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(shí)間:2022-05-11 16:33:00

來(lái)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(wú)軟件焊接,一體化設計理念;其次要進(jìn)行的軟件架構設計,基于實(shí)時(shí)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(lái)未知功能可隨意擴展;還應進(jìn)行優(yōu)化型式結構設計,接線(xiàn)方式自適應結構、取消弱電輔助端子,多通信方式(近場(chǎng)紅外、無(wú)線(xiàn)WiFi及電力線(xiàn)載波通信技術(shù))等;整表結構設計滿(mǎn)足自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn),實(shí)現電能表生產(chǎn)過(guò)程全自動(dòng)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(guò)程,實(shí)現電能表生產(chǎn)過(guò)程的智能制造。


體現智能制造的另一個(gè)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(chǎn)環(huán)節對電能表制造企業(yè)進(jìn)行監管,在驗收及運行環(huán)節對電能表運營(yíng)商進(jìn)行監管,雖能在電能表全生命周期環(huán)節進(jìn)行監管,但是單一、垂直的監管模式。未來(lái)的監管模式,應該是行業(yè)監督,政府監管。建立行業(yè)質(zhì)量信用庫,實(shí)現全生命周期過(guò)程監管,保證質(zhì)量可追溯。


中國智能電能表市場(chǎng)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(chǎng)容量進(jìn)行了預測,到2021年,國網(wǎng)公司電能表年需求量是5 000萬(wàn)只,而南網(wǎng)公司的年需求是2 000萬(wàn)只。三年內,兩家公司對智能電能表需求總計將達19 418萬(wàn)只。


總體來(lái)說(shuō),中國電能表未來(lái)市場(chǎng)的需求主要著(zhù)眼于五個(gè)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(jìn)行狀態(tài)監測,電能表出現失準后才進(jìn)行更換。


2)新增用戶(hù)需求:未來(lái)國網(wǎng)和南網(wǎng)公司新增用戶(hù)數量將保持穩定增長(cháng)。


3)新興業(yè)務(wù)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(fā)展。


4)非貿易結算型市場(chǎng)需求:結合泛在電力物聯(lián)網(wǎng)各業(yè)務(wù)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(fā)展。


5)電能表市場(chǎng)需求:中國幅員遼闊,電網(wǎng)環(huán)境復雜,其運行環(huán)境差異性很大,針對不同的運行環(huán)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(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(gè)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,隨著(zhù)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;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(shí)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(lái)智慧能源服務(wù)需要。而在操作系統方面,要有適用電能表的嵌入式操作系統,實(shí)現電能表軟件模塊化設計、任務(wù)并行處理能力、數據安全性?xún)Υ婕斑h程應用任務(wù)升級等功能。實(shí)現關(guān)鍵材料性能突破,重點(diǎn)在于提升電能表表殼的防沖擊、防外磁場(chǎng)及防竊電等性能;提升微型斷路器開(kāi)斷大電流能力,研制大電流內置電能表,未來(lái)計量表箱與外置斷路器將消失。


隨著(zhù)半導體制造技術(shù)發(fā)展,電子元器件將向片式化、小型化方向發(fā)展。隨著(zhù)低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)突破,使無(wú)源集成技術(shù)進(jìn)入了實(shí)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(zhù)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(fā)展。隨著(zhù)安全環(huán)保意識加強,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(wú)毒無(wú)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(gè)性化發(fā)展。將電能表分為三種類(lèi)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(huán)境向區域化方向發(fā)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(fā)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(fā)展;區域化電能表是指針對遼闊的地域及復雜的電網(wǎng)環(huán)境,設計不同的電能表。


為適應營(yíng)銷(xiāo)計量業(yè)務(wù)多元化發(fā)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(zhì);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€(xiàn)載波或無(wú)線(xiàn)通信技術(shù),利用5G通信技術(shù)優(yōu)勢,實(shí)現海量數據快速高效傳輸至大數據中心(營(yíng)銷(xiāo)主站),電能表、采集終端與營(yíng)銷(xiāo)主站構成一只“大電表”。強化營(yíng)銷(xiāo)主站大數據處理能力,既可建設分布式營(yíng)銷(xiāo)主站(以地市供電公司為單位),又可建設區域性營(yíng)銷(xiāo)主站,實(shí)現營(yíng)銷(xiāo)主站與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)海量數據實(shí)時(shí)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(hù)用電感知,基于手機電表,用戶(hù)可在移動(dòng)終端(手機等)APP查看歷史電量、當前負荷狀態(tài)及檔案信息等;二是提供靈活多變電價(jià)政策,適應電力交易市場(chǎng)發(fā)展的需要;三是不斷拓展營(yíng)銷(xiāo)新業(yè)務(wù),基于區域性營(yíng)銷(xiāo)主站,建設大數據分析中心,實(shí)現網(wǎng)荷互動(dòng),開(kāi)展負荷預測、提供能效分析、制定節能方案等,不斷拓展營(yíng)銷(xiāo)新業(yè)務(wù)。


第三方面,是要完善電能表標準體系。隨著(zhù)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、整表設計理念及智能制造水平等方面也將不斷突破。從而帶來(lái)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(shù)標準體系、關(guān)鍵元器件技術(shù)標準體系及智能制造工藝標準等。


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(dòng)化、少人化和無(wú)人化安裝發(fā)展。


4. 用電信息采集系統發(fā)展方向


隨著(zhù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設的不斷推進(jìn),用電信息采集系統將突破原有架構與應用限制,支撐多、多業(yè)務(wù)發(fā)展需求,個(gè)人認為,用采系統將向以下幾個(gè)方向發(fā)展:


1)多應用支撐?;谟貌上到y,擴大電網(wǎng)數據種類(lèi),增加數據顆粒度,實(shí)現幾大類(lèi)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(yè)務(wù)架構,形成多個(gè)小型用采系統,“以硬件模組化,軟件平臺化”設計思路,研制模組化采集終端,加強邊緣計算能力。


3)多業(yè)務(wù)深化融合。不斷強化各、多業(yè)務(wù)融合,優(yōu)化用采集系統數據流,加強各業(yè)務(wù)系統數據交流,深化設備全生命周期全鏈條數據融合,實(shí)現營(yíng)配調多業(yè)務(wù)融合。


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