电能表的数据采集方式的比较及发展趋势分析

王园园

乌兰察布 012000

摘要：智能电能表是电网采集用电信息时使用的一种终端设备。目前电度表的发展经历了感应式交流电度表、电子式交流电度表、电子式多功能电表和智能电表四个阶段。感应式交流电能表阶段，电能表功能单一，准确度低，只能靠人工读数，所以会出现遗漏和误读的现象；在电子式交流电能表阶段，电能表有很多功能，包括485通讯功能和预付费功能，可以自动抄表；电子式多功能电能表阶段，电能表有专门的芯片进行充电，其功能包括事件记录、无功功率测量、四象限有功功率等，可以自动抄表；在智能电能表阶段，电能表具有安全认证功能，防窃电功能有了很大提高，通信方式也多种多样，具有阶梯价格功能。

关键词：智能电能表；数据采集；用电信息；发展趋势；

目前传统的数据采集方案已经难以适应这些新的应用要求。同时，随着坚强智能电网建设的不断推进与发展，终端用电信息采集方式也从原先的单一方式发展为多方式，多功能采集，采集速率也比以前快数十倍。新技术的引入保证了用电信息采集的及时性，用户可以实时获取用电详细信息。

一、电能表发展概况

电能表，又被称作千瓦小时表，亦做电度表，是用来测量电能的仪器。几乎所有使用电力的地方都需要用到电能表，它是生产生活中不可或缺的仪表。在19世纪末期，科学家就已经在思考如何去计量电能，因为这个时间段内，电和电灯都刚刚被发明出来。1881年最早的电能表被研究了出来，这种电能表基于电解原理，十分的笨重，每只甚至重达几十公斤，而且在准确度方面不尽如人意，尽管如此，这在当年依然被视作是科学界的重大发明之一，被广泛的重视和赞誉，并很快就被投入了工程中。1888年，三相交流电出现并被应用，这样一来，电能的计量仪表又面临了新的挑战，反过来，这也推动了电能表的进～步发展。感应式电能表在1890年诞生了，在这之后的凡十年里，科学家们又努力的对感应式电能表进行改进，使其在结构和性能上更加合理，更加完善。感应式电能表的发展速度很快，具有了诸多优点，包括价格低廉、经久耐用、结构简洁、操作安全以及维护方便等等。我国从50年代初开始生产电能表，至今已有30多年的历史。从电能表的品种变化和性能发展来看，可以分为四大阶段：第一阶段是50年代，这一阶段主要还是学习苏联，基本为单相电能表，生产出来的属于仿苏产品。第二阶段是60年代中期，国内一些厂家按照自行设计和制造了一些不同型号的2．0级单相和三相有功电能表；到了70年代的初期，我国的电能表制造和生产已经有了相当的水平以及规模。第三阶段是80年代初期，根据政府对电能表标准化的相关要求，加快进行电能表产品的更新和换代，更为了出口的需要，积极向国际标准(IEC)靠拢。到了80年代中期，我国已经能够自主生产0．5级、1．0级三相有功电能表和2．0级三相无功电能表。1987年，86系列的单相以及三相电能表在结构和性能上又有了很大的进步。第四阶段是90年代初期，国内的一些电能表生产厂家引进与借鉴国际先进技术，研究生产出了电子式电能表。到了90年代后期，国内自主生产的电子式电能表已经较为成熟，不仅在性能上，在质量上也日益提高，这一阶段，国产的电子式电能表已经开始被电力部门所广泛采用 。 美国的次级房贷问题引发了世界性的金融危机，作为应对金融危机的一项举措，智能电网建设成为全球电力工业的焦点。 电能表的分类很多，按照用途来划分，可以分成两类：安装式电能表(用于电能计量)和标准式电能表(用于电能表校验)；按照其接入的电力网络的不同可以分成单相电能表、三相三线电能表和三相四线电能表等；按照其测量的电量信息的性质不同可以分成有功电能表、无功电能表和最大需量电能表；而按照其提供的功能则包含复费率电能表、预付费电能表、多功能电能表等。

二、电能表的数据采集方式的比较与发展趋势

1.人工采集方式。在感应式交流电能表阶段，由于电能表没有对外通信这一功能，因此只能使用人工对终端电量信息进行采集。而人工采集主要有以下三大缺点：第一、人工采集所消耗的成本太高，通常情况下，一个抄表员所采集的电表数据不超过3000只；第二、人工采集具有安全隐患，一般来讲电表所安装的地方较高，而且电线有可能会出现破损的情况，进而容易发生安全事故；第三、人工采集所得到的数据并不具备可靠性，经常会出现估抄、漏抄、误抄等现象。

2.485采集方式。在电子式交流电能表阶段中，已逐渐不再使用人工采集的方式，而是采用485采集方式，集中电能表数据进行抄表，该采集方式具有以下三大优点：第一、该技术较为成熟，已广泛应用于工业中；第二、具有较远的通信距离，最高可达到3千米的理想通信距离，而现场应用距离也能够达到几百米，甚至是上千米；第三、具有较强的抗干扰能力，能够单独走线，且不会受到电力线噪声对其的干扰。然而，也存在着一定的缺点，如现场应用需要进行大量布线，维护成本与安装成本较高，且实时性较差、通信速率也比较低。

3.窄带载波采集。电力线窄带载波通信从20世纪90年代被引入到国内，在经历了二十多年的发展，在电力信息采集中得到了广泛的应用。电力线载波通信相对于485通信具有明显的优点——通过电力线复用通信，节约大量的线材资源，同时其施工成本极低，综合成本远低于485集抄。但是，因为电力线毕竟不是为载波通信专设的通信线路，低压电力线信道环境恶劣，存在阻抗匹配性差、噪声干扰不可预测、信号衰减强烈等特点。目前几乎所有的窄带载波均采用在电压过零点的3.3ms内进行通信，避开噪声大的时间段，基本能够实现现场日抄读成功率在99%以上；一次采集成功率在95%以上。目前窄带电力线载波在电力信息采集系统中占比达90%以上。

4.微功率无线组网通信。微功率无线通信技术在近十年内发展迅速，在各个电子应用领域均有应用。因为其不受电力线噪声干扰、通信距离远、施工简单等优点在电力信息采集广泛使用，尤其是电力线噪声、阻抗情况较差的用电环境中。微功率无线通信的应用频段为ISM频段，这些频段无需许可证或费用，只需要遵守无委会规定的低于最大发射功率（电力行业为17dbm）要求即可。因此，也导致在应用现场可能存在不同厂家的模块之间相互干扰的情况，另外在地下室、建筑物屏蔽作用明显的区域，其通信效果明显变差。五、公网通信采集方式所谓的公网通信是指利用运营商平台对数据进行传输，目前该采集方式主要在电力信息采集系统中广泛应用，有NB-IOT、4G、3G以及2G等通信方式，这些通信方式具有维修成本与施工成本极低、覆盖区域角钢、保密性能较好等特点，然而由于是利用运营商平台来采集数据的，需要缴纳一定费用给运营商，故而在后期运行时，有较高的运营成本。与无线通信一致，该通信在屏蔽作用较为明显的区域中，通信效果较差，甚至还会出现无法通信的现象。故而，通常将公网通信应用在一些极度分散、无屏蔽的区域中，如山区等场景，或者是应用于不在乎运营成本的重要用户中。

6. 宽带高速载波。这种采集方式是基于窄带载波技术之上所延伸出来的，二者都是利用电力线来传输信号，主要的不同之处是窄带载波是利用BPSK、BFSK来等调制信号的，通信频段是10kHz至500kHz，而宽带载波是应用OFDM来调制信号，所使用的通信频段是0.7MHz至12MHz。由香农定理可得出，通信系统中最大传输速率与信道宽带是成正比的，越大的信道宽带，就能够得到越大的传输速率。

总之，在目前采集电力信息的系统当中，已基本能达到自动抄表目的，且采集方式较多，每个采集方式都存在着优势与劣势。随着科技的不断发展，已经逐渐淘汰了485采集、载波通信、无线通信等方式，正逐渐朝着高速率、低成本、抗干扰性能强的方向发展。

参考文献：

[1]王鹏.电能表的数据采集方式的比较及发展趋势研究.2020..

[2]赵新宇.浅析远程抄表数据采集完整率的影响因素。2019.
作者简介：

作者:王园园

性别:女

民族:汉族

出生年月:1993年3月21日

籍贯:内蒙古乌兰察布市

学历:大学本科

毕业院校:内蒙古工业大学