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详析架构设计的新一代智能电能表功能特点

  

编者按:
    新一代智能电能表满足
IR46标准的基本功能要求,与传统智能电能表相比,采用多芯模组化设计理念,包含计量、管理、时钟、存储等多个芯片;结构上由多个模组以插拔方式构成,可根据不同应用场景在基表上配置不同模块此外,新一代智能电能表还具备多元化高效通信、软件可升级、分布式大容量存储、负荷监测与分析等最新应用成果。


  智能电能表作为智能电网营销业务、用电信息和能源分配的末端设备,覆盖范围极广,在能源互联网的建设过程中被赋予了新的使命及任务,新一代智能电能表在满足基础的计量功能外,更需要满足智能设备的灵活接入,实现设备数据的感知、采集和控制,不断适应能源互联网的建设需求与人民群众日益多样的服务需求。

    当前智能电能表无法满足未来能源互联网末端应用需求

    智能电能表是智能电网末端的重要组成部分,目前已接入4.9亿智能电能表,覆盖率达到99%以上。此外,智能电能表的非计量功能已经在配网运维管理、客户体验提升、服务国家能源战略转型升级等多个方面提供了强有力的数据支撑。

随着能源互联网对信息感知的深度、广度和密度提出的更高要求,智能电能表的问题也逐渐显现出来。

    另外,国际法制计量组织(OIML)颁布的《R46有功电能表国际建议》对电能表的技术及性能提出了新的要求与思路。电能表在当下及未来被赋予了新的使命及任务,新一代智能电能表的发展需充分考虑国际标准的先进思想,在满足基础的计量功能外,更需要借助其点多面广、与用户联系紧密的应用特点,拓展表计能源互联网的特征属性,为电力公司与用户友好互动、协助用户进行有效的能源管理以及提升台区设备和综合负荷的状态感知提供帮助。

    基于计量模组、管理模组、扩展模组

    架构设计的新一代智能电能表功能特点

1.结构设计

新一代智能电能表主要由计量模组、管理模组以及扩展模组三个部分构成。

计量模组是新一代智能电能表的核心,承担着法制计量的基本功能,保存了所有法制相关的电能、时间等原始数据,不仅为国家量值溯源和计量数据追溯提供法制依据,还为其他模组的数据应用和业务实现提供基础数据。

管理模组是新一代智能电能表的管理中心,采用可插拔式设计,通过标准化接口与计量模组、扩展模组建立连接,除具备营销业务所要求的基本功能外,还负责其它模组的数据分发和管理工作。同时管理模组上加载轻量级操作系统,并部署多元化应用APP,能够实现功能灵活配置、满足升级需求。

扩展模组是新一代智能电能表实现灵活、可扩展的主要体现形式,用户可根据不同业务场景在电能表上选配不同的功能扩展模组,通过模组进一步拓展表计的通信、控制、计算、监测等功能。新一代智能电能表的外观结构设计如下图所示。

外观

新一代智能电能表外观结构设计

2.功能特点

新一代智能电能表在顶层设计时兼顾了安全性、可靠性、扩展性以及经济性,具备如下功能特点:

(1)分布式、大容量存储

新一代智能电能表每个独立的模组都分配相应的存储空间,保存关键性的法制计量数据;另外,表计能够存储长达1年的分钟级电量,可以满足法制计量数据的溯源和其他业务对电能表数据采集频度的差异化需求,支撑电力市场现货交易的灵活电价机制。

(2)多元化高效通信

新一代智能电能表管理模组标配低功耗蓝牙,能同时与采集器、手持设备、用户手机等外部设备进行数据交互,满足运维、检测、费控、人机交互等不同业务应用需求。扩展模组标配HPLC通信,并可通过标准化的接口满足RS485、LoRa、M-Bus、NB-IoT、CAN等主流物联网通信方式的接入。

(3)智能化显示

新一代智能电能表采用点阵式液晶,能够个性化定制显示字体的大小、显示的内容,能够方便地生成二维码供运维人员和用户扫描、查询信息,满足能源互联网人机交互的发展需求。

(4)宽范围精准计量

新一代智能电能表能够在20mA~100A的负载电流范围内准确计量,满足电动汽车等大功率、宽范围负载的计量需求。同时表计具备谐波电能计量及监测功能,为未来电网谐波治理、电能质量参与贸易结算提供计量依据。

(5)异常感知监测

新一代智能电能表可通过在接线端子内部放置热敏电阻,实现在运表计端子温度的在线监测,避免因电能表故障和人为原因造成的火灾事故。此外表计能够实现多种电网异常、电表异常、用电异常事件的主动上报,满足故障定位、运维抢修等需求。

(6)操作系统应用

新一代智能电能表的管理模组搭载了统一的操作系统,通过标准化的驱动接口实现了表计软件与硬件的解耦合。操作系统的应用能够更高效地利用智能电能表硬件资源,更方便地管理功能性软件,更合理地实现功能的扩展应用。

(7)功能应用可扩展

新一代智能电能表的硬件上配备3个功能扩展模组,采用标准化硬件接口来支持不同业务场景模组的选配;操作系统部署了多个应用APP,可通过APP软件灵活扩展多个功能,满足产品的快速迭代和升级需求,更好应对未来业务扩展带来的挑战。

(8)柔性负荷控制

新一代智能电能表可在电力用户欠费情况下不直接断电,而是通过对负载电流的限制,在只满足用户照明、手机充电等最基本的需求情况下,为用户缴费充电预留充足的时间,体现国网公司优质服务的理念。

(9)可靠性提升

新一代智能电能表采用电池可更换式设计,并与表内新增的超级电容配合,有效保证时钟供电的可靠性;通过产品设计的优化及制造工艺的提升,表计的寿命延长至15年,提高现场运行可靠性。

支撑用户侧多应用场景的

新一代智能电能表

新一代智能电能表的设计理念与能源互联网的建设思路高度契合,可与其他专业设备协同配合,支撑如下应用场景:

(1)居民家庭智慧用能

新一代智能电能表通过配置非介入式负荷辨识模组,采集用户总进线处的电压、电流、时间等数据,配合具备随器计量功能的智能家电、智能插座等新产品,依托大数据算法实现对家电负荷类型和状态分析,为居民家庭提供用能统计分析、家电需求响应、电气故障预警等增值服务,提高居民家庭用能水平。

(2)电动汽车及分布式能源服务

新一代智能电能表通过配置有序充电模组,能够实现对台区各能源设施、用能设备和电动汽车实时状态的采集、感知和控制。新一代智能电能表与台区管理单元及系统主站共同实现规模化电动汽车有序充电和分布式能源的消纳,实现全网的负荷调度,满足台区侧源网荷储协同服务的需求,为客户提供优质用能服务。

(3)社区多能服务

新一代智能电能表不仅能够实现电气信息的采集,更能通过增加不同类型的通信模组实现热、水、气表的数据采集,实现社区范围内电、热、水、气交互耦合与协同控制,在保证社区用能舒适性的前提下,达到最优经济用能,同时促进社区清洁能源消纳。

新一代智能电能表能够满足各类交互式用能设备的广泛接入,实现综合能源一体化采集、状态感知、实时监视和协调控制,达成源网荷储协同服务。新一代智能电能表在未来的应用落地将支持国家电网公司向“建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业”的战略目标迈进。

来源:电子发烧友

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