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    智能電能表的智能制造(智能電能表的技術發展展望)

    發布時間: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構設計是非常重要的,首先應做功能分區,硬件分功能模塊化設計,內部無軟件焊接,一體化設計理念;其次要進行先進的軟件架構設計,基于實時操作系統搭建統一應用平臺;另外,要保證安全可靠性,基于文件系統與數據備份機制,保證所有數據安全可靠;應具有良好的擴展性,具有模組化設計思路,未來未知功能可隨意擴展;還應進行優化型式結構設計,接線方式自適應結構、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)等;整表結構設計滿足自動化生產線,實現電能表生產過程全自動化。


    因此,要利用智能設計、智能仿真制造、智能化制造及智能物流等過程,實現電能表生產過程的智能制造。


    體現智能制造的另一個重要方面就是監管模式的變化。傳統的監管模式由政府主導,在生產環節對電能表制造企業進行監管,在驗收及運行環節對電能表運營商進行監管,雖能在電能表全生命周期環節進行監管,但是單一、垂直的監管模式。未來的監管模式,應該是行業監督,政府監管。建立行業質量信用庫,實現全生命周期過程監管,保證質量可追溯。


    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,針對國家電網公司和南方電網公司年對智能電能表2019—2021的市場容量進行了預測,到2021年,國網公司電能表年需求量是5 000萬只,而南網公司的年需求是2 000萬只。三年內,兩家公司對智能電能表需求總計將達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)失準更換需求:利用用電信息采集系統,基于大數據分析對電能表進行狀態監測,電能表出現失準后才進行更換。


    2)新增用戶需求:未來國網和南網公司新增用戶數量將保持穩定增長。


    3)新興業務需求:貿易型結算電表向“基表+手機”“基表+主站”“基表+終端”定制化方向發展。


    4)非貿易結算型市場需求:結合泛在電力物聯網各專業業務要求,非貿易型測量電能表應向模塊化、隨器化以及傳感器化方向發展。


    5)特殊電能表市場需求:中國幅員遼闊,電網環境復雜,其運行環境差異性很大,針對不同的運行環境應設計不同的電表,以適應其運行需求。


    智能電能表的技術發展展望


    智能電能表的技術發展主要關注四個主要方向,關鍵元器件發展方向、電能表技術發展方向、電能表安裝技術發展方向和用電信息采集系統發展方向。


    1. 關鍵元器件發展方向


    一方面是關鍵元器件發展與操作系統,隨著科學技術的不斷創新,要發展適合電能表用的芯片與操作系統;另一方面要提升元器件性能及可靠性,如材料突破、制造工藝發展及技術革新等將大幅提升元器件性能質量。


    實現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、高精度和寬量程的新一代電能表。核心芯片國產化,是指要研制高精度、高可靠性及自校準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需要。而在操作系統方面,要有適用新一代電能表的嵌入式操作系統,實現電能表軟件模塊化設計、任務并行處理能力、數據安全性儲存及遠程應用任務升級等功能。實現關鍵材料性能突破,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,研制大電流內置電能表,未來計量表箱與外置斷路器將消失。


    隨著半導體制造技術發展,電子元器件將向片式化、小型化方向發展。隨著低溫共燒陶瓷(LTCC)技術突破,使無源集成技術進入了實用化和產業化階段,電子元器件將向集成模塊化發展。另外,隨著材料元件的多功能性與不斷提升的設計水平,電子元器件將向多功能化發展。隨著安全環保意識加強,綠色環保電子元器件制造技術發展,電子元器件將向無毒無害、安全環保性發展。


    2. 電能表技術發展方向


    首先,是電能表個性化發展。將電能表分為三種類型:貿易型結算電能表、非貿易型測量電能表及區域化電能表,根據運行環境向區域化方向發展。貿易型結算電能表向“基表+手機”“基表+主站”“基表+終端”方向發展;非貿易型測量電能表向模塊化、隨器化及傳感器化方向發展;區域化電能表是指針對遼闊的地域及復雜的電網環境,設計不同的電能表。


    為適應營銷計量業務多元化發展,如圖3所示的“手機”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;計量芯及其外圍電路組成“基表”,完成電量、電參量等數據保存?;诟咚匐娏€載波或無線通信技術,利用5G通信技術優勢,實現海量數據快速高效傳輸至大數據中心(營銷主站),電能表、采集終端與營銷主站構成一只“大電表”。強化營銷主站大數據處理能力,既可建設分布式營銷主站(以地市供電公司為單位),又可建設區域性營銷主站,實現營銷主站與泛在電力物聯網海量數據實時交互。

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    其次,是智慧能源多元業務發展。一是大幅提升用戶用電感知,基于手機電表,用戶可在移動終端(手機等)APP查看歷史電量、當前負荷狀態及檔案信息等;二是提供靈活多變電價政策,適應電力交易市場發展的需要;三是不斷拓展營銷新業務,基于區域性營銷主站,建設大數據分析中心,實現網荷互動,開展負荷預測、提供能效分析、制定節能方案等,不斷拓展營銷新業務。


    第三方面,是要完善電能表標準體系。隨著儀器儀表行業技術不斷創新,在新型元器件研制、原材料性能、整表設計理念及智能制造水平等方面也將不斷突破。從而帶來電能表標準體系的不斷完善,可從幾方面體現:新的計量特性、整表技術標準體系、關鍵元器件技術標準體系及智能制造工藝標準等。


    3. 電能表安裝技術發展方向


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


    4. 用電信息采集系統發展方向


    隨著泛在電力物聯網建設的不斷推進,新一代用電信息采集系統將突破原有架構與專業應用限制,支撐多專業、多業務發展需求,個人認為,新一代用采系統將向以下幾個方向發展:


    1)多專業應用支撐?;谟貌上到y,擴大電網數據種類,增加數據顆粒度,實現幾大類數據分鐘級采集:電測量數據、電能計量數據及事件記錄,支撐多專業應用需求。


    2)分布式架構布局。重塑用采系統架構,搭建分布式業務架構,形成多個小型用采系統,“以硬件模組化,軟件平臺化”設計思路,研制新一代模組化采集終端,加強邊緣計算能力。


    3)多業務深化融合。不斷強化各專業、多業務融合,優化用采集系統數據流,加強各業務系統數據交流,深化設備全生命周期全鏈條數據融合,實現營配調多業務融合。


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