高级量测体系Word格式.docx

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智能电网

最近几年，得益于通信技术和信息技术的长足进步，以及环境保护方面政府条例的推动，高级量测体系（AMI）因其在系统运行、资产管理、特别是负荷响应所实现的节能减排方面的显著效果而成了整个电力行业最热门的项目。

AMI是一套完整的包括硬件及软件的系统。

它利用双向通信系统和能记录用户详细负荷信息的智能电表，可以定时或即时取得用户带有时标的分时段的或实时（或准实时）的多种计量值，如用电量、用电需求、电压、电流等信息。

因此，AMI是智能电网的一个基础性功能模块，也称为智能量测体系（SMI）。

AMI的技术和范畴还在不断地发展。

本文将概括其主要的组成部分、实施的意义及其和智能电网的关系

1.AMI概述

AMI是一个用来测量、收集、储存、分析和运用用户用电信息的完整的网络处理系统，由安装在用户端的智能电表，位于电力公司内的量测数据管理系统和连接它们的通信系统组成。

近来，该体系又延伸到了用户住宅之内的室内网络，以使得用户可以分析和利用其详细的用电信息。

AMI中的智能电表能按照预先设定的时间间隔（分钟，小时等）记录用户的多种用电信息，把这些信息通过通信网络传到数据中心，并在那里根据不同的要求和目的，如用户计费、故障响应和需求侧管理等进行处理和分析;

还能向电表发送信息，如要求更多的数据或对电表进行软件在线升级等。

鉴于AMI在负荷响应和节能减排方面可以取得的巨大效益，许多政府机构颁布立法条例来推动AMI技术实施。

例如，加拿大安大略能源委员会在2005年要求其下属的各电力公司在2010年年底完成对安大略省的全部的500万用户安装智能电表。

美国在2005年颁布“能源政策条例”（EPAct）明确列出“智能量测”，规定电力公司应能根据用户的要求提供分时电价的服务。

同样的情形也可见于其他国家和地区。

2AMI的组成部分

AMI是许多技术和应用集成的解决方案。

它的4个主要组成部分是:

通信网络;

量测数据管理系统（MDMS）和用户户内网络（HAN）。

除此之外，为了充分利用AMI取得的数据，需要为许多现有的应用系统建立应用接口，如负荷预测、故障响应、客户支持和系统运行等（在此不作一一介绍）。

2.1智能电表

智能电表是可编程的电表，除了用于电能量记录以外，还可以实现很多功能。

它能根据预先设定时间间隔（如15min,30min等）来测量和储存多种计量值（如电能量、有功功率、无功功率、电压等）。

它还具有内置通信模块，能够接入双向通信系统和数据中心进行信息交流。

智能电表具有双向通信功能，支持电表的即时读取（可随时读取和验证用户的用电信息）、远程接通和开断、装置干扰和窃电检测、电压越界检测，也支持分时电价或实时电价和需求侧管理。

智能电表还有一个十分有效的功能，在检测到失去供电时电表能发回断电报警信息，这给故障检测和响应提供了很大的方便。

智能电表能够作为电力公司及用户户内网络进行通信的网关，使得用户可以近于实时地查看其用电信息和从电力公司接收电价信号。

当系统处于紧急状态或需求侧响应并得到用户许可时，电表可以中继电力公司对用户户内电器的负荷控制命令。

值得一提的是，智能电表不仅仅局限于终端用户，有的电力公司也计划在配电变压器和中压馈线上安装电表。

其中的一部分将及实时数据采集和控制系统相结合，以支持系统监测、故障响应和系统实时运行等功能。

智能电表的一些典型的功能还包括:

l）提供双向计量，能支持具有分布式发电的用户;

2）提供断电报警和供电恢复确认信息处理;

3）提供电能质量的监视;

4）可以进行远程编程设定和软件升级;

5）支持远程时间同步;

6）能根据需求侧响应要求而限制负荷。

2.2通信网络

AMI采用固定的双向通信网络，能够每天多次读取智能电表，并能把表计信息包括故障报警和装置干扰报警近于实时地从电表传到数据中心。

常见的通信系统的结构包括分层系统、星状和网状网和电力线载波，可以采用不同的媒介来向数据中心实施广域通信，如电力线载波（PLC）、电力线宽带（BPL）、铜或光纤、无线射频、因特网等。

在分层系统网络中，局域网（LAN）连接电表和数据集中器，而数据集中器则通过广域网（WAN）和数据中心相连。

数据集中器通常在杆塔上、在变电站里或在其他的一些设施上，它们是局域网和广域网的交汇点。

在局域网中，数据集中器即时或按照预先设定的时间收集或接收附近电表的计量值或信息，再利用广域网把数据传到数据中心。

数据集中器可以中继数据中心发给下游电表和用户的命令和信息。

局域网对通信的速率要求不高，因此对它最主要的考量是以最低的成本连接用户。

常见的通信方式为电力线载波（PLC）、电力线宽带（BPL）、塔式或网格状无线射频网络。

目前，局域网大多采用不开放的私网协议，但正慢慢地向开放式网络标准（如TCP/IP和ANSIC12.22等）发展。

2.3量测数据管理系统（MDMS）

处于数据中心中的信息系统和应用是AMI的一个重要组成部分，而其中的最重要的是量测数据管理系统（MDMS）。

MDMS是一个带有分析工具的数据库，通过及AMI自动数据收集系统（ADCS）的配合使用，处理和储存电表的计量值。

ADCS按照预先设定的时间或由事件触发的任何时间把智能电表的计量或报警信息取回数据中心。

通过企业服务总线（ESB）将数据及其他系统分享。

一些实时运行需要的信息会直接转发到相关的系统（如停电管理系统，OMS;

行动工作者管理系统，MWM;

调度管理系统，DMS;

能量管理系统，EMS;

配电自动化和其他运行方面的应用系统）。

MDMS从ESB取得数据后，对其进行处理和分析，然后按要求和需要传给其他对实时性要求不高的系统，如用户信息系统（CIS）、计费系统、企业资源计划（ERP）、电能质量管理、负荷预测系统、变压器负荷管理（TLM）。

MDMS的一个基本功能是对AMI数据进行确认、编辑、估算，以确保即使通信网络中断和用户侧故障时，流向上述信息系统或软件的数据流也是完整和准确的。

取决于计费系统的功能设计和类型，可以利用MDMS提供的数据去实施分时记费、峰期电价和其他一些复杂的计费方法。

现时的通常做法是，MDMS一般在每天的午夜到凌晨3点的时间段里把前一天的电表的计量值全部收集回来。

经过分析和处理后，把有关数据分享于其他相关的应用和系统。

电力公司会在早晨6点把用户前一天的详细间隔用电和电费信息放在电力公司的门户网站上，以方便用户随时读取。

除了支持对多种市政计量仪表（气、电、水）的管理功能外，MDMS数据也可控制电表（例如，按需即时读取、接通或断开）、能够维持系统读表操作的实施时间、支持需求侧响应和停电修复。

相对于存储系统控制和运行实时数据的历史数据库（PI）,MDMS将存储终端用户的每日更新的连续的间隔测量值（通常的计量间隔是:

居民用户1h，商业和工业用户5min，变压器表计15min,中压馈线表5min）,因此，可以取得前所未有的大量的详细系统信息（电表计量和报警信息）。

结合地理信息系统（GIS），可以取得系统上每一点的精确的负荷曲线甚至电压特性，为系统管理、运行和资产管理提供可靠的依据，从而使得越来越多的高级应用，如能量平衡、窃电监测和根据电表报警信息进行故障预测等，可以通过AMI系统得到实现。

充分利用已收集的大量信息，是取得AMI效益的关键。

许多电力公司计划整合现存信息系统的功能，并建立及MDMS的接口，以提高其功能水平。

2.4用户户内网络（HAN）

用户户内网络（HAN）的概念只是在最近两年才出现的，因此很多公司还没有把它包括在AMI项目计划之中。

HAN通过网关或用户入口把智能电表和用户户内可控的电器或装置（如可编程的温控器）连接起来，使得用户能根据电力公司的需要，积极参及需求侧响应或电力市场。

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HAN中一个重要的设备是处于用户室内的户内显示器（IHD）。

它接受电表的计量值和电力公司的价格信息并把这些信息连续地近于实时地显示给用户，使得用户及时和准确地了解用电情况、费用和市场信息。

鼓励用户节约用电，根据市场或系统的要求调整他们的用电习惯，如把一些用电调整至系统需求低谷时段。

根据不同的项目实验，这些措施可降低峰荷5%以上。

HAN也可根据用户的选择来设定，根据不同的电价信号便可进行负荷控制，而无需用户不停地参及用电调整。

同时，它还可以限定来自电力公司和局部的控制的动作权限。

HAN的用户入口可以处在的不同的设备，如电表、相邻的集中器、由电力公司提供的独立的网关或用户的设备（比如用户自己的因特网网关）。

迄今为止，HAN的技术规范还在争论和发展之中。

但其从网关到户内显示器之间的通信技术，主要是无线或电力线载波两种主要的标准是ZigBee（无线），HomePlug（载波）和IPv6。

目前ZigBee在市场上的接受度最高也有厂家把通信技术这一部分放在AMI的局域网中。

3AMI的意义

AMI的论证考虑到运行费用的减少，也顾及需求侧

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响应的效益。

取决于具体情况，不同的电力公司实施的费用也不尽相同.根据Capgemni提供的北美AMI项目实施的费用分布分析，平均于每个电表的费用为:

电表本体80美元，安装费10美元，通信网络费5美元，系统集成和数据库15美元，其他管理费用和开支13美元，总共123美元。

目前，多数项目论证时考虑AMI的寿命周期为20年，其成本回收时间7～9年。

而意大利的EnelSpA公司，其预计成本回收期为4年。

AMI的实施对电力公司、电力用户乃至全社会都有十分重要的意义。

AMI的应用可以实现:

1）减少电力公司的运行费用，因为无需人工读表、能快速进行故障定位和恢复以及减少事故报告等。

2）通过提供给用户准确和及时的电费清单，改善计费过程并提高用户满意度。

3）运用电表远程诊断和可即时读取的功能，改善对用户的服务。

4）具有远程接通和断开的功能，可有效地进行用户管理。

5）为用户提供更多电价和服务的选择。

6）提供大量的用电和网络状态信息，使得用户可以为节能或减少开支而调整用电习惯，而电力公司则可制定更有针对性的系统改造计划。

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7）提供系统范围内的负荷测量和系统可观性，这将帮助电力公司评估设备运行状况，优化资产利用和延长设备寿命，优化维护和运行管理费用，准确定位电网故障，改进电网规划，识别电能质量问题，探测及减少窃电行为。

8）支持消除峰荷和节能的需求侧响应和分时计费，减少对系统发、输、配环节中的固定资产投资，减少网络阻塞费川和网损，提高资产利用率，减少废气的排放量。

9）能支持用户侧的分布式发电的接入。

10）为智能电网和其他系统未来高级应用建立基础设施体系。

4AMI和智能电网

智能电表能实现连续的带有时标的多种间隔的用电计量，远远超过传统电能表单一电能计量功能，它实际上成为分布于网络上的系统传感器和测量点。

利用其完整的通信设施和信息系统，AMI将为电力公司提供系统范围的测量和可观性AMI系统的通信网络，也可以进一步支持配电自动化、变电站自动化等高级应用。

同时，也为系统的运行和资产管理提供可靠的依据和支持。

通过双向通信，AMI将电力公司和用户紧密相连，

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它既可以使用户直接参及到实时电力市场中来，又促进电力公司及用户的配合互动.辅以灵活的定价策略，可以激励用户主动地根据电力市场情况参及需求侧响应。

智能电表的双向计量功能也能够使用户拥有的分布式电源比较容易地及电网相连。

在北美，配电自动化的实施相对落后，因此电力公司把AMI视为建立智能电网的第一步。

各公司期望通过AMI的实施来建立一个可实现未来智能电网的通用通信网络和信息系统体系。

在AMI实施之后，电力公司可以逐步实现高级配电运行、高级输电运行，并进一步实施高级资产管理。

5结语

在政府政策条例的推动下，国际上许多电力公司都正在或计划实施AMI，以应对所面临的许多挑战，如供需平衡问题、较低的资产利用率、用户对供电可靠性及电能质量要求越来越高等。

AMI中的智能电表可以取得用户详细的用电信息，促成分时电价实施，使用户直接参及电力市场。

AMI系统通过其通信网络，把用户和电力公司紧密相连，成为实现配电自动化的智能电网的一个基础性功能模块。

AMI提供遍及系统的测量和前所未有的大量系统信息，将大幅提升电力公司的运行机制和资产管理流程。

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电力公司通过开发和实施AMI，建立通用的满足未来高级应用的通信基础设施和集成的信息系统，可以实现产业的升级并迈向智能电网。

但AMI投资巨大，而且影响到电力公司的各个层面，需要详细的规划和论证，以期取得最大综合效益。

摘编自《南方电网技术》2009.2