高级量测体系

1、高级量测体系摘要:高级量测体系 (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和系统。文章概述了AMI技术的四大组成部分(即智能电表、广域通信网络、量测 数据管理系统和用户户内网络 ),AMI的作用及其和智能电网 的关系。通过广域通信网络， AMI 把用户和电力公司紧密相 连，为将来配电自动化等智能电网功能的实现莫定基础。 AMI 实现的系统范围的测量和可视性能够大幅提升现有的电力 公司的运行机制和资产管理流程。电力公司应抓住AMI技术开发和实施这一难得的机会，规划和建立通用的满足未来系 统高级应用的通信基础设施和集成信息系统，以便提升产业 和引导电网向智能电网方

2、向发展。关键词 : 高级童侧体系 (AMI); 智能电表 ;通信网 ; 量侧数据管 理系统(MDMS)用户户内网络(HAN);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

3、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

4、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。2 AMI 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

5、 :智能电表 ; 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 15 min, 30 min 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

6、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与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。其中的一部分将与实时数据采集和控制系统相结合

7、，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

8、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

9、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 ANSI C12.22 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)。 MDM是一个带有分析工具的数据库，通过与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)将数据与其他系统分享。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

10、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）。MDM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勺一个基本功能是对 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-

11、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), MDM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 5 min

12、， 变压器表计 15 min, 中压馈线表 5 min), 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， 并建立与 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

13、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，积极参与需求侧响应或电力市场。22 国内外电力科技HAN中一个重要的设备是处于用户室内的户内显示器(IHD ) o 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测上。HAN也可根

14、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与用电调 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。3 AMI 的意义AMI 的论证考虑到运行

15、费用的减少，也顾及需求侧23 国内外电力科技 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79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

16、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。24 国内外电力科技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

17、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。AMI4 AMI 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 系统的通信网络，也可以进一步支持配电自动化、

18、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，25 国内外电力科技它既可以使用户直接参与到实时电力市场中来，又促进电力公司与用户的配合互动 . 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与需求侧响应。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与 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