智慧型電表概觀

術(shù)語智能儀表通常指電表，但它也可以指測(cè)量天然氣或水消耗的裝置。

類似的儀表，通常稱為間隔或使用時(shí)間儀表，已存在多年，但“智能儀表”通常涉及實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)的傳感器，停電通知和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)。這些附加功能不僅僅是簡單的自動(dòng)抄表（AMR）。它們?cè)谠S多方面與高級(jí)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施（AMI）儀表類似。歷史上已安裝間隔時(shí)間和使用時(shí)間儀表以測(cè)量商業(yè)和工業(yè)客戶，但可能沒有自動(dòng)讀數(shù)。

英國消費(fèi)者團(tuán)體的研究表明，多達(dá)三分之一的人會(huì)將智能電表與能量監(jiān)視器混淆，后者也稱為家用顯示器。智能電表的推出據(jù)稱是節(jié)約能源的一種策略。雖然英國的能源供應(yīng)商每年可以節(jié)省約3億英鎊，但電力用戶的利益取決于他們使用這些信息改變他們的能源使用模式。例如，智能電表可以利用較低的非高峰時(shí)間收費(fèi)，并通過凈計(jì)量將電力賣回電網(wǎng)。

據(jù)分析公司Berg Insight稱，截至2008年底，歐洲智能電表的安裝量約為3900萬臺(tái)。在全球范圍內(nèi)，Pike Research發(fā)現(xiàn)2011年第一季度智能電表的出貨量為1740萬臺(tái)。Visiongain確定2012年全球智能電表市場(chǎng)的價(jià)值將達(dá)到70億美元。

智能電表可能是智能電網(wǎng)的一部分，但它們本身并不構(gòu)成智能電網(wǎng)。

1972年，Theodore Paraskevakos與波音公司在阿拉巴馬州亨茨維爾合作開發(fā)了一種傳感器監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用數(shù)字傳輸進(jìn)行安全，消防和醫(yī)療報(bào)警系統(tǒng)以及抄表功能。這項(xiàng)技術(shù)是自動(dòng)電話線識(shí)別系統(tǒng)的衍生產(chǎn)品，稱為來電顯示。

1974年，Paraskevakos獲得了該技術(shù)的美國專利。1977年，他推出了Metretek，Inc。該公司開發(fā)并生產(chǎn)了第一臺(tái)全自動(dòng)商用遠(yuǎn)程抄表和負(fù)載管理系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)是在Internet之前開發(fā)的，因此Metretek使用了IBM系列1小型計(jì)算機(jī)。對(duì)于這種方法，Paraskevakos和Metretek獲得了多項(xiàng)專利。

自從全球電力放松管制和市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的定價(jià)開始以來，公用事業(yè)公司一直在尋找一種將消費(fèi)與發(fā)電相匹配的方法。非智能電表和煤氣表僅測(cè)量總消耗量，不提供能源消耗時(shí)間的信息。智能電表提供了一種測(cè)量這種特定場(chǎng)地信息的方法，允許公用事業(yè)公司根據(jù)一天中的時(shí)間和季節(jié)收取不同的消費(fèi)價(jià)格。

公用事業(yè)公司表示，智能電表為住戶提供了潛在的好處。這些包括：a）估計(jì)賬單的結(jié)束，這是許多客戶投訴的主要來源b）幫助消費(fèi)者更好地管理他們的能源購買的工具 - 說明在家外有顯示器的智能電表可提供最多 - 關(guān)于天然氣和電力消耗的日期信息，這樣做可以幫助人們管理能源使用并減少能源費(fèi)用。電價(jià)通常在當(dāng)天和季節(jié)的某些可預(yù)測(cè)時(shí)間達(dá)到峰值。特別是，如果發(fā)電受到限制，如果來自其他司法管轄區(qū)的電力或更昂貴的發(fā)電量上線，價(jià)格就會(huì)上漲。支持者聲稱，在高峰時(shí)段以更高的價(jià)格向客戶收費(fèi)可以鼓勵(lì)消費(fèi)者調(diào)整他們的消費(fèi)習(xí)慣，以更好地響應(yīng)市場(chǎng)價(jià)格，并進(jìn)一步斷言，監(jiān)管機(jī)構(gòu)和市場(chǎng)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)希望這些“價(jià)格信號(hào)”能夠延遲建設(shè)更多的一代或至少從較高價(jià)格的能源購買能源，從而控制電價(jià)的穩(wěn)定和快速增長。然而，有一些擔(dān)憂，低收入和弱勢(shì)消費(fèi)者可能無法從日內(nèi)使用時(shí)間關(guān)稅中獲益。

基于現(xiàn)有試驗(yàn)的學(xué)術(shù)研究表明，房主的平均用電量減少了約3-5%。

遠(yuǎn)程連接/斷開服務(wù)和讀取儀表消耗的能力是公用事業(yè)的主要?jiǎng)趧?dòng)力節(jié)省并且可能導(dǎo)致抄表員的大量裁員。

智慧型電表連接

通信是智能電表的關(guān)鍵技術(shù)要求。每個(gè)儀表必須能夠可靠，安全地將收集的信息傳達(dá)到某個(gè)中心位置?？紤]到發(fā)現(xiàn)儀表的不同環(huán)境和位置，這個(gè)問題可能令人生畏。提出的解決方案包括：使用小區(qū)和尋呼機(jī)網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星，許可無線電，組合許可和未許可無線電以及電力線通信。不僅用于通信目的的介質(zhì)，而且用于所使用的網(wǎng)絡(luò)類型也是至關(guān)重要的。因此，人們會(huì)發(fā)現(xiàn)：固定無線，無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和無線自組織網(wǎng)絡(luò)，或兩者的組合。還有其他幾種可能的網(wǎng)絡(luò)配置，包括使用Wi-Fi和其他互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。迄今為止，沒有一種解決方案似乎對(duì)所有應(yīng)用都是最佳的。農(nóng)村公用事業(yè)與位于諸如山區(qū)或無線和互聯(lián)網(wǎng)公司不利地區(qū)等困難地點(diǎn)的城市公用事業(yè)或公用事業(yè)有著截然不同的溝通問題。

除了與前端網(wǎng)絡(luò)的通信之外，智能儀表可能需要是家庭區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的一部分，該家庭區(qū)域網(wǎng)絡(luò)可以包括本地顯示器和用于將一個(gè)或多個(gè)儀表與頭端連接的集線器。該網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)因國家而異，但包括電力線通信，無線ad hoc網(wǎng)絡(luò)和ZigBee

智慧型電表協(xié)議

ANSI C12.18是ANSI標(biāo)準(zhǔn)，描述了用于與儀表進(jìn)行雙向通信的協(xié)議，主要用于北美市場(chǎng)。 C12.18標(biāo)準(zhǔn)專門用于通過ANSI Type 2光端口進(jìn)行儀表通信，并指定較低級(jí)別的協(xié)議詳細(xì)信息。 ANSI C12.19指定了使用的數(shù)據(jù)表。 ANSI C12.21是為調(diào)制解調(diào)器而不是光通信編寫的C12.18的擴(kuò)展，因此它更適合于自動(dòng)抄表。

IEC 61107是由IEC出版的智能電表的通信協(xié)議，廣泛用于歐盟的電表。它被IEC 62056取代，但仍然廣泛使用，因?yàn)樗唵吻冶粡V泛接受。它使用串行端口發(fā)送ASCII數(shù)據(jù)。物理介質(zhì)要么是調(diào)制光，要么用LED發(fā)送，用光電二極管接收，要么是一對(duì)電線，通常由EIA-485調(diào)制。該協(xié)議是半雙工的。 IEC 61107與FLAG協(xié)議有關(guān)，有時(shí)也與FLAG協(xié)議錯(cuò)誤地混淆。 Ferranti和Landis Gyr是接口標(biāo)準(zhǔn)的早期支持者，最終成為IEC1107的子集。

開放式智能電網(wǎng)協(xié)議（OSGP）是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）發(fā)布的一系列規(guī)范，與智能計(jì)量和智能電網(wǎng)應(yīng)用的ISO / IEC 14908控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合使用。全球部署了數(shù)百萬臺(tái)基于OSGP的智能電表。已經(jīng)確定了OSGP協(xié)議中的許多重大安全漏洞。

使用TCP / IP技術(shù)作為智能電表應(yīng)用的通用通信平臺(tái)的趨勢(shì)越來越明顯，因此公用事業(yè)可以部署多個(gè)通信系統(tǒng)，同時(shí)使用IP技術(shù)作為通用管理平臺(tái)。通用計(jì)量接口將允許在設(shè)置通信標(biāo)準(zhǔn)之前開發(fā)和大規(guī)模生產(chǎn)智能電表和智能電網(wǎng)設(shè)備，然后在相關(guān)通信模塊可以容易地添加或切換時(shí)。這將降低投資錯(cuò)誤標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)，并允許在全球范圍內(nèi)使用單一產(chǎn)品，即使區(qū)域通信標(biāo)準(zhǔn)有所不同。

一些智能電表可以使用測(cè)試IR LED來傳輸未加密的使用數(shù)據(jù)，通過實(shí)時(shí)傳輸較低級(jí)別的數(shù)據(jù)來繞過電表安全。

智慧型電表數(shù)據(jù)管理

智能電表系統(tǒng)的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是電力公司的信息技術(shù)，它將智能電表網(wǎng)絡(luò)與公用事業(yè)應(yīng)用程序集成在一起，例如計(jì)費(fèi)和CIS。這包括儀表數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 。

對(duì)于智能電網(wǎng)實(shí)施而言，通過家庭區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（HAN）在家庭內(nèi)使用的電力線通信（PLC）技術(shù)是標(biāo)準(zhǔn)化和兼容的也是重要的。 HAN允許HVAC系統(tǒng)和其他家用電器與智能電表通信，并從那里與公用設(shè)施通信。目前，有幾種尚未兼容的寬帶或窄帶標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)或正在開發(fā)中。為解決這一問題，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）成立了PAP15小組，該小組負(fù)責(zé)研究和推薦共存機(jī)制，重點(diǎn)是協(xié)調(diào)HAN的PLC標(biāo)準(zhǔn)。該小組的目標(biāo)是確保為HAN選擇的所有PLC技術(shù)至少共存。選擇的兩種主要寬帶PLC技術(shù)是HomePlug AV / IEEE 1901和ITU-T G.hn技術(shù)。

電流表既可以改裝成電壓表，又可以改裝成量程較大的電流表，也可以改裝成歐姆表。如將它們適當(dāng)組合起來，它們可以共用一個(gè)表頭，就成為一個(gè)多用電表。多用電表可以分為有普通多用電表和數(shù)字式多用電表。

用途：測(cè)量交流/直流電壓、交流/直流電流、電阻阻值、電容器容量、電感量、音頻電平、頻率、晶體管NPN或PNP電流放大倍數(shù)β值等。

峰值波長

是指紅外發(fā)光二極管所發(fā)出近紅外光中光^Pubi尬接收器在其光軸上距接收器表面10mm處紅外光最大值所對(duì)應(yīng)的發(fā)光波長。在遠(yuǎn)距離紅外通訊中，一般選用波長為940nm或950nm的紅外發(fā)射二極管。

智能電表的主要類型有IC卡電表，用戶持IC卡到供電部門交款購電，供電部門用售電管理機(jī)將購電量寫入IC卡中，用戶持IC卡在感應(yīng)區(qū)刷非接觸式IC卡(簡稱刷卡，下同)，即可合閘供電，供電后將卡拿走。當(dāng)表內(nèi)剩余電量等于報(bào)警電量時(shí)，拉閘斷電報(bào)警(或蜂鳴器報(bào)警)，此時(shí)用戶在感應(yīng)區(qū)刷卡即可恢復(fù)供電;當(dāng)剩余電量為零時(shí)，自動(dòng)拉閘斷電，用戶必須再次持卡交費(fèi)購電，才可以恢復(fù)用電。對(duì)于居民用電，在與機(jī)械式電表、電子式電表作對(duì)比時(shí)，它有以下幾點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)：

1、具有多種防竊電功能，起動(dòng)電流小、無潛動(dòng)、寬負(fù)荷、低功耗，誤差曲線平直、長期運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性好。單相本地費(fèi)控智能電表

2、外形美觀、體積小、重量輕、安裝方便。

3、準(zhǔn)確度高：全電子式設(shè)計(jì)，內(nèi)置進(jìn)口專用芯片，精度不受頻率、溫度、電壓，高次諧波影響。

4、長壽命：采用SMT技術(shù)，優(yōu)化的電路設(shè)計(jì)，整機(jī)出廠后無需調(diào)整電路。

5、功耗低：采用低功耗設(shè)計(jì)，降低電網(wǎng)線損。

6、預(yù)購電量;IC卡傳遞數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回讀，包括：回讀總電量，剩余電量，表內(nèi)累積購電量，總購電次數(shù)等信息。

7、儲(chǔ)存表常數(shù)、初始值、用戶住址、姓名等信息。

8、超負(fù)荷報(bào)警斷電、剩余電量報(bào)警，提醒用戶及時(shí)購電。

智能電表的出現(xiàn)，也給電能表檢測(cè)機(jī)構(gòu)帶來了很多的好處。例如，以往在檢測(cè)一臺(tái)機(jī)械表或者電子表時(shí)，在電能表檢測(cè)裝置上上好表后，調(diào)試人員需要在調(diào)試軟件里手動(dòng)輸入每一塊電表的地址，以及電表的有功無功等級(jí)、電表適用的調(diào)試參數(shù)方案，這些大大增加了調(diào)試人員的工作量，拖延了電能表按期交貨的時(shí)間，對(duì)企業(yè)的品牌形象造成不可忽視的影響，然而自從智能電表誕生后，調(diào)試人員只需要將表上機(jī)，然后將調(diào)試電腦的網(wǎng)線端口與電能表檢定裝置上的網(wǎng)絡(luò)端口連接，設(shè)置好PC與裝置端的通訊串口，就可以自動(dòng)在檢定軟件上生成它們的各種參數(shù)，通過軟件短時(shí)間的自動(dòng)檢定過程，智能電表質(zhì)量是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)，在電腦顯示屏上一目了然。