都有了很大的提高，在啟動潛動上也可以做的更準(zhǔn)確，可以實現(xiàn)軟件校表極大提高生產(chǎn)效率。實際上，目前的智能電表尤其是智能單相表提供的精度等級已遠遠超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

從可靠性上講，傳統(tǒng)電表尤其是感應(yīng)式電表，其抗干擾性能、防竊電性能、溫度性能等方面都比較差，一些不法用戶很容易通過簡單的手段干擾電表的正常運行，進而達到竊電的目的。智能電表采用領(lǐng)先的現(xiàn)代集成電路設(shè)計技術(shù)，可以保證在強干擾、寬溫度范圍下的精確可靠計量，有效的保障電網(wǎng)公司和合法用戶的權(quán)益，實現(xiàn)用電的公平和公正。

1.2 信息的管理：智能管理的突破

傳統(tǒng)電表沒有MCU或者MCU只承擔(dān)很簡單的管理功能，其信息通過字輪來顯示，僅能提供電量數(shù)據(jù)給用戶，不能對用電采集進行智能管理。

智能電表的MCU系統(tǒng)擔(dān)負(fù)用電信息的存儲、用電信息的顯示和用電信息的傳遞等管理功能。通過對存儲模塊、時鐘模塊、加密模塊、計量模塊、通信模塊、預(yù)付費卡等的有效管理，智能電表可以實現(xiàn)預(yù)付費、復(fù)費率、階梯電價等用電方式的管理，實現(xiàn)自動拉合閘、自動報警等安全措施的管理，實現(xiàn)自動控制、自動抄表等信息傳遞的管理。

使用智能電表，電力用戶可根據(jù)用電信息改變用電習(xí)慣、選擇用電方式和時間，提高能源使用效率，減少能源的浪費，實現(xiàn)電能的合理利用。

使用智能電表，電網(wǎng)公司可利用智能電表對用電信息進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題甚至電力故障，為用戶提供用電咨詢；每戶的電力需求可以詳細(xì)把握，并根據(jù)需求調(diào)節(jié)發(fā)電與配電設(shè)備，平衡高峰和低谷需求期的用電量，形成發(fā)電、配電與用電的及時互動，減少大面積停電、斷電等影響社會正常生產(chǎn)、生活的事件發(fā)生。

1.3 信息的傳遞：通信技術(shù)的突破

傳統(tǒng)電表是電網(wǎng)中一個個孤立的終端，用電信息依靠人工抄表來收集，效率和可靠性都不能得到保障。而智能電網(wǎng)依靠各種通信手段將智能電表納入統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)中，智能電表作為智能電網(wǎng)的智能終端節(jié)點，可以實現(xiàn)自動抄表、自動控制等功能，大大提高了效率和可靠性。

智能電網(wǎng)常用的通信方式包括電力線載波、485、GPRS、小無線、光纖等，這些通信方式各有優(yōu)缺點，通信模式將根據(jù)最終應(yīng)用進行選擇，如智能電表與采集器/集中器之間一般采用載波和485等方式，采集器/集中器與主站之間一般采用GPRS、光纖等方式。

2 、智能電表在功能上待完善的地方以及面臨的挑戰(zhàn)

圖2：以新型SOC為核心的智能電表應(yīng)用。

智能電表的發(fā)展需要更高性能的器件，其中尤以集成了眾多功能的SOC芯片最引人注目。如圖2所示，以高性能SOC為核心的智能電表，再配上預(yù)付費卡、加密芯片、LCD顯示屏、通信模塊等組成了新一代智能電表的主體。智能電表的發(fā)展對其中的一些關(guān)鍵模塊提出了新的要求，如下文所述。

2.1 信息的提供：計量技術(shù)待完善的地方

從計量方案的穩(wěn)定性上講，智能電表現(xiàn)場應(yīng)用條件十分復(fù)雜，溫度、濕度、壓力、干擾等條件千變?nèi)f化，智能電表是最近幾年才研發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品，其在現(xiàn)場安裝和運行的可靠性、使用過程中暴露出來的故障和質(zhì)量問題等都面臨挑戰(zhàn)。目前智能電表已經(jīng)安裝數(shù)千萬只，也積累了很多現(xiàn)場經(jīng)驗，但是由于電表廠面臨很大的價格壓力，智能電表的方案層出不窮，核心芯片不斷更換為價格更低的產(chǎn)品，前期積累的經(jīng)驗由于方案的更替不能有效的傳承下去。電表計量方案的可靠性和長期穩(wěn)定性將會成為將來智能電表面臨的重大挑戰(zhàn)。

從用電設(shè)備和用電環(huán)境的新發(fā)展來看，越來越多的負(fù)載呈現(xiàn)動態(tài)畸變負(fù)荷特性，如工業(yè)用戶中的鋼鐵、冶金、高鐵、機械加工、電動汽車充電站等，民用用戶中的非法節(jié)電器等。這些負(fù)載加在電網(wǎng)上，造成了大量的諧波量和直流量，而且呈現(xiàn)出快速變化的特點。目前的電表均為靜止式電表，從國家標(biāo)準(zhǔn)、計量方法一直到檢定裝置等整個體系均只能保證穩(wěn)態(tài)負(fù)荷下的準(zhǔn)確計量，如何應(yīng)對諧波狀況以及動態(tài)負(fù)荷下的準(zhǔn)確計量將成為未來計量技術(shù)需要完善的地方。另外，新能源的應(yīng)用也對計量技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，分布式發(fā)電系統(tǒng)的計量方法以及標(biāo)準(zhǔn)需要在未來不斷完善發(fā)展。未來可針對這些特殊應(yīng)用的場合研發(fā)新的計量技術(shù)，在最終條件成熟時再全面推廣。

從計量參數(shù)的需求上看，目前智能電表已經(jīng)具備了電壓有效值、電流有效值、零線電流、有功功率、電壓線頻率、功率因數(shù)等參數(shù)，未來可能需要提供更多的電力參數(shù)用于電能質(zhì)量監(jiān)測和用電管理，如諧波含量、閃變等。

2.2 信息的管理：智能管理待完善的地方

隨著智能電網(wǎng)系統(tǒng)推出越來越多的功能，智能電表的功能越來越復(fù)雜，智能電表需要控制的任務(wù)和處理的數(shù)據(jù)也大幅增加。如需要更高的安全性、篡改保護和檢測性能；需要增加升級次數(shù)，保證信息及時更新；需要遠程實時控制，實現(xiàn)遠程開關(guān)和遠程流量控制；需要更復(fù)雜的加密算法。因此，根據(jù)應(yīng)用的要求和MCU內(nèi)核的負(fù)載，未來智能電表將遷移到32位內(nèi)核，而且對程序存儲器（一般為內(nèi)嵌FLASH）提出了更高的需求，雖然8位機仍然是目前智能電表的主流，但是可以肯定的是8位機不能滿足未來智能電表的需求。電表業(yè)界需要提早在一個更高性能的平臺上迎接不斷增長的需求。

智能電表的另一挑戰(zhàn)是對其壽命的預(yù)期，感應(yīng)式電表具備較長的工作壽命，智能電表如要達到10年甚至15年的工作壽命，電池是其中關(guān)鍵之一，電池完成電表掉電情況下的計時、顯示等的供電，這對低功耗的SOC提出了需求，尤其是掉電情況下的耗電量，需要將MCU待機、自動溫補RTC、LCD顯示等的功耗控制在微安量級，這樣電池才可以維持10年以上的壽命。

2.3 信息的傳遞：通信技術(shù)待完善的地方

智能電表的興起很大程度上取決于智能電表所支持的通信模式的發(fā)展。目前智能電表的主流通信方式是載波和485，如圖1中所示。其他的通信方式，如RF、光纖、GPRS等，鑒于成本的考慮暫未成為主流。但是485方式和載波方式有其固有的缺點，485方式布網(wǎng)復(fù)雜成本稍高，載波方式成本最低但是實時性和可靠性最差。

未來的智能電表需要具備雙向?qū)崟r通信，需要具備安全的通信功能，需要具備欺詐活動的偵測和預(yù)防，需要較高的數(shù)據(jù)傳輸速度，需要具備較低的布網(wǎng)成本。目前的單一通信模式尚不具備以上所有特征，因此未來通信技術(shù)的發(fā)展是智能電網(wǎng)發(fā)展的一個關(guān)鍵。智能電網(wǎng)需要根據(jù)最終應(yīng)用需求選擇合適的通信方式。

2.4 智能電表還能做什么

智能電表的本質(zhì)任務(wù)是作為電網(wǎng)公司向電力用戶收費的一桿秤，目的是完成電量的準(zhǔn)確可靠計量。目前智能電網(wǎng)的發(fā)展又賦予了其遠程智能終端的功能，智能電表未來還能做什么？消費者如何使用智能電表與電網(wǎng)進行互動？這些問題都需要進一步的研究。

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