应用电子技术论文--电能表的发展及智能电表的诞

发布时间：2022-10-05 21:44 热度：

杨诚
摘要：国际市场的仪器仪表在技术上向数字化、智能化、网络化、微型化发展，电力网系统的发电、输电、配电环节已基本实现网络化管理，智能电表是为适应智能电网提出的对电力需求侧管理实现现代化的要求而专门设计的新一代网络多功能电能表。
关键词：智能电表；发展；应用
电力是我国最重要的能源之一，经过多年发展已满足工业用电和居民用电的需求，同时随着电子技术的发展，也解决了电力能源的供需矛盾。在电度表的改造和研制的领域，出现了多种类型的智能表计，如：磁卡式电表、点卡式电表、IC卡电表、全电子电表等等，抄表方式上也由传统的手工抄表方式转而使用远程自动抄表系统，解决了传统方式的速度慢、可靠性差、自动化程度低等问题。通过几年的实际应用，收到了较好的效果，现已成为我国用电管理的主流。
电能表的发展历程
电能表是一种计量某一段时间内通过的电能的累计值的表计。1880年汤姆斯•埃迪森根据电解的原理发明了电能表，它是用于对直流电能的测量。它体积庞大，精度很低，使用起来很不方便。1888年，随着交流电的发现和应用，人们又开始研制交流电能表，在1889年，人们根据意大利的费拉里斯教授最先提出的感应式电能表原理成功制造出了交流电能表即感应式的电能表。到了19世纪末，经过诸多科学家的不懈努力，形成了较完整的感应式电能表的基本制造理论。经过一百多年人们在电能表生产制造技术上的不断探索和发展，使得目前感应式电能表的制造技术已经完全成熟，价值又具有可靠性高、制造简便、价格便宜等特点，因此，在全国范围内，感应式电能表在数量上占电能计量表计的绝大多数。
但是随着电力事业和科技的发展，感应式电能表逐渐在人们面前暴露出固有的缺点：功能单一、准确度地、频率适应范围比较窄等等。这时，为了扩展电能表的使用功能，出现了感应式脉冲电能表，这种表仍然采用了感应式电能表的测量机构，只是利用光电传感器将电能转换为电脉冲信号，通过电子电路对脉冲信号的计算与处理，完成电能的计算工作，它的出现极大的解决了电能表的功能单一的问题，电能表可以通过软件编程实现远程自动抄表、负荷控制参数的分散采集和存储等功能，使得分时电价和需量电价制度能够有效的实施和推广，充分发挥了电力在国民经济中的作用。但是感应式脉冲电能表仍然对表计的准确度和频率适应范围无能为力，为此，人们又开始寻求使用电子电路来对点能量进行测量。
随着人们用电水平的不断提高和电能表制造技术的发展，已经形成了多种电能表，如复费率电能表、多功能电能表、最大需量电能表、长寿命电能表、预付费电能表等等。
智能电表的诞生
70年代以来，在新技术革命的推动下，尤其是微电子计算机技术的快速进步，使电子仪器的整体水平发生很大变化，先后出现独立式智能仪器、GP-IB自动测试系统、插卡式智能仪器，在此基础上，1987年又问世了一中被称为21世纪仪器VXI总线仪器系统。现所谓的虚拟仪器或集成仪器，指通用计算机上添加几种共性的基本仪器硬件模块，通过软件来组成各种功能的仪器或系统的仪器设计思想。
随着仪器与系统硬件的不断完善以及新的仪器设计思想的发展，软件的重要性与进一步发展的迫切性变得越来越突出，智能仪器实际上是一个专用的计算机系统，它主要由硬件和软件两部分组成。硬件部分主要包括信号的输入通道，微控制器或微控制器及其外围电路、标准通信接口、人机交换通道、输出通道。输入通道和输出通道用来输入输出模拟量信号和数字量信号，他们通常由传感器元件、信号调理电路、A/D转换器、D/A转换器等组成。

智能电表是智能配电网数据采集的基本设备之一，智能电表是以微处理器应用和网络通信技术为核心的智能化电子仪表，具有自动测量/计算、数据处理、双向通信和功能扩展等能力，能够实现双向计量，远程/本地通信，实时数据交互，多种电价计费，远程断供电，电能质量监测，水气热表抄读，与用户互动等功能。在智能电表的基础上构建的AMI、AMR系统能为用户提供更加详细的用电信息，使用户可以更好的管理他们的用电量，打到节省电费和减少室温气体排放的目标。电力零售商可以根据用户的需求灵活的指定分时电价，推动电力市场价格体系的改革。配电公司能够更加迅速的检测故障并及时响应，强化电力网络控制和管理。
与传统仪器相比较，智能仪器具有下列主要特点：
（1） 测量精度高，可以利用微处理器执行指令的快速性和A/D转换的时间短等特点对被测量进行多次测量，然后求其平均值，就可以排除一些偶然的误差与干扰，还可以通过数字滤波，剔除随机误差提高测量精度。
（2） 能够进行间接测量，智能仪器可以利用内含的微处理器通过测量几种容易测量的参数，间接的求出某种难以测量的参数。
（3） 智能仪器在使用前进行自动校准，在测量过程中进行校准，极大的减少了误差。
（4） 具有自动修正误差的能力。
（5） 具有自诊断的能力，智能仪器若发生了故障，仪器本身不但能自检出来还能协助诊断发生故障的根源。
（6） 能够实现复杂的控制功能。
（7） 允许灵活的改变仪器的功能。
（8） 智能仪器一般都配有多种接口，使智能仪器具有可程控操作的能力。
智能电表的发展方向
我国智能电网的发展目标包括高压智能输电网络和城乡智能配电网络两部分。
特高压智能输电网络是以特高压电网为基础，通过建立高级调度中心和数字化变电站，实现只能电网运行控制、广域测量监控、在线预警和智能决策、以及互动服务功能。
城乡智能配电网络是通过应用自动抄表系统和用电自动化管理终端，实现需求侧负荷管理，同时发展各种小型分布式发电单元，作为区域性补充能源。供电公司通过实时掌控电网运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患，提升电网运行的可靠性。
智能电网的建设步骤：2009-2010年国网公司将加快智能电网相关技术和管理标准的指定，推进各种试点项目的招标和建设工作。特高压示范工程建设和各省载波表的推广都将加快。2011-2015年我国的特高压电网有望初具规模，初步形成特高压电网的智能运行和监控。我国将初步建成区域性城乡智能配电网络的示范工程。2015-2020年，我国将进一步完善特高压智能输电网络，普及城乡智能化配电网络，加大分布式能源的使用效率。
在国家电网公司公布了智能化电网计划后，智能电表行业发展得到极大促进。相关研究机构根据预测2009年全球智能电表安装量会达到7600万只，而这一数字在2007年仅为790万只。智能电表是为适应智能电网提出的对电力需求侧管理实现现代化的要求，结合在电力行业多年的设计开发和现场运行经验，基于嵌入式软硬件开发平台而专门设计的新一代网络多功能电能表。
国际市场的仪器仪表在技术上向数字化、智能化、网络化、微型化发展。由于微电子技术的进步，仪器仪表产品进一步与微处理器、PC技术融合，仪器仪表的数字化、智能化水平不断得到提高。面对新的形势，全面提高电子式电能表，尤其是技术含量高的产品的市场竞争力，重点突破多费率表和多功能表的现状，使电能表从数量优势向技术优势转变是电能表产业的发展趋势，电力网系统的发电、输电、配电环节已基本实现网络化管理，但用户终端的网络系统还不完整，这直接或间接的影响了整个系统的运作，因此，智能电表的应用任重道远。