監(jiān)控所有智能電表的重要性

摘要：本文介紹了電表的基本原理，以及精度對電表的重要性。介紹了一種可以避免竊電的解決方法。

　　在電力工業(yè)的100多年歷史中，“智能電表”仍處于部署和使用的初級階段。 由于電表是電力公司的前端“收銀機”，必須十分精確。

　　盡管對于電表有大量的要求，性能規(guī)范和法規(guī)，并且電力公司試圖確保電表精度，但實際上，一旦電表設計經過認證、制造和安裝，大多數(shù)電表的精度的確認僅停留于生產剛結束時的出廠測試階段。 特定電表在退役前的現(xiàn)場性能只能通過統(tǒng)計樣本測試來估計。

　　此外，竊電是電力公司收入損失的主要根源。 雖然通常認為面臨這一問題的主要是發(fā)展中經濟體，但在許多發(fā)達地區(qū)也日益嚴重。 例如，英國天然氣和電力市場辦公室(Ofgem)在2013年7月發(fā)布一份題為“阻止竊電–診斷”的報告，其中估計英國每年發(fā)生的竊電價值超過2億英鎊，電力公司還需另外投資2500萬英鎊防竊電、修理或更換被篡改的設備。

1 了解整個電表的精度很關鍵

　　智能電表相對于電子和機械電表的主要優(yōu)勢是連通性。 聯(lián)網智能電表可遠程報告用電量、實施斷電管理、收集使用時間數(shù)據(jù)并防止某些類型的竊電。 不過，有沒有可能對電表本身關鍵的測量功能執(zhí)行更精密的診斷?

　　其他具有關鍵任務功能的行業(yè)，例如汽車和工業(yè)，對診斷要求引入了“功能安全性”概念，其本質是檢查設備以確定其在使用前、使用中和使用后是否正常運行。 電力電表行業(yè)的此類功能之一是現(xiàn)場使用壽命期間的電表精度。

　　目前電表執(zhí)行現(xiàn)場樣本測試，僅依靠現(xiàn)場電表內部元器件仍保持在校準范圍內來估計精度，但此方法存在風險。 現(xiàn)場精度監(jiān)控很重要，因為精度受傳感器影響，傳感器則暴露于高電流、電壓事件和惡劣的環(huán)境。 因此，診斷必須包括監(jiān)控整個電表，包括傳感器和所有電子元件。

　　電表精度檢查通常需要人為干預、斷開現(xiàn)場連接和采用專用設備，因此需投入大量成本或實施復雜的拆解才能在現(xiàn)場完成。 不過，針對每個電表的非侵入性監(jiān)控技術可以改變這一困局。

2 大數(shù)據(jù)分析機遇

　　信息系統(tǒng)架構師需要考慮的問題是： “如果能定期獲得現(xiàn)場部署的每個電表的精度，您會怎么做?” 此能力可清除故障和次品，但更好的能力是收集和分析整個電表群的信息。

　　監(jiān)控精度不會違反任何法規(guī)，卻能提供管理電表的優(yōu)勢。 每小時或每天收集信息，數(shù)據(jù)量不會太大，但應用潛力是無限的。

　　圖1顯示以高分辨率監(jiān)控群組精度的情況，這樣可提取群組在使用壽命期間的差異。 如此可深入了解制造批次、供應商、部署區(qū)域或不同電網拓撲的差異。

　　此數(shù)據(jù)亦可與其他度量相結合，例如季節(jié)、溫度、濕度和用電量，用于確定是否需要提高未來電表規(guī)格，以提供更可重復的現(xiàn)場測量。

　　此外，了解整個群組的性能后，可確定樣本測試的目標，滿足監(jiān)管機構的要求。 實施整個電表群組的大數(shù)據(jù)分析可使電力公司更好地處理所承擔的責任風險。

3 解決方案

　　迄今，尚不存在包括整個電表、現(xiàn)場運行和自檢精度的測試。 因此，也沒有識別和報告設備精度變化的機制。 此空白凸顯了新監(jiān)控技術的需求，即連續(xù)監(jiān)控現(xiàn)場電表精度，提供內置、自測試功能，用于檢查電表整個壽命期間的性能。 此技術必須在電表運行時監(jiān)控電表精度，同時不影響計量功能。

　　為應對這一挑戰(zhàn)，ADI公司開發(fā)出mSure技術(圖2綠框所示)，旨在通過將已知基準信號注入傳感器連續(xù)監(jiān)控整個電表的響應。 疊加后，傳感器可同時檢測基準信號和負載信號。 此組合信號是從相同路徑獲取的，因此電子器件末端存在組合信號的數(shù)字形式。

　　檢測電路則從負載信號提取唯一基準信號成分，一旦完成此步，系統(tǒng)便有從傳感器至整個電表數(shù)字表示的傳輸函數(shù)。

　　同樣的傳輸函數(shù)可應用于負載信號至數(shù)字表示，以便電力公司確定精度變化。 為保留能源數(shù)據(jù)，監(jiān)控信號以數(shù)字方式從信號路徑移除，只能源數(shù)據(jù)傳輸進入計量系統(tǒng)。

　　由于具有監(jiān)控傳感器和電子器件的能力，此技術也可用于檢測許多現(xiàn)有“防篡改”電表也無法識別的竊電方法。 即使電力公司僅阻止了少量篡改事件，也能顯著改善盈利能力。

4 小結

　　目前的電表在供應和安裝前經過認證、校準和出廠測試，確保符合一整套精度和性能標準，進而滿足不同地區(qū)實施的不同標準。 之后，電表能否保持精度只能依賴信任度(元件質量和統(tǒng)計測試)。

　　通過采用嚴格的電表監(jiān)控方法，電力公司可利用智能電表的內在連接性提供非侵入性現(xiàn)場精度測試，更好地應用大數(shù)據(jù)分析以了解整個電表部署的精度，減少電表竊電。

本文來源于中國科技期刊《電子產品世界》2016年第1期第23頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。