智能电表

智能电表是智能电网的智能终端，智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。[1]

简介

传统的智能电表是由用户交费对智能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，新型的智能电表目前以完美实现网络购电，就像手机充值一样简单。

智能电表行业的背景或许是投资者在思考这一问题时首先需要把握的：随着中国提出建设国家智能电网概念之后，与之直接配套的智能电表开始成为关注的焦点。智能电能表是一种新型电能表，相对以往的普通电能表，除具备基本的计量功能外，智能电能表是全电子式电能表，带有硬件时钟和完备的通信接口，具有高可靠性、高安全等级以及大存储容量等特点，完全符合中国未来发展“节能环保”的要求。

定义

智能电表是智能电网的智能终端，它已经不是传统意义上的电能表，智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用它还具有用电信息存储、双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。

随着智能电网的日益发展，世界各国对于智能化用户终端的需求也日益增大，据统计，在未来5年，随着智能电网在世界各国的建设，智能电表在全球安装的数量将高达2亿只。同样，在中国，随着国家坚强智能电网建设的进展，作为用户端的智能电表的需求也会大幅度地增长，保守的预计，市场将会有1.7亿只左右的需求。美国政府为升级本国电网的拨款中，就有一部分专门用于在未来3年致使13%的美国家庭(1800万户家庭)能装上智能电表。

在欧洲，意大利及瑞典已经完成先进计量基础设施的部署，将所有普通电表更换为智能电表。法国、西班牙、德国和英国预计在未来10年内完成也将完成智能电表的全面推广和应用。

发展

作为经济刺激计划的一部分，国家电网在2009年7月确定了智能电网的发展规划。2009-2011年为规划试点阶段，重点完成坚强智能电网的整体规划，开展关键性、基础性、共用性技术研究，进行技术和应用试点;2012-2015年为全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系;2016-2020年为引领提升阶段，全面建成统一的“坚强智能电网”。

2009年8月和2010年2月，国家电网公司先后启动了第一批9项和第二批12项试点工程。这些试点工程的开展为“十二五”期间坚强智能电网的全面建设，打下了良好基础。

根据规划，“十二五”期间，国家电网公司电网智能化投资的总额为2861.1亿元，年均投资为572.2亿元，较“十一五”250亿元的年均投资大幅翻番，涉及到发电、输电、变电、配电、用电及调度等六个环节。随着智能电网建设的展开，智能化投资将明显增加，二次设备投资占比将由目前的不足5%提升至12%-15%。

我国智能电网进入了全面建设阶段，对智能电表产生了巨大的市场需求。

目前，国家电网已经连续多年对智能电表进行招投标采购。根据《中国智能电表行业发展前景与投资预测分析报告前瞻》显示，2012年，国家电网对智能电表的招标量达到7588.69万只，完成了规划量的138%，同比增长12.17%。前瞻网认为，这种增长主要源于政府从2012年4月开始大规模投资基础设施建设，以及全国7月份全面实施阶梯电价制度。预计智能电表采购活动将保持增长势头，未来三年安装速度将加快。

工作原理

智能电表正在快速发展的电表类别，传统的智能电表用户持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。而新型的智能电表以实现银行及网络供电，用户可通过电力公司营业窗口，合作银行、第三方代售电机构及网络进行购电，极大的方便了用户，以北京网银购电为例，

主要功能

1、预付费功能：预收电费，剩余电量为零时自动拉闸断电。

2、合闸拉闸方式：内附开关和外附控电开关两种规格。

3、记忆功能：断电情况下表内数据可保存10年。

4、显示功能：双显示，计度器显示累计用电量，LED显示器显示剩余电量及其它信息。

5、能够检测出普通电表无法检测的流量（例如插座、接线板等等）。准确计费。

6、智能调价模式可以针对用电过多的用户进行智能调价，以达到节能减排的作用。

特点

1、不需要人工抄表，有利于现代化管理。IC卡电表的使用避免人工抄表上门收费给客户带来的诸多不便，且历史购电数据均可以保存，便于客户查询。

2、充分体现了电力的商品属性。实行先买电后用电，客户可以根据自己的实际需要有计划地购电、用电，不会因欠费而发生滞纳金，增加不必要的开支。

3、解决了收费难的问题。能很好地解决零散居民客户、临时用电客户、经常欠费客户的收费问题。

4、IC卡电表具有多种防窃电功能，起动电流小、无潜动、宽负荷、低功耗，误差曲线平直、长期运行时稳定性好，外形美观、体积小、重量轻、安装方便。准确度高：全电子式设计，内置进口专用芯片，精度不受频率、温度、电压高次谐波影响。

5、长寿命：采用SMT技术，优化的电路设计，整机出厂后无需调整电路。

6、功耗低：采用低功耗设计，降低电网线损。

7、预购电量;IC卡传递数据，实现数据回读，包括：回读总电量，剩余电量，表内累积购电量，总购电次数等信息。

8、储存表常数、初始值、用户住址、姓名等信息。

9、超负荷报警断电、剩余电量报警，提醒用户及时购电。

10、技术参数：采用长寿命基表，延长使用周期。

安装及使用方法

预付费智能电表在安装时，安装位置应保持垂直，并按接线图接入。

打开电能表端钮盒盖，然后按接线图连接各端钮接线，接通电源。

用户将预购电量IC卡按卡上箭头方向(金属触点面向左)插入表内，显示器首先显示F1而后显示本次所购电量，再稳定显示F2而后显示器显示原剩余电量加上新购电量之和为当前剩余电量，此时可取下IC卡，显示熄灭。(如表中剩余电量低于显示报警电量时显示器常亮，表中原剩余电量与购电卡中电量之和大于9999kWh时，卡内电量不被输入电表，仍保存在卡内。)

当用户用电时，脉冲指示灯会随之闪亮。

预付费电表在正常使用过程中，自动对所购电量作递减计算。当电能表内剩余电量小于20度时，显示器显示当前剩余电量提醒用户购电。当剩余电量等于10度时，停电一次提醒用户购电，此时用户需将IC卡插入电能表一次恢复供电。当剩余电量为零时，停止供电。

一表一卡，用户每次新购电量后，只能插入自己的电表输入一次有效电量。

预付费电表显示器通常不亮，如果用户需要检查剩余电量，可以将IC卡插入电表，则显示F1购买电量显示零、F2剩余电量，拔卡显示熄灭。

用户每次将IC卡插入预付费电表，电表都将用户用电情况全部返写在IC卡上，用户下次购电时，售电管理系统读取IC卡数据汇总并检查用户是否合法用电。用电检查人员也可以使用检查卡，检查用户用电情况。

供电管理部门根据实际情况设置用户的最大用电负荷。当实际用电负荷超过设置值时，停止供电，电表显示器显示“E2”，提醒用户减少用电负荷，用户需将IC卡插入电表后恢复供电。

市场需求

电能表的发展经历了由感应式向电子式的发展，现在智能电网的发展将推动电能表由电子式向智能电表的转变。根据我国智能电网战略规划，“十二五”期间是智能电网的全面建设阶段，主要目标是加快特高压电网和城乡电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，其中用电环节的重点是建设智能用电信息的采集和管理系统，而智能电表则是实现这一系统的关键部分。

随着国网智能电网建设的全面铺开，智能电表的存量更换在国网的强力推动下全面启动。需要指出的是，民用表数量占据整个智能电表市场的绝大部分，我们对国内存量表市场规模的估算仅就民用表市场进行，工商业用表没有加以考虑，也因此我们的考虑相对保守。

从整个市场存量需求方面考虑，根据国家统计局的数据，按第六次人口普查每户3.1人计算，城镇人口约6.7亿，共2.16亿户，农村7亿人口，共2.26亿户。假设每户需要一个电表，则存量需求约4.4亿只。增量方面，2011年城镇和农村新建住房面积分别为9.49亿和10.26亿平方米，按人均31.6和34.1平方米分别计算，新增住房1940万套，按照一户一表并且每年新增住房面积不下降计算，未来每年预计新增约2000万块电表。

按照国家电网5年全部完成更换的规划，若存量电表以5年为更新周期，则每年新安装加存量更新对智能电表需求可达1亿只左右，需求总体稳定。

目前国内智能电表的更换工作主要由国网主导。根据国网2010年的规划，为了满足国内智能电表更换需求，国网将在2014年之前完成2.22亿只智能电表的安装标工作，实现直供直管区域内的用户的全覆盖。而实际的招标进度远远超出了国网每年初公布的计划，目前已经招标1.92亿只，其中智能电表约为1.84亿只。

未来智能电表发展势头好当下，随着智能电网的逐渐推行利用，智能电表已经进入了成长的黄金机会期。智能电表市场的需要在稳步增加，跟着都会化建设过程也会逐渐加速，新增的用户数目也将不竭进步。去年，我国各省市连续施行了门路电价，跟着门路电价政策落地，智能电表也将迎来成长的春季。

我国业内人士认为，到2020年，我国将成为驱动亚洲智能电能表市场迅猛突起的中坚气力。这种展望并不是空穴来风，早在2010年提出，在将来五年内，将实现2.4亿只智能电能表的安置、利用。而且，今天传统电能表市场已从高速增加期进入过度增加期，全部行业合作加倍剧烈，行业成本率降低。与此同时，智能电网为电能表市场注入新的活气，市场无望大幅增加。

红外通信

原理

红外波段中900nm-1000nm是红外通信常用的波段，而940nm是用的最多的波段，发射装置将二进制信号高频调制后通过红外线发射管IR333发射出去，被红外线接收器PT333接收，再解调为原来的信息。这就是红外通信的过程。其中调制方式有脉宽调制（通过改变脉冲宽度调制信号PWM）和脉时调制（通过改变脉冲串口之间时间间隔调制信号PPM）两种，我们采用PPM脉时调节方式。

电路图

红外线发射是利用单片机SSU7301的串行数据发送口TXD(P3.1)控制驱动三极管BG1进行二进制数据“0”和“1”的传输(数据由串行发送缓冲器SBUF中送出)，以及利用P3.4口控制驱动三极管BG2进行高频38.4kHz调制（高频驱动信号由定时器/计数器T0的方式2自动重装模式产生），从而可靠地实现了红外发射管D1在传输数据“0”时进行高频红外发射和数据“1”时被截止的发射功能。

采用51系列单片机，亿光生产超毅电子供应的红外接收器和红外发射管，以及单片机串行口、2个定时器/计数器可以有效地实现红外通信功能。

智能电表上装的都是红外接口，也是智能电能表中使用最为普遍的通信方式，能够有效的实现抄表、编程、校时、数据管理等功能，拥有可靠、直观、简便、廉价的各种优点。

发展趋势

智能电表的产业体系更加完善

智能电表属于高科技产品，所以智能电表的生产必须实现一体化，这样才能够全方位地对智能电表产业进行控制和管理。智能电表产业主要包括以下几个生产环节：智能电表结构和功能的设计、智能电表的专业化制造、智能电表产业化的推广、智能电表的售后维护、新技术的开发等，这些生产环节必须要进行合理化的管理，要结合其他产业的相关经验进行经营管理。在智能电表芯片的研发方面，要运用当前先进的技术，最好能够形成核心技术价值，这样才能使智能电表产业具有长远利益。

功能设置模块化

智能电能表的功能设置必须支持可更新或可写入的理念，所以需以功能设置模块化为原则，不断完善智能电能表的功能设置。在实际运用中根据智能电网运行情况，远程设置或修改智能电表的功能和方案，且要求所有功能均为独立线程，互不干扰与影响，以确保稳定性与安全性，即无需更换整表，又消除了新技术推行的障碍。

接口一体化

电能表的检测工作一直是繁杂的人力工种，而智能电能表必须改变现有的电能表检测模式，去实现智能化和自动化的检测方式。笔者认为智能电能表的弱电接口种类太多，在检测过程需频繁切换，导致了检测劳动强度大、资源占用多、管理成本高、效率低下等问题，而且繁多的接口设置也不能保证电气安全的可靠性，继而影响到电能计量的准确性。

智能电网或高级量测体系的发展对智能电能表提出了越来越多的要求，大家可以看到这些要求是符合时代发展的趋势，也对智能电能表的"智能"效应产生深远影响。随着新一批电能表轮换的开展，智能电能表的普及只是时间问题。

既然是智能电能表，那么连同其细节也应该展现智能化，而现有的数据处理、模块设计、检测方式、接口类型还不足以满足对未来智能电能表的应用需求。未来的智能电能表无论从外形，还是使用，亦或是功能都应具备信息化、自动化、智能化等性能特征，以便为智能电能表的普及提供更快捷的途径。