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智能電能表的智能制造(智能電能表的技術(shù)發(fā)展展望)

發(fā)布時間:2022-05-11 16:33:00

來源:浙江科為電氣有限公司

智能電能表的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常重要的,首先應(yīng)做功能分區(qū),硬件分功能模塊化設(shè)計,內(nèi)部無軟件焊接,一體化設(shè)計理念;其次要進(jìn)行的軟件架構(gòu)設(shè)計,基于實時操作系統(tǒng)搭建統(tǒng)一應(yīng)用平臺;另外,要保證安全可靠性,基于文件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)備份機(jī)制,保證數(shù)據(jù)安全可靠;應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性,具有模組化設(shè)計思路,未來未知功能可隨意擴(kuò)展;還應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化型式結(jié)構(gòu)設(shè)計,接線方式自適應(yīng)結(jié)構(gòu)、取消弱電輔助端子,多通信方式(近場紅外、無線WiFi及電力線載波通信技術(shù))等;整表結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足自動化生產(chǎn)線,實現(xiàn)電能表生產(chǎn)過程全自動化。


因此,要利用智能設(shè)計、智能仿真制造、智能化制造及智能物流等過程,實現(xiàn)電能表生產(chǎn)過程的智能制造。


體現(xiàn)智能制造的另一個重要方面就是監(jiān)管模式的變化。傳統(tǒng)的監(jiān)管模式由政府主導(dǎo),在生產(chǎn)環(huán)節(jié)對電能表制造企業(yè)進(jìn)行監(jiān)管,在驗收及運行環(huán)節(jié)對電能表運營商進(jìn)行監(jiān)管,雖能在電能表全生命周期環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)管,但是單一、垂直的監(jiān)管模式。未來的監(jiān)管模式,應(yīng)該是行業(yè)監(jiān)督,政府監(jiān)管。建立行業(yè)質(zhì)量信用庫,實現(xiàn)全生命周期過程監(jiān)管,保證質(zhì)量可追溯。


中國智能電能表市場需求分析


2018年中國智能電能表及用電信息采集世界銀行分析報告,針對國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司年對智能電能表2019—2021的市場容量進(jìn)行了預(yù)測,到2021年,國網(wǎng)公司電能表年需求量是5 000萬只,而南網(wǎng)公司的年需求是2 000萬只。三年內(nèi),兩家公司對智能電能表需求總計將達(dá)19 418萬只。


總體來說,中國電能表未來市場的需求主要著眼于五個方面:


1)失準(zhǔn)更換需求:利用用電信息采集系統(tǒng),基于大數(shù)據(jù)分析對電能表進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測,電能表出現(xiàn)失準(zhǔn)后才進(jìn)行更換。


2)新增用戶需求:未來國網(wǎng)和南網(wǎng)公司新增用戶數(shù)量將保持穩(wěn)定增長。


3)新興業(yè)務(wù)需求:貿(mào)易型結(jié)算電表向“基表+手機(jī)”“基表+主站”“基表+終端”定制化方向發(fā)展。


4)非貿(mào)易結(jié)算型市場需求:結(jié)合泛在電力物聯(lián)網(wǎng)各業(yè)務(wù)要求,非貿(mào)易型測量電能表應(yīng)向模塊化、隨器化以及傳感器化方向發(fā)展。


5)電能表市場需求:中國幅員遼闊,電網(wǎng)環(huán)境復(fù)雜,其運行環(huán)境差異性很大,針對不同的運行環(huán)境應(yīng)設(shè)計不同的電表,以適應(yīng)其運行需求。


智能電能表的技術(shù)發(fā)展展望


智能電能表的技術(shù)發(fā)展主要關(guān)注四個主要方向,關(guān)鍵元器件發(fā)展方向、電能表技術(shù)發(fā)展方向、電能表安裝技術(shù)發(fā)展方向和用電信息采集系統(tǒng)發(fā)展方向。


1. 關(guān)鍵元器件發(fā)展方向


一方面是關(guān)鍵元器件發(fā)展與操作系統(tǒng),隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新,要發(fā)展適合電能表用的芯片與操作系統(tǒng);另一方面要提升元器件性能及可靠性,如材料突破、制造工藝發(fā)展及技術(shù)革新等將大幅提升元器件性能質(zhì)量。


實現(xiàn)核心元器件性能突破,主要是指分流器、微型電流互感器等,要能夠研制出高可靠性、高精度和寬量程的電能表。核心芯片國產(chǎn)化,是指要研制高精度、高可靠性及自校準(zhǔn)功能一體的計量芯片與低功耗嵌入式CPU管理芯片,支撐未來智慧能源服務(wù)需要。而在操作系統(tǒng)方面,要有適用電能表的嵌入式操作系統(tǒng),實現(xiàn)電能表軟件模塊化設(shè)計、任務(wù)并行處理能力、數(shù)據(jù)安全性儲存及遠(yuǎn)程應(yīng)用任務(wù)升級等功能。實現(xiàn)關(guān)鍵材料性能突破,重點在于提升電能表表殼的防沖擊、防外磁場及防竊電等性能;提升微型斷路器開斷大電流能力,研制大電流內(nèi)置電能表,未來計量表箱與外置斷路器將消失。


隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)發(fā)展,電子元器件將向片式化、小型化方向發(fā)展。隨著低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)突破,使無源集成技術(shù)進(jìn)入了實用化和產(chǎn)業(yè)化階段,電子元器件將向集成模塊化發(fā)展。另外,隨著材料元件的多功能性與不斷提升的設(shè)計水平,電子元器件將向多功能化發(fā)展。隨著安全環(huán)保意識加強(qiáng),綠色環(huán)保電子元器件制造技術(shù)發(fā)展,電子元器件將向無毒無害、安全環(huán)保性發(fā)展。


2. 電能表技術(shù)發(fā)展方向


首先,是電能表個性化發(fā)展。將電能表分為三種類型:貿(mào)易型結(jié)算電能表、非貿(mào)易型測量電能表及區(qū)域化電能表,根據(jù)運行環(huán)境向區(qū)域化方向發(fā)展。貿(mào)易型結(jié)算電能表向“基表+手機(jī)”“基表+主站”“基表+終端”方向發(fā)展;非貿(mào)易型測量電能表向模塊化、隨器化及傳感器化方向發(fā)展;區(qū)域化電能表是指針對遼闊的地域及復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境,設(shè)計不同的電能表。


為適應(yīng)營銷計量業(yè)務(wù)多元化發(fā)展,如圖3所示的“手機(jī)”電能表和如圖4所示的“主站”電能表將逐步代替智能電能表,讓計量回歸本質(zhì);計量芯及其外圍電路組成“基表”,完成電量、電參量等數(shù)據(jù)保存?;诟咚匐娏€載波或無線通信技術(shù),利用5G通信技術(shù)優(yōu)勢,實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)快速高效傳輸至大數(shù)據(jù)中心(營銷主站),電能表、采集終端與營銷主站構(gòu)成一只“大電表”。強(qiáng)化營銷主站大數(shù)據(jù)處理能力,既可建設(shè)分布式營銷主站(以地市供電公司為單位),又可建設(shè)區(qū)域性營銷主站,實現(xiàn)營銷主站與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)實時交互。

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其次,是智慧能源多元業(yè)務(wù)發(fā)展。一是大幅提升用戶用電感知,基于手機(jī)電表,用戶可在移動終端(手機(jī)等)APP查看歷史電量、當(dāng)前負(fù)荷狀態(tài)及檔案信息等;二是提供靈活多變電價政策,適應(yīng)電力交易市場發(fā)展的需要;三是不斷拓展?fàn)I銷新業(yè)務(wù),基于區(qū)域性營銷主站,建設(shè)大數(shù)據(jù)分析中心,實現(xiàn)網(wǎng)荷互動,開展負(fù)荷預(yù)測、提供能效分析、制定節(jié)能方案等,不斷拓展?fàn)I銷新業(yè)務(wù)。


第三方面,是要完善電能表標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著儀器儀表行業(yè)技術(shù)不斷創(chuàng)新,在元器件研制、原材料性能、整表設(shè)計理念及智能制造水平等方面也將不斷突破。從而帶來電能表標(biāo)準(zhǔn)體系的不斷完善,可從幾方面體現(xiàn):新的計量特性、整表技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、關(guān)鍵元器件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系及智能制造工藝標(biāo)準(zhǔn)等。


3. 電能表安裝技術(shù)發(fā)展方向


主要包括集中式安裝向分散式安裝發(fā)展,以及手工安裝向自動化、少人化和無人化安裝發(fā)展。


4. 用電信息采集系統(tǒng)發(fā)展方向


隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn),用電信息采集系統(tǒng)將突破原有架構(gòu)與應(yīng)用限制,支撐多、多業(yè)務(wù)發(fā)展需求,個人認(rèn)為,用采系統(tǒng)將向以下幾個方向發(fā)展:


1)多應(yīng)用支撐。基于用采系統(tǒng),擴(kuò)大電網(wǎng)數(shù)據(jù)種類,增加數(shù)據(jù)顆粒度,實現(xiàn)幾大類數(shù)據(jù)分鐘級采集:電測量數(shù)據(jù)、電能計量數(shù)據(jù)及事件記錄,支撐多應(yīng)用需求。


2)分布式架構(gòu)布局。重塑用采系統(tǒng)架構(gòu),搭建分布式業(yè)務(wù)架構(gòu),形成多個小型用采系統(tǒng),“以硬件模組化,軟件平臺化”設(shè)計思路,研制模組化采集終端,加強(qiáng)邊緣計算能力。


3)多業(yè)務(wù)深化融合。不斷強(qiáng)化各、多業(yè)務(wù)融合,優(yōu)化用采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)流,加強(qiáng)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交流,深化設(shè)備全生命周期全鏈條數(shù)據(jù)融合,實現(xiàn)營配調(diào)多業(yè)務(wù)融合。


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