智能电表工作原理和结构 - 全文

　　智能电表作为智能电网的重要环节，它的发展对于智能电网的壮大具有不可替代的作用。本文包括智能电表的结构分类、工作原理和特点等，从中你还可以了解到智能电表能带给用户的哪些好处，其智能关键表现在哪些方面?

　　一、智能电表的定义

　　所谓智能电表，就是应用计算机技术，通讯技术等，形成以智能芯片(如CPU)为核心，具有电功率计量计时、记费、与上位机通讯、用电管理等功能的电度表。

　　智能电表通过用户交费对智能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。并对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。

　　二、智能电表的结构分类

　　目前，国内智能电度表从结构上大致可分为机电一体式和全电子式两大类。机电一体式，即在原机械式电度表上附加一定的部件，使其既能完成所需功能，又能降低造价且易于安装，一般而言其设计方案是在不破坏现行计量表原有物理结构，不改变其国家计量标准的基础上加装传感装置变成在机械计度的同时亦有电脉冲输出的智能电表，全电子式则从计量到数据处理都采用以集成电路为核心的电子器件，从而取消了电表上长期使用的机械部件，与机电一体化电度表相比具有电表体积减小，可靠性增加，更加精确，耗电量减少，并且生产工艺大大改善，不必只在原有意义上的专业电度表厂生产等优越性，最终会取代带有机械部件的计量表。

　　1、机电一体式的电度表

　　第一类机电结合的电度表，是在原有的机械表的基础上，加装电子式计数装置和相应的控制、通讯电路，或加上IC卡读写接口以实现自动计量计费和控制;其基本结构是在原有机械电度表的转盘上打孔或涂(贴)上能吸收光线的材料。这类电度表由于其计量原理没有改动，其计量精度和特性与机械表完全一样，而成本相对较高，其优势在于能充分利用现已安装使用中的大量的机械电度表，且其计量原理为大众所熟悉而容易接受。

　　另一类机电结合的电度表则是采用电子式计量电路在获得数字式脉冲信号后，通过微型电机驱动字码转轮得到电能计数 值，这种结构是最简洁可行的电子式电度表的方案，但遗憾的是其对计量电路的要求较高，即要求所有的表都按一个固定的比例将电能值转换为对应数量的数字脉冲，才能按正确的速度驱动微电机以转动字轮。这个比例就是所谓的电表常数(imp/kWh)，由于电路中所用的决定脉冲速度的定时元件大都是参数离散性较大的阻容元件，为了保证电度表的计量精度和产品的一致性，就必须在生产过程中加强对元件的筛选和对半成品的调校，也就是说要增加相应的人力物力的投入并要延长生产周期，从而使电度表的生产费用和成本有所增加。另外这种结构的电度表在数据收集和用户缴费方式上与老式的机械表没什么区别，应属淘汰产品。

　　机电结合(一体式)的电度表

　　2、全电子式电度表

　　当前电子式电能表对用户用电采样方式主要有两种形式。一种是用互感器采样，另一种为直接采样。采用互感器采样即利用电压互感器和电流互感器分别来采集用户的电压信号和电流信号;直接采样则是用热稳定性高的电阻分压网络来取得电压信号，而用电阻温度系数非常小的锰铜片进 行电流直接采样。采用互感器采样，在起动电流、线性范围、功耗和精度等指标皆不如直接采样，尤其是小电流时更为突出。 例如：额定电流为20A时，直接采样的启动电流为20mA，互感器采样的启动电流为40 mA。又如：采用专用的锰铜片进行直接电流采样的全电子电能表误差可调整到+0.5%，而采用电流互感器采样，由于激磁电存在，若不采取补偿措施，互感器本身误 差就可能超过5%。利用互感器采样的的优点是抗干扰性较强，线路简单，成本低。

　　全电子式电能表

　　三. 智能电表的工作原理和特点

　　1. 智能电表的工作原理

　　用户持IC卡到供电部门交款购电，供电部门用售电管理机将购电量写入IC卡中，用户持IC卡在感应区刷非接触式IC卡(简称刷卡，下同)，即可合闸供电，供电后将卡拿走。当表内剩余电量等于报警电量时，拉闸断电报警(或蜂鸣器报警)，此时用户在感应区刷卡即可恢复供电;当剩余电量为零时，自动拉闸断电，用户必须再次持卡交费购电，才可以恢复用电。

　　电子式智能电表，是在电子式电表的基础上，近年来开发面世的高科技产品，它的构成、工作原理与传统的感应式电能表有着很大的差别。而电子式智能电表主要是由电子元器件构成，其工作原理是先通过对用户供电电压和电流的实时采样，再采用专用的电能表集成电路，对采样电压和电流信号进行处理，并转换成与电能成正比的脉冲输出，最后通过单片机进行处理、控制，把脉冲显示为用电量并输出。

　　通常我们把智能电表计量一度电时A/D转换器所发出的脉冲个数称之为脉冲常数，对于智能电表来说，这是一个比较重要的常数，因为A/D转换器在单位时间内所发出脉冲数个的多少，将直接决定着该表计量的准确度。目前智能电表大多都采用一户一个A/D转换器的设计原则，但也有些厂家生产的多用户集中式智能电表采用多户共用一个A/D转换器，这样对电能的计量只能采用分时排队来进行，势必造成计量准确度的下降，这点在设计选型时应该注意。

　　智能电表的工作特点

　　智能电表不只采用了电子集成电路的设计，再加上具有远传通信功能，可以与电脑联网并采用软件进行控制，因此与感应式电表相比，智能电表不管在性能还是操作功能上都具有很大的优势。

　　(1)功耗：由于智能电表采用电子元件设计方式，因此一般每块表的功耗仅有0·6w~0·7w左右，对于多用户集中式的智能电表，其平均到每户的功率则更小。而一般每只感应式电表的功耗为1·7w左右。

　　(2)精度：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。感应式电表的误差范围则为+0·86%~-5·7%,而且由于机械磨损这种无法克服的缺陷，导致感应式电能表越走越慢，最终误差越来越大。国家电网曾对感应式电表进行抽查，结果发现50%以上的感应式电表在用了5年以后，其误差就超过了允许的范围。

　　(3)过载、工频范围：智能电表的过载倍数一般能达到6~8倍，有较宽的量程。目前8~10倍率的表成正为越来越多用户的选择，有的甚至可以达到20倍率的宽量程。工作频率也较宽，在40HZ~1000HZ范围。而感应式电表的过载倍数一般仅为4倍，且工作频率范围仅为45~55HZ之间。

　　(4)功能：智能电表由于采用了电子表技术，可以通过相关的通信协议与计算机进行联网，通过编程软件实现对硬件的控制管理。因此智能电表不仅有体积小的特点，还具有了远传控制、复费率、识别恶性负载、反窃电、预付费用电等功能，而且可以通过对控制软件中不同参数的修改，来满足对控制功能的不同要求，而这些功能对于传统的感应式电表来说都是很难或不可能实现的。

　　四、智能电表带给用户的好处

　　智能电表较普通机械式电能表有着计量更精准、智能扣费、电价查询、电量记忆、余额报警、信息远程传送的优势。

　　对电力公司而言，采用智能电表可省去人工抄表的成本，并且减少窃电的损失。除此之外，电力公司利用智能电表取得客户的用电量资料后，再用Internet的方式实时回传给用户参考，客户可据以分散用电的时间(因尖峰时段费率高)，作电力使用的管理，达到节省电费成本的效益。

　　对政府而言，智能电表有助用户节约用电，可以达到节能减碳的政策目标。

　　对于用户来说，可以节省电费开支，用户可充分利用峰、谷电价的差异自主定制用电方案，做到用相同的电，花最少的钱。