关于智能电表发展前景的分析

《嵌入式系统分析》课程论文关于智能电表现状和前景的分析作者：王斌指导教师：冯春祥班级：08级线路3班学号：080211318E-mail:[e-mail]完成日期：2010年5月目录目录第一章前言..................................................21.1智能电网背景介绍..........................................21.2智能电表背景介绍..........................................3第二章智能电表的现状..........................................52.1IC卡电表收费系统.........................................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智能电表的构成和原理......................................83.2智能电表的特点............................................8第四章智能电表的发展方向......................................104.1机电结合的电度表.........................................104.2全电子式电度表...........................................114.3无线抄表.................................................13第五章结论与展望.............................................14参考文献..................................................16第一章前言第一章前言1.1智能电网背景介绍智能电网作为美国总统奥巴马经济刺激方案的重要项目之一，几乎在一夜之间“成名”，而且美国还为此制定了35亿美元规模的预算。5月21日，国家电网公司总经理刘振亚在“2009特高压输电技术国际会议上”指出：“国家电网将立足自主创新，加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网。”这是此前一直保持缄默的国家电网首次正面对智能电网作出回应。智能电网首先应当是一个坚强的电网，坚强是智能电网的基础，智能是坚强电网充分发挥作用的关键。中国电网的目标就是要建设坚强智能、坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。国家电网将按照统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进的原则，在加快建设由1000千伏交流和±800千伏、±1000千伏直流构成的特高压骨干网架，实现各级电网协调发展的同时，围绕发电、输电、变电、配电、用电、调度等主要环节和信息化建设等方面，分阶段推进坚强智能电网发展。到2020年，将全面建成统一的坚强智能电网，使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之间的互动性得到显著提高。坚强智能电网以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。而国外的智能电网侧重在配电和用户侧，重点研发可再生能源和分布式电源并网技术，电动汽车与电网协调运行技术以及电网与用户的双向互动技术。”根据预计，2020年中国可再生能源装机将达到5.7亿千瓦，占总装机容量的35%，每年可减少煤炭消耗4.7亿吨标准煤，减排二氧化碳13.8亿吨。其中，第一章前言风能、太阳能等非水电的可再生能源比例将大大提高，而这些间歇性可再生能源的大规模利用将对传统电网提出挑战，而智能电网将可以很好地解决此问题。对此，，智能电网不会改变传统电网的形态，不可能改变电力系统运行规律和基本理论，只会在传统电网安全、经济的基础上更清洁、高效。坚强智能电网的主要作用表现为，通过建设坚强智能电网，提高电网大范围优化配置资源能力，实现电力远距离、大规模输送，满足经济快速发展对电力的需求。通过建设坚强智能电网，将实现可再生能源集约化开发、大规模、远距离输送和高效利用，改善能源结构。此外，通过建设坚强智能电网，可实现各类集中、分布式电源、储能装置和用电设施并网接入标准化和电网运行控制智能化，提高电力系统资产的运营效益和全社会的能源效率。国家电网智能电网战略研究对发展智能电网提出了框架性的发展目标，国家电网公司将分三个阶段推进坚强智能电网建设。2009年—2010年是规划试点阶段，重点开展坚强智能电网发展规划，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试点；2011年—2015年是全面建设阶段，将加快特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，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用；2016年—2020年是引领提升阶段，将全面建成统一的坚强智能电网，技术和装备达到国际先进水平。届时，电网优化配置资源能力将大幅提升，清洁能源装机比例达到35%，分布式电源实现“即插即用”，智能电表普及应用。1.2智能电表背景介绍随着国民经济的不断发展,电力已经成为国家的最重要能源。就民用电力来说,由于人民物质生活的极大丰富,生活质量迅速提高,对电力的需求也越来越大。但是,当前居民用电的管理过于落后,居民用电管理收费多年来一直采用先用电、后抄表、再付费的传统作业方式。居民用电绝大多数实行“分表制”,即若干集中居住的家庭(一个居住单元或若干居住单元的集合)使用一个总的电表,每户装第一章前言一个分电表,电力部门抄表员抄收总电表的电量,作为居民交付电费的依据。居委会或物业管理部门还需去抄取各家电表的读数,按比例收取电费。这种用电管理模式,给居民带来诸多不便,而且增加了管理人员的工作。据统计,仅电力部门的抄表队伍人数就数以万计,且人为方式弊端多,工作效率低,给管理部门造成了人力、物力、时间上的极大浪费。为了适应社会的需要,保证用户安全、合理、方便地用电,对传统的电表和用电的管理模式进行改造,使之符合社会发展的需要就显得很有必要。长期以来,我国生产的交流电度表均为感应式机械电度表,几十年来不得不采用人工抄读电表的原始方式。目前全国大部分电力公司、电业局完成了用电营业计算机管理系统的开发和应用。但作为用电管理最重要也是最基础的用电数据仍采用原始落后的人工抄收的方法,不但劳动强度大、效率低,而且还会存在抄表不到位、估抄、漏抄、错抄、错算及抄表周期长等问题,对窃电的防治更无从谈起。在社会走向信息化,网络化,电力系统大踏步现代化的今天,手工抄表更是与无人值班等高度的自动化形成了鲜明对比,成为制约供电系统现代化管理的一大障碍。就系统的完整性而言,电力系统从发电,配电,传输一直到区域变电所已基本实现网络化管理,而唯独用户终端没有和网络连接上,造成了系统的不完整,直接或间接的影响了系统潜能的发挥。正是由于以上背景,智能电度表应运而生。所谓智能电表,就是应用计算机技术,通讯技术等,形成以智能芯片(如CPU)为核心,具有电功率计量计时、记费、与上位机通讯、用电管理等功能的电度表。第二章智能电表的现状第二章智能电表的现状目前,国内智能电度表从结构上大致可分为机电一体式和全电子式两大类。机电一体式,即在原机械式电度表上附加一定的部件,使其既完成所需功能,又降低造价且易于安装,一般而言其设计方案是在不破坏现行计量表原有物理结构,不改变其国家计量标准的基础上加装传感装置变成在机械计度的同时亦有电脉冲输出的智能表,使电子记数与机械记数同步,其计量精度一般不低于机械计度式计量表。这种设计方案采用原有感应式表的成熟技术,多用于老表改造。全电子式则从计量到数据处理都采用以集成电路为核心的电子器件,从而取消了电表上长期使用的机械部件,与机电一体化电度表相比具有电表体积减小,可靠性增加,更加精确,耗电减少,并且生产工艺大大改善,不必只在原有意义上的专业电度表厂生产等优越性,最终会取代带有机械部件的计量表。传统的电表可以分为单向机电式，单向电子式，多向机电式，多向电子式。从2007年开始，到预期的2011年，各种电表在实际使用中所占的比例如图1所示：图1各种电表使用比例而电度表作为电费收取的计量依据,涉及到一个抄表问题,因此有必要从电度表的抄表方式进行分类。从现行技术来看主要有IC卡式,远传抄表式。第二章智能电表的现状2.1IC卡电表收费系统IC卡电表收费系统的成本较低、可靠性高、使用寿命长。IC卡是用硅片(EEPROM)来存储信息的,一张IC卡至少也可以使用10年以上。IC卡电表收费系统安全性高,不易仿制,收费准确,不易出错。它具有很强的加密性。采用IC卡电表收费系统可提高居民用电收费的管理水平,确保电力部门能及时收到电费(用户不继续买电,将被断电)。IC卡表的系统功能包括预收费功能,报警功能,断电功能,显示功能和加密功能。IC卡表的整个收费系统包括主机,IC卡电表和IC卡三部分。IC卡电表收费系统,实现了用电收费电子化,其技术成熟可靠,电力部门可以不必再为收费问题而发愁。所以,IC卡收费系统在我国得到了较大范围的推广。但是,从系统的角度来看,由于用户终端与系统主机并没有直接联系,只有在用户持卡交费时才能了解到用户情况,信息反馈滞后,可以讲,用户终端仍然与整个网络脱节。从经济角度来看电力部门先收费后送电不符合经济政策,可以说在一定程序上侵犯了用户的利益,所以现在有许多城市已经原则上不再审批新的IC卡表项目,从长远来看,IC卡收费系统只能作为一种过渡性产品。2.2远程自动抄表系统远程自动抄表系统实现用电数据的自动抄收,可杜绝人工操作的一切弊端。用户的用电数据可直接进入用电营业的计算机管理系统,用电管理人员可随时监视用电情况,发现问题(如故障、窃电等)及时处理。线损情况直接影响着供电部门的经济效益,以前不管人工抄读还是IC卡表都无法准确计量线损情况,找到线损原因也很困难,而采用远传抄表后可以几乎同时取得总表读数和分表总读数,随时掌握线损情况,并较容易地分析线损原因以便加以处理。随着形势的发展,居民在银行开设个人账户,营业计算机管理系统与银行联网,完成数据的自动抄收、处理、银行转账交费等全套操作,可真正实现用电管理的自动化。现在国内的远传抄表系统主要有485总线和载波抄表两种形式,载波集抄系统是利用专用芯片对第二章智能电表的现状用电数据进行调制解调,通过电力线进行通讯以实现集中抄表。485总线方式的数据传输可靠性高,且造价较低,缺点是需布线,安装较复杂,另外拉线易被人为破坏,特别是现在许多小区不允许拉明线,使这种总线方式难于施工。现在采用较多的方案是用户终端到数据集中器采用电力线载波通讯,数据集中器到上位机用专用电话线。当然,根据小区的不同情况,也有很多采取485总线与电力载波配合使用的方案。在由中国计量协会电能计量分会主力的’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已被国家电力公司列为推荐模式。认为这是一套技术先进,符合实际需要,极具开发潜力的系统。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3.1智能电表的构成和原理电子式智能电表,是在电子式电表的基础上,近年来开发面世的高科技产品,它的构成、工作原理与传统的感应式电能表有着很大的差别。感应式电表主要是由铝盘、电流电压线圈、永磁铁等元件构成,其工作原理主要是通过电流线圈与可动铅盘中感应的涡流相互作用进行计量的。而电子式智能电表主要是由电子元器件构成,其工作原理是先通过对用户供电电压和电流的实时采样,再采用专用的电能表集成电路,