中国智能电表的缘起，发展与期望（第一部分）中国当代电网量测技能平台张春晖2017年6月19日从2009年8月18日算起，国网:发布中国首部智能电表系列企业标准至今，共安装运用国产智能电表4.27亿只，包括单相智能电表38900万只 ，约占智能表计总量的91%，三相智能电表3800万只 ，占9%。这些海量的智能表计，在海内首次实现智能电表型式，功能，技能哀求及测试方法的统一，已经积累起8年的运行履历，表计产品质量与电网多专业运用水平不断提升。2009版国网智能电表系列企业标准经修订更新为2013版国网标准 。近两年，根据国家法制计量的哀求，国网组织开拓与发布:«基于IR46标准的"双芯"智能电表设计方案» ，并正在制订相应的新一代国网智能电表系列企业标准，这是一方面。另一方面，国产智能电表的发展水准，与国际品牌电子式电表的品质比较尚有差距。国产高端智能电表至今未能进入电网主要关口计量的主表地位。智能配电网培植的推进，提出快速丈量，谐波计量，能效评估计量新议题。同时，由于2017年电表市场需求大幅低落，估计2018年还将连续处于低谷，电表企业经营进入了困境。因此，今后5年，国网智能电表技能走向与市场需求，引人关注与期望！
一,中国首部国网智能电表系列企业标准推出的前前后后1，2008年，国网"电能表型式 ，功能及招标技能规范"子课题研究与2009版国网标准名称的改变据2009版国网智能电表系列企业标准（11份）的体例解释:1）2008年9月22日，国网营销部在天津召开会议，支配开展«计量，抄表 ，收费标准化培植»项目的研究事情，包括子课题:"电能表型式，功能及招标技能规范"。本文解释:此时 ，该子课题的电能表为电子式电表。同年10月 ，国网公司下发:«电能表型式，功能及招标技能规范研究大纲»。2）2008年11月26---28日，该课题组开会谈论并提出:"电能表型式 ,功能及招标技能规范"11份初稿。3）2009年2月5 -- 6日，国网营销部在北京召开"电能表型式，功能及招标技能规范"专家谈论会，本文作者应邀与会。4）2009年4月9日，国网营销部在北京召开"计量，抄表，收费标准化培植"项目研究成果评审会 ，通过了"电能表型式，功能及招标技能规范"子课题的研究成果。5）2009年5月11---13日，国网营销部在北京再次召开"电能表型式，功能及招标技能规范"谈论会。会后，由中国电科院将"电能表型式，功能及招标技能规范" 11份初稿进行修正，完善。6）2009年5月21日，国网公司在北京召开的"2009年特高压输电技能国际会议"上发布"倔强智能电网"的发展方案（2009---2020年）。在此之前，国网组织赴欧美稽核高等计量根本举动步伐（AMI）培植情形，特殊是意大利培植拥有3000万用户的高等计量管理系统（AMM）技能，包括本地通信采取 LONWORKS掌握网络技能。7）2009年7月17日，由中国电科院代表课题组向国网营销部提交:国网智能电表型式，功能及招标技能规范（11份）送审稿。8）2009年8月18日，国网公司发布:2009版国网智能电表系列企业标准（11份）。由此可见，从2009年5月21日国网公司发布"倔强智能电网"的发展方案之后，原来由国网营销部支配的"电能表型式，功能及招标技能规范"子课题，即更名为2009版国网"智能电表系列企业标准"。2, 2009版国网智能电表系列企业标准的基本内容1）从智能电表定义提及•«智能电能表功能规范（Q/GDW 354----2009）»提出:智能电表，由丈量单元，数据处理单元，通信单元等组成，具有电能量计量，信息存储及处理，实时监测，自动掌握，信息交互等功能的电能表。•再看:2007版电力行标:«多功能电能表（DL/T 614---2007）»提出:多功能电表，由丈量单元和数据处理单元等组成，除计量有功，无功电能量外，还具有分时，丈量需量等两种以上功能，并能显示，存储和输出数据的电能表。•由此可见，智能电表与传统的电子式多功能电表的定义比较:智能电表设计不同点在于突出通信单元，实时监测功能的运用开拓，新增加自动掌握，信息交互功能。2）2009版国网智能电表系列企业标准共分8类12项:•«智能电能表功能规范（Q/GDW 354----2009）» 1项•«单相/三相智能电能表型式规范（Q/GDW 355/356----2009）» 2项•«0.2S/0.5S/ 1 级三相智能电能表技能规范（Q/GDW 357/358/363----2009）» 3项•«0.5S/ 1 级三相费控智能电能表（无线）技能规范（Q/GDW 359/360----2009）» 2项•«1级三相费控智能电能表（载波）技能规范（Q/GDW 361----2009）» 1项•«1级三相费控智能电能表技能规范（Q/GDW 362----2009）» 1项•«单相智能电能表技能规范（Q/GDW 364----2009）» 1项•«智能电能表信息交流安全认证技能规范（Q/GDW 365----2009）» 1项。这里，本文须要指出:2009版国网智能电表系列企业标准共分8类12项，个中，单相/三相智能电表技能规范合计5类8项，占比例太大，内容过于重复。该系列企业标准在往后修订时，分类要简化，标准项数需压缩。3）2009版国网智能电表功能规范有哪些特色？与2007版电力行标«多功能电能表»的表计功能比较，2009版国网智能电表具有功能的特色:•沿用2007版«多功能电表表»标准的功能哀求:----电能计量:三相电表的有功，无功电能计量----需量丈量及最大需量判别----日历，费率和时段的自动转换----定时/瞬时冻结----事宜记录（9类事宜）----通信功能:红外接口，RS485接口----电网运行参数丈量----负荷记录:（无详细哀求）。•增加的新功能:---时钟:采取具有温度补偿功能的内置硬件时钟电路----事宜记录（15类事宜）----通信:载波通信，公网无线通信（GSM/GPRS,CDMA）----安全保护:编程开关，编程密码----费控功能----负荷记录----阶梯电价----停电抄表----单相智能电表的零线电流丈量----赞助电源----安全认证:严格的密码认证或ESAM模块等安全认证。•减少的功能:----删除单相电表的无功电能计量功能----删除扩展功能:谐波电压，电流监测等5项----删除软件哀求----删除表计可靠性哀求。综合来看，2007版电力行标«多功能电能表»的表计多功能，紧张是实现电能量，需量等多种计量技能的运用。而2009版国网智能电表功能规范哀求的多功能，则是开拓电表多种计量技能的多方面运用，特殊在费控，时钟，自动丈量，通信，安全认证等方面增加较多新功能。可以说，智能电表进入智能计量低级运用阶段。3，2009版国网智能电表系列企业标准经由两年的履行，反响出较多的表计质量问题，并采纳相应的质量管控方法1）由于该标准不完善或不明确，引起国网系统表计运行，操作不规范:•10类事宜记录，打算或阀值不明确•阶梯电价与多费率电价稠浊利用，如何计价？•通信权限，参数设置规定不一•热插拔通信模块技能哀求？•硬件时钟的定义，功能，温度范围待定•显示，非常提示与报警，负荷开关，脉冲输出等子项不完善。2）智能电表产品质量须要下功夫管控2012年7月19日，国网营销部下发:«关于进一步加强智能电能表质量管控事情的关照»指出: "近期 ，由于部分供应商缺少智能电表生产制造履历 ，在软件设计，元器件筛选和制造工艺等方面存在毛病，导致其供货产品在现场安装与运行过程中发生了质量问题",并提出计量技能改进，强化表计质量监督管理多方位哀求。个中，紧张计量技能更新项目有:•时钟晶振和温度补偿电路与时钟电路芯片一体化封装，不许可利用软时钟•RS485接口芯片宜选用无极性的RS485产品•智能电表在生产制造过程中，应有通电老化工艺，电路板洗濯工艺，电路板防潮处理工艺•加强元器件筛选力度，出厂前开展电能表加速老化试验•软件设计改进:----增加电压缓升缓降试验，用于创造智能电表在快速停复电时MCU未能成功将配置参数写入计量芯片----增加费控电表极限温度下通，断电试验，用于创造本地费控智能电表在频繁断，通电时，会涌现金额负跳变征象，便是ESAM中的剩余金额低于EEPROM的剩余金额•还需新增高压温升试验，用于创造由于热敏电阻选用不当，产生掉电黑屏故障。4,2012年，国网启动2009版智能电表系列企业标准修订程序，导出电网计量部门，电表企业新的计量期望。本文作者汇总以上情形后，提出:2009版国网标准智能电表系列企业标准修订时，需重视吸纳前瞻，实用计量新技能，建议增加下列计量功能，型式方面的新项目:1）提升智能电表整体设计方案水准•智能电表具有自主决策与相应功能的智能计量项目 ，如配电网与用户之间的高等互动运用功能•三相智能电表具有非正弦波全功率（有功功率，无功功率，畸变功率和视在功率）计量功能，采取IEEE 1459----2010参考标准，用于考察由畸变功率引起用户功率因数降落，用电谐波能耗增长率等•单相智能电表具有正弦波全功率（有功功率，无功功率和视在功率）计量功能，用于考察居民用户无功负荷分布情形与补偿，评估电压，电流谐波含有率等•高端三相智能电表的无功电能计量准确度由2级提高到0.5S级，用于改进有功与无功功率计量负荷范围低端不一致•担保智能电表在 0---360° 范围内具有计量准确性，掌握极低功率因数下的计量偏差。该计量偏差的限值，可参考入口高端电表实丈量来确定，并列入电表企业的企业标准•智能电表计量性能改进:----智能电表随电力负荷改变的计量偏差曲线应平坦。正/负计量偏差掌握在表计准确度等级的25%以内。计量偏差带宽的中央线偏离零轴的间隔，宜掌握在表计准确度等级的10%以内。平直表计计量偏差曲线:多采取硬件方法。高端电表的低负荷计量，需采取有源电流互感器平直计量偏差曲线，少用软件补偿计量偏差----三相智能电表的电压回路，低端临界电压需由60%低落到20%。为此，可采取性能优秀的开关电源，并限定其功耗，谐波含有率，详细掌握指标，待研究•电能计量芯片:需进行正弦波与非正弦波全功率算法差别的考察。2）单相智能电表的准确度等级，需提升为0.2, 0.5 , 1 , 2 级，分别用于月用电量不同的居民用户，担保由表计计量不愿定度引起的电量颠簸不超过 1 kWh。3）提升智能电表可靠性研究与设计水准•研究高端智能电表的电磁兼容性测试等级适度予以提升•智能电表可靠性预测:由海内现行方法转向按IEC 61709 和SN29500标准开展事情•选有技能经济实力的电表企业， 省级电力计量中央开展智能电表，终真个电子元器件失落效率数据库培植与运用•根据海内电网的需求，研究绘制智能电表可靠度与运行年限的关系曲线，开展智能电表利用寿命评估。4）采取双向，高速通信办法，统一路由，中继，组网等高端通信协议，适应智能配电网培植，分布式能源并网，与用户高等互动功能运用的需求。二，基于2013版国网智能电表系列企业标准的智能电表，与电子式多功能电表比较有哪些创新？本部分的有些内容，参考由威胜集团公司专家供应的计量技能文稿，由深圳锐能微公司，南京飞腾公司供应的计量技能信息编写而成。1,2013版国网智能电表系列企业标准共分4类6项:1）«智能电能表功能规范（Q/WDG 1354----2013）» 1项2）«单相/三相智能电能表型式规范（Q/GDW 1355/1356----2013）» 2项3）«单相/三相智能电能表技能规范（Q/GDW 1364/1827----2013）» 2项4）«智能电能表信息交流安全认证技能规范（Q/GDW 1365----2013）» 1项。2, 2013版国网智能电表有哪些创新？1）智能电表的计量准确性和安全性从多方位有较大提升:•采取打算技能前辈的计量芯片----电能计量芯片具有高的计量线性度。早期的电子表计量芯片（包括入口芯片）线性度为1000:1。目前，智能电表用的国产单相计量芯片线性度可以达到5000:1及以上。以民用单相智能电表为例，国网标准哀求用2级单相电表，极限偏差等级为1级，出厂偏差按+/-- 0.6%考察。从多年履行情形反应，表计偏差余量较大。----适应用户日益增长的动态负荷计量需求。国产单相计量芯片的功率丈量，采取DSP打算，即10个乘法器并行打算，并计及50次谐波影响。----智能电表计量芯片都采取多路并行采样，而普通电子式电表大都采取多路复用单通道计量芯片，计量抗滋扰能力，低负荷，动态负荷计量性能较差。•担保计量不因外部窃电行为或强互换，直流磁场影响引起计量数据大幅虚减:----单相智能电表具有零线电流监测功能。单相计量芯片备有10mA的零线电流丈量接口，单相智能电表设计方案中配有丈量零线电流互感器（准确度为1级，）。由于低压用户零线电飘泊布与接线办法有关，很繁芜，零线电流的判别功能，一样平常只能有用电信息采集系统主站来履行。单相智能电表新增加记录负荷曲线功能，双方向计量功能，提高了非常用电剖析能力。----三相智能电表:具有基于霍尔器件的外部强直流磁场（大于200mT）滋扰监测与报警功能。还具有基于空心线圈的外部强互换磁场滋扰监测与报警功能。•担保计量数据不因内部0.5mT互换磁场引起表计潜动而数据微量虚增。•强化表计运行可靠性测试----具有打开表盖事宜记录----电源非常监测----负荷开关误动作检测，表计电流回路阻抗测试----通信模块接口带载能力测试----高温极限事情影响测试。2）建立与统一地（市）级电网智能电表费控全流程管理系统•国网:制订并组织履行国网标准«智能电表信息交流安全认证技能规范（Q/GDW 1365----2013）»，规定了费控智能电表的费控功能哀求，数据交流安全认证所涉及的数据构造，操作流程和干系功能的检测哀求。•按地（市）级电网区划，结合本地电网，银行，通信部门管理情形，联合设计开拓本地或远程智能电表费控全流程管理系统。•国网:由国网信息通信家当集团下属的北京智微芯公司自主开拓与供应智能电表ESAM模块，并年产ESAM模块0.5---1亿块。3）智能电表的品质同等性从元器件抓起•国网:制订与组织履行智能电表的计量芯片，晶振，互感器等15类紧张元器件的技能规范，包括技能哀求与检测 方法国网计量中央开展智能电表元器件入网测试，并出具测试报告。电表企业包括智能电表设计方案及套件供应商:依据国网计量中央的测试报告，选用智能电表元器件。由此，国网规范了智能电表元器件的测试，选用，验收，从根本长进步智能电表产品质量。•省级电网计量中央:建立单相，三相智能电表检定自动化流水线，担保全省电网拥有的1000---4000万只智能电表计量性能同等性。在环球能源表计行业，可以说是海量计量测试工程。4）为配电网与用户之间开展高等互动运用功能准备通信条件•智能电表具有通信模块互换功能。目前，配电网与用户之间的互动运用功能，紧张有电价，电费查询，自动缴费，业扩报装联系等，属于低级互动运用功能。随着智能配电网培植推进，新建售电公司售电办法改变，分布式能源并网，需求相应，实时电价的履行，空调和大容量电力设备参与配电网调峰，配电网与用户之间将进入高等互动运用功能时期，须要采取双向，高速通信与网关技能，按需改换新的通信模块。•低压电力线宽带载波通信技能进入规模化运用阶段宽带载波与窄带载波通信技能比较具有下列上风:----宽带载波通信采取扩频，OFDM调制技能，能有效抵抗多径滋扰，旗子暗记吸收可靠。----宽带载波传输速率高，降落突发滋扰的影响。----宽带载波通信基于TCP/IP技能，具有完善的链路层，网络层数据保护与验证。----宽带载波通信性能优秀，速率快，扩展能力强，可以加载多种网络运用。2017年，国网智能电表第一批集中招标，宽带载波模块中标量约720万块，占2016年宽带载波模块中标量的240%。•国网哀求:通信模块互换，从热插拔，通信，对计量偏差影响，整机功耗4个方面进行考察。5）智能电表功能拓展:•阶梯电价切换功能•软件比对功能•保电功能•红外认证 。
