智能电表工作原理

智能电表是智能电网的智能终端，它已经不是传统意义上的电能表，智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。随着智能电网的日益发展，世界各国对于智能化用户终端的需求也日益增大，据统计，在未来5年，随着智能电网在世界各国的建设，智能电表在全球安装的数量将高达2亿只。同样，在中国，随着国家坚强智能电网建设的进展，作为用户端的智能电表的需求也会大幅度地增长，保守的预计，市场将会有1.7亿只左右的需求。美国政府为升级本国电网的拨款中，就有一部分专门用于在未来3年致使13%的美国家庭(1800万户家庭)能装上智能电表。在欧洲，意大利及瑞典已经完成先进计量基础设施的部署，将所有普通电表更换为智能电表。法国、西班牙、德国和英国预计在未来10年内完成也将完成智能电表的全面推广和应用。

由用户交费对智能IC卡充值并输入电表中，电表才能供电，表中电量智能电表

用完后自动拉闸断电，从而有效地解决上门抄表和收电费难的问题。用户的购电信息实行微机管理，方便进行查询、统计、收费及打印票据等。

智能电表行业的背景或许是投资者在思考这一问题时首先需要把握的：随着中国提出建设国家智能电网概念之后，与之直接配套的智能电表开始成为关注的焦点。智能电能表是一种新型电能表，相对以往的普通电能表，除具备基本的计量功能外，智能电能表是全电子式电能表，带有硬件时钟和完备的通信接口，具有高可靠性、高安全等级以及大存储容量等特点，完全符合中国未来发展“节能环保”的要求。

介绍

1具有多种防窃电功能，起动电流小、无潜动、宽负荷、低功耗，误差曲线平直、长期运行时稳定性好。单相本地费控智能电表

2外形美观、体积小、重量轻、安装方便。

3准确度高：全电子式设计，内置进口专用芯片，精度不受频率、温度、电压，高次谐波影响。

4长寿命 ：采用SMT技术，优化的电路设计，整机出厂后无需调整电路。

5功耗低：采用低功耗设计，降低电网线损。

6预购电量；IC卡传递数据，实现数据回读，包括：回读总电量，剩余电量，表内累积购电量，总购电次数等信息。

7储存表常数、初始值、用户住址、姓名等信息。

8超负荷报警断电、剩余电量报警，提醒用户及时购电。

9技术参数：

采用长寿命基表，延长使用周期

精度等级为2级

电流量程；

5（20）A10（40）A 15（60）A20（80）A 30（100）A

功耗：≤1W

主要技术指标

1、 采用AD7755芯片，稳定准确，性能可靠

2、 准确度等级：1.0级，符合GB/T17215-1998、IEC1036-1996

3、 电流规格：5（20）A10（40）A 15（60）A20（80）A 30（100）A

4、 额定电压：AC220V 380V

5、 额定频率：50Hz

6、 起动电流：0.4%Ib

7、 功耗：≤1W

8、 环境工作条件：-20℃～ 55℃，相对湿度不超过85%（温度 25℃）

9、 抗电磁干扰能力强，可在恶劣电力环境下运行

10、强化工艺控制，独特工艺保证，高可靠性设计

分 单相和三相四线以及三相三线三种，用于有功电能的计量场合，由用户交费购电输入表中，电表才能供电。一户一表一卡，卡互不通用，凭卡用电，具有预收电费、自动抄表、防窃电、卡中电量用完后自动拉闸断电等功能。同时，用户的购电信息实行微机管理，方便地进行查询、统计、收费及打印票据等。

产品采用了最先进的IC卡技术和SMT工艺以及专用电能计量芯片和单片微型计算机为核心部件的全电子设备，各项技术指标符合GB/T18460的技术要求。

主要功能

1、预付费功能：预收电费，剩余电量为零时自动拉闸断电。

2、合闸拉闸方式：内附开关和外附控电开关两种规格。

3、记忆功能：断电情况下表内数据可保存10年。三相智能电表

4、显示功能：双显示，计度器显示累计用电量，LED显示器显示剩余电量及其它信息。

5、能够检测出普通电表无法检测的流量（例如插座、接线板等等）。准确计费。

6、智能调价模式可以针对用电过多的用户进行智能调价，以达到节能减排的作用。

技术指标

1、准确度等级：1.0级，基本误差、起动、潜动符合国标要求。

2、电流规格：5（20）A10（40）A 15（60）A20（80）A 30（100）A

3、电表常数：1600imp/kWh　800imp/kWh

4、功耗1.0W

5、非接触式（射频）IC卡专利技术：采用世界上最先进的射频IC卡及基站技术，全密封、非接触，防潮、防水、防攻击、防窃电、抗磁、抗干扰性能好。

6、数据表决纠错技术：表内每个数据存放在五处，若万一数据出错，则另外几处可对其进行纠错，从而作到数据绝对可靠，万无一失。

1、不需要人工抄表，有利于现代化管理。IC卡电表的使用避免人工抄表上门收费给客户带来的诸多不便，且历史购电数据均可以保存，便于客户查询。

2、充分体现了电力的商品属性。实行先买电后用电 ，客户可以根据自己的实际需要有计划地购电、用电，不会因欠费而发生滞纳金，增加不必要的开支。

3、解决了收费难的问题。能很好地解决零散居民客户、临时用电客户、经常欠费客户的收费问题。

4、IC卡电表具有多种防窃电功能，起动电流小、无潜动、宽负荷、低功耗，误 差曲线平直、长期运行时稳定性好，外形美观、体积小、重量轻、安装方便。准确度高：全电子式设计，内置进口专用芯片，精度不受频率、温度、电压 高次谐波影响。

5、长寿命 ：采用SMT技术，优化的电路设计，整机出厂后无需调整电路。

6、功耗低：采用低功耗设计，降低电网线损。

7、预购电量;IC卡传递数据，实现数据回读，包括：回读总电量，剩余电量，表内累积购电量，总购电次数等信息。

8、储存表常数、初始值、用户住址、姓名等信息。

9、超负荷报警断电、剩余电量报警，提醒用户及时购电。

10、技术参数：采用长寿命基表，延长使用周期单相智能电表

主要功能特点：

1、报警功能：当剩余电量小于报警电量时，电表常显剩余电量提醒用户购电

2、数据保护：数据保护采用全固态集成电路技术，断电后数据可保持10年以上

3、电量提示：当表中剩余电量等于报警电量时，跳闸断电一次，用户需插入IC卡，可恢复供电，用户此时应及时购电。

4、自动断电：当电能表中剩余电量为零时，电能表自动跳闸，中断供电，用户此时应及时购电。

5、回写功能：电能卡可将用户的累计用电量、剩余电量、过零电量回写到售电系统中便于管理部门的统计管理。

6、用户抽检功能：售电软件可提供数据抽检用电量并根据要求提供优先抽检的用户序列

7、电量查询：插入IC卡依次显示总购电量、购电次数、上次购电量、累计用电量、剩余电量

8、防窃电功能：一表一卡不可复制，逻辑加密。有效防止技术性窃电。

9、过压保护功能：当实际用电负荷超过设定值时，电表自动断电，插入用户卡，恢复供电。

10、低功耗：采用最新设计和SMT先进生产工艺。

预付费智能电表在安装时，安装位置应保持垂直，并按接线图接入。预付费型智能单相代码表

1 打开电能表端钮盒盖，然后按接线图连接各端钮接线，接通电源。

2 用户将预购电量IC卡按卡上箭头方向(金属触点面向左)插入表内，显示器首先显示F1而后显示本次所购电量，再稳定显示F2而后显示器显示原剩余电量加上新购电量之和为当前剩余电量，此时可取下IC卡，显示熄灭。(如表中剩余电量低于显示报警电量时显示器常亮，表中原剩余电量与购电卡中电量之和大于9999kWh时，卡内电量不被输入电表，仍保存在卡内。)

3 当用户用电时，脉冲指示灯会随之闪亮。

4 IC卡智能电表在正常使用过程中，自动对所购电量作递减计算。当电能表内剩余电量小于20度时，显示器显示当前剩余电量提醒用户购电。当剩余电量等于10度时，停电一次提醒用户购电，此时用户需将IC卡插入电能表一次恢复供电。当剩余电量为零时，停止供电。

5 一表一卡，用户每次新购电量后，只能插入自己的电表输入一次有效电量。

6 预付费电表显示器通常不亮，如果用户需要检查剩余电量，可以将IC卡插入电表，则显示F1购买电量显示零、F2剩余电量，拔卡显示熄灭。

7 用户每次将IC卡插入预付费电表，电表都将用户用电情况全部返写在IC卡上，用户下次购电时，售电管理系统读取IC卡数据汇总并检查用户是否合法用电。用电检查人员也可以使用检查卡，检查用户用电情况。

8 供电管理部门根据实际情况设置用户的最大用电负荷。当实际用电负荷超过设置值时，停止供电，电表显示器显示“E2”，提醒用户减少用电负荷，用户需将IC卡插入电表后恢复供电。

红外波段中900nm-1000nm是红外通信常用的波段，而940nm是用的最多的波段，发射装置将二进制信号高频调制后通过红外线发射管IR333发射出去，被红外线接收器PT333接收，再解调为原来的信息。这就是红外通信的过程。其中调制方式有脉宽调制（通过改变脉冲宽度调制信号PWM）和脉时调制（通过改变脉冲串口之间时间间隔调制信号PPM）两种，我们采用PPM脉时调节方式。

红外线发射是利用单片机SSU7301的串行数据发送口TXD(P3.1)控制驱动三极管BG1进行二进制数据“0”和“1”的传输(数据由串行发送缓冲器SBUF中送出)，以及利用P3.4口控制驱动三极管BG2进行高频38.4kHz调制（高频驱动信号由定时器/计数器T0的方式2自动重装模式产生），从而可靠地实现了红外发射管D1在传输数据“0”时进行高频红外发射和数据“1”时被截止的发射功能。状态关系见表1。

采用51系列单片机，亿光生产超毅电子供应的红外接收器和红外发射管，以及单片机串行口、2个定时器/计数器可以有效地实现红外通信功能。

智能电表上装的都是红外接口，也是智能电能表中使用最为普遍的通信方式，能够有效的实现抄表、编程、校时、数据管理等功能，拥有可靠、直观、简便、廉价的各种优点。

1.智能电表的产业体系更加完善

智能电表属于高科技产品，所以智能电表的生产必须实现一体化，这样才能够全方位地对智能电表产业进行控制和管理。智能电表产业主要包括以下几个生产环节：智能电表结构和功能的设计、智能电表的专业化制造、智能电表产业化的推广、智能电表的售后维护、新技术的开发等，这些生产环节必须要进行合理化的管理，要结合其他产业的相关经验进行经营管理。在智能电表芯片的研发方面，要运用当前先进的技术，最好能够形成核心技术价值，这样才能使智能电表产业具有长远利益。

2.功能设置模块化

智能电能表的功能设置必须支持可更新或可写入的理念，所以需以功能设置模块化为原则，不断完善智能电能表的功能设置。在实际运用中根据智能电网运行情况，远程设置或修改智能电表的功能和方案，且要求所有功能均为独立线程，互不干扰与影响，以确保稳定性与安全性，即无需更换整表，又消除了新技术推行的障碍。

3.接口一体化

电能表的检测工作一直是繁杂的人力工种，而智能电能表必须改变现有的电能表检测模式，去实现智能化和自动化的检测方式。笔者认为智能电能表的弱电接口种类太多，在检测过程需频繁切换，导致了检测劳动强度大、资源占用多、管理成本高、效率低下等问题，而且繁多的接口设置也不能保证电气安全的可靠性，继而影响到电能计量的准确性。

智能电网或高级量测体系的发展对智能电能表提出了越来越多的要求，大家可以看到这些要求是符合时代发展的趋势，也对智能电能表的智能效应产生深远影响。随着新一批电能表轮换的开展，智能电能表的普及只是时间问题。既然是智能电能表，那么连同其细节也应该展现智能化，而现有的数据处理、模块设计、检测方式、接口类型还不足以满足对未来智能电能表的应用需求。未来的智能电能表无论从外形，还是使用，亦或是功能都应具备信息化、自动化、智能化等性能特征，以便为智能电能表的普及提供更快捷的途径。

4.需求增加

我国智能电网进入全面建设阶段，对智能电表产生了巨大的市场需求。截至2011年底，全国共约有41199万户家庭。

预计到2015年全国共约有45199万户家庭，如每户都需安装智能电表，到2015年全国累计需安装5.11亿只智能电表，其中更换需求为0.59亿只。

2011年，国家电网公司经营区域大约有3.4亿户家庭。如全覆盖，国家电网公司至2015年需累计招标4.2亿只智能电表。

其中，城市家庭需安装1.89亿只智能电表，农村家庭需安装2.31亿只智能电表。

截至2012年底，国家电网公司已累计招标智能电表1.84亿只。

预计到2013年与智能电网配套使用的智能电能表安装数量将达到7.6亿只，到2020年智能电网将覆盖全世界80%的人口。大规模的全球性智能电网建设将带来智能电能表更广阔的市场需求，也为我国智能电能表生产企业出口产品创造了良好的市场条件。

有专家预计，未来几年智能电表的强劲增长态势还将延续，而我国智能电表出口量也将持续上升。目前我国智能电表在东南亚和中东等地出口表现最为突出，南美也将成为出口新的增长地区。

智能电能表由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成，具有电能计量、信息储存及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能。通过表内输出信号来控制断路器实现负载的通与断，以督促用户先买电后用电。通过多种费率来有效调节电网负荷平衡，削峰填谷，使用电更合理化、有效化。

1.电能计量和复费率功能:按照预先设定的分时时段，完成分时正向有功功率、反向有功功率各费率与总电能计量，正向无功功率、反向无功功率各费率与总电能计量，以及四象限无功电能计量等功能。

2.最大电能需求量记录功能:对最大电能需求量及其发生时间进行记录，并目需求量周期与滑差时间可选。

3.电能量冻结与存储功能:按照每月规定的时间或实时命令，对有关电量数据冻结并保存，冻结的数据包括括正向有功功率各费率及总电能、反向有功功率各费率及总电能、正向无功功率各费率及总电能、反向无功功率各费率及总电能等，并记录当时的冻结时间。

4.负荷曲线记录功能:按照设定的时间间隔，对有关参量数据进行滚动数据记录，间隔时间用户设定。

5.独立的RS485通信接口和红外通信接口功能:通过RS485通信在一定的通信规约下进行通信，实现本地或远方抄表以及参数设置。

6.可测量总及各分相有功功率、无功功率、功率因数、分相电压、分相电流，频率等运行参数。

7.电能表数据显示功能:按照用户的要求进行设定轮换显示和按键显示的内容，在电能表自带的显示屏上显示相应的电量值。

8事件记录功能：如记录各相失压、失流的次数以及发生、结束的时刻;掉电时间、次数、清零时间、次数等。

9.清零：包括电能表清零和需量清零两种功能

10.信号输出，包括电能量脉冲输出和多功能信号输出。

11.时钟采用内置硬时钟。

12.安全保护电能表应具有编程开关和编程密码双重保护措施，以防止非授权人进行编程操作。

13.停电抄表在停电状态下能通过按键或非接触方式唤醒电能表抄读数据。

14.报警应由发光或声音报警输出，报警事件包括：失压、失流、逆相序、过载、电池欠压等。

1.智能电表功耗较低，一般每块表的功耗仅有0.6w~0.7w左右。

2.精度高，就表的误差范围而言，2.0级电子式电能表在5%~400%标定电流范围内测量的误差为±2%,而且目前普遍应用的都是精确等级为1.0级，误差更小。

3.过载、工频范围宽，智能电表的过载倍数一般能达到6~8倍，有较宽的量程。

4.智能表在形式、规格、尺寸、品种以及通信协议等国家电网公司都制定出严格的规范标准，因此有利于检定和安装。

1. 优化分布式能源配置

分布式能源与配电网并网运行时还存在很多问题，供电企业通过智能电表对配电系统实时监控、控制和调节，掌握分布式电源的特性及其与电网运行的相互影响，优化分布式能源配置，从而达到将电能以最经济与最安全的输配电方式输送给终端用户，提高电网运营的可靠性和能源利用效率。

2. 提高负荷预测的准确度

随着智能电表的推广应用，大用户可以通过智能电表向供电公司上传用户近期的用电计划，有分布电源的用户可以由智能电表上传自己的发送电计划及分布电源的发电数据。供电企业将用户计划用电的容量、时间和各用户计划用电的顺序作为负荷预测的准确信息，自动干预负荷预测系统，可以提高负荷预测的准确度，减少电网备用容量，提高电网经济效益。

3. 提供故障分析依据

供电企业可以通过智能电表对用户用电情况进行实时监测，实现异常状态的在线分析，动态跟踪和自动控制，提高供电可靠性。当故障发生后可以通过智能电表查询异常用电记录，为故障分析提供可靠的实时数据。

4. 智能化需求侧管理

智能电表采集更多的电网实时运行数据(电压、电流和功率等)，对用电设备的状态、能耗进行智能监测与控制，从而掌握更加详细的用户负荷情况，自动编制和优化有序用电方案，自动实施，过程跟踪，自动监测和效果评估，达到需求侧智能化管理。

5. 促进智能用电新技术发展

智能电表的广泛应用，使得供电企业由人工抄表向自动抄表转型，同时获取更多的用电数据，经过分析与处理，以智能电表为网关通过双向实时通信将实时电价信息、缴费信息和用电信息等通知给用户，优化客户服务并促使用户合理利用电能，参与负荷调节。

当前,全国电力供需矛盾突出,加强电力需求管理,控制不合理用电也是节约。实现电力需求管理和综合电力资管理,是电力供应发展的方向。集中式智能电能表不仅能现电能计量、还能实现电能控制。当电力充足时,可复费率计量,降低电价,鼓励用电;电力供用紧张时,可限制用电或止供电,提高电价,保证重点用电需求。现在我国城镇通讯络已比较完备,并已延伸到各个角落,应用集中式智能电能构建智能电能管理系统,并结合通讯网络技术通过远程抄表建立用电负荷控制系统,实现电力供需平衡,保证电网安全有着广阔的应用前景,也为实现电力需求侧管理提了一条新途径。