智能電能表的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的，首先應(yīng)做功能分區(qū)，硬件分功能模塊化設(shè)計(jì)，內(nèi)部無軟件焊接，一體化設(shè)計(jì)理念;其次要進(jìn)行的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)搭建統(tǒng)一應(yīng)用平臺(tái);另外，要保證安全可靠性，基于文件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)備份機(jī)制，保證數(shù)據(jù)安全可靠;應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性，具有模組化設(shè)計(jì)思路，未來未知功能可隨意擴(kuò)展;還應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化型式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，接線方式自適應(yīng)結(jié)構(gòu)、取消弱電輔助端子，多通信方式(近場紅外、無線WiFi及電力線載波通信技術(shù))等;整表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足自動(dòng)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)電能表生產(chǎn)過程全自動(dòng)化。
因此，要利用智能設(shè)計(jì)、智能仿真制造、智能化制造及智能物流等過程，實(shí)現(xiàn)電能表生產(chǎn)過程的智能制造。
體現(xiàn)智能制造的另一個(gè)重要方面就是監(jiān)管模式的變化。傳統(tǒng)的監(jiān)管模式由政府主導(dǎo)，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)電能表制造企業(yè)進(jìn)行監(jiān)管，在驗(yàn)收及運(yùn)行環(huán)節(jié)對(duì)電能表運(yùn)營商進(jìn)行監(jiān)管，雖能在電能表全生命周期環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)管，但是單一、垂直的監(jiān)管模式。未來的監(jiān)管模式，應(yīng)該是行業(yè)監(jiān)督，政府監(jiān)管。建立行業(yè)質(zhì)量信用庫，實(shí)現(xiàn)全生命周期過程監(jiān)管，保證質(zhì)量可追溯。
中國智能電能表市場需求分析
2018年中國智能電能表及用電信息采集世界銀行分析報(bào)告，針對(duì)國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司年對(duì)智能電能表2019—2021的市場容量進(jìn)行了預(yù)測，到2021年，國網(wǎng)公司電能表年需求量是5 000萬只，而南網(wǎng)公司的年需求是2 000萬只。三年內(nèi)，兩家公司對(duì)智能電能表需求總計(jì)將達(dá)19 418萬只。
總體來說，中國電能表未來市場的需求主要著眼于五個(gè)方面：
1)失準(zhǔn)更換需求：利用用電信息采集系統(tǒng)，基于大數(shù)據(jù)分析對(duì)電能表進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，電能表出現(xiàn)失準(zhǔn)后才進(jìn)行更換。
2)新增用戶需求：未來國網(wǎng)和南網(wǎng)公司新增用戶數(shù)量將保持穩(wěn)定增長。
3)新興業(yè)務(wù)需求：貿(mào)易型結(jié)算電表向“基表+手機(jī)”“基表+主站”“基表+終端”定制化方向發(fā)展。
4)非貿(mào)易結(jié)算型市場需求：結(jié)合泛在電力物聯(lián)網(wǎng)各業(yè)務(wù)要求，非貿(mào)易型測量電能表應(yīng)向模塊化、隨器化以及傳感器化方向發(fā)展。
5)電能表市場需求：中國幅員遼闊，電網(wǎng)環(huán)境復(fù)雜，其運(yùn)行環(huán)境差異性很大，針對(duì)不同的運(yùn)行環(huán)境應(yīng)設(shè)計(jì)不同的電表，以適應(yīng)其運(yùn)行需求。
智能電能表的技術(shù)發(fā)展展望
智能電能表的技術(shù)發(fā)展主要關(guān)注四個(gè)主要方向，關(guān)鍵元器件發(fā)展方向、電能表技術(shù)發(fā)展方向、電能表安裝技術(shù)發(fā)展方向和用電信息采集系統(tǒng)發(fā)展方向。
1. 關(guān)鍵元器件發(fā)展方向
一方面是關(guān)鍵元器件發(fā)展與操作系統(tǒng)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，要發(fā)展適合電能表用的芯片與操作系統(tǒng);另一方面要提升元器件性能及可靠性，如材料突破、制造工藝發(fā)展及技術(shù)革新等將大幅提升元器件性能質(zhì)量。
實(shí)現(xiàn)核心元器件性能突破，主要是指分流器、微型電流互感器等，要能夠研制出高可靠性、高精度和寬量程的電能表。核心芯片國產(chǎn)化，是指要研制高精度、高可靠性及自校準(zhǔn)功能一體的計(jì)量芯片與低功耗嵌入式CPU管理芯片，支撐未來智慧能源服務(wù)需要。而在操作系統(tǒng)方面，要有適用電能表的嵌入式操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電能表軟件模塊化設(shè)計(jì)、任務(wù)并行處理能力、數(shù)據(jù)安全性儲(chǔ)存及遠(yuǎn)程應(yīng)用任務(wù)升級(jí)等功能。實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料性能突破，重點(diǎn)在于提升電能表表殼的防沖擊、防外磁場及防竊電等性能;提升微型斷路器開斷大電流能力，研制大電流內(nèi)置電能表，未來計(jì)量表箱與外置斷路器將消失。
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)發(fā)展，電子元器件將向片式化、小型化方向發(fā)展。隨著低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)突破，使無源集成技術(shù)進(jìn)入了實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化階段，電子元器件將向集成模塊化發(fā)展。另外，隨著材料元件的多功能性與不斷提升的設(shè)計(jì)水平，電子元器件將向多功能化發(fā)展。隨著安全環(huán)保意識(shí)加強(qiáng)，綠色環(huán)保電子元器件制造技術(shù)發(fā)展，電子元器件將向無毒無害、安全環(huán)保性發(fā)展。
2. 電能表技術(shù)發(fā)展方向
首先，是電能表個(gè)性化發(fā)展。將電能表分為三種類型：貿(mào)易型結(jié)算電能表、非貿(mào)易型測量電能表及區(qū)域化電能表，根據(jù)運(yùn)行環(huán)境向區(qū)域化方向發(fā)展。貿(mào)易型結(jié)算電能表向“基表+手機(jī)”“基表+主站”“基表+終端”方向發(fā)展;非貿(mào)易型測量電能表向模塊化、隨器化及傳感器化方向發(fā)展;區(qū)域化電能表是指針對(duì)遼闊的地域及復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境，設(shè)計(jì)不同的電能表。
為適應(yīng)營銷計(jì)量業(yè)務(wù)多元化發(fā)展，如圖3所示的“手機(jī)”電能表和如圖4所示的“主站”電能表將逐步代替智能電能表，讓計(jì)量回歸本質(zhì);計(jì)量芯及其外圍電路組成“基表”，完成電量、電參量等數(shù)據(jù)保存?；诟咚匐娏€載波或無線通信技術(shù)，利用5G通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)快速高效傳輸至大數(shù)據(jù)中心(營銷主站)，電能表、采集終端與營銷主站構(gòu)成一只“大電表”。強(qiáng)化營銷主站大數(shù)據(jù)處理能力，既可建設(shè)分布式營銷主站(以地市供電公司為單位)，又可建設(shè)區(qū)域性營銷主站，實(shí)現(xiàn)營銷主站與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互。
其次，是智慧能源多元業(yè)務(wù)發(fā)展。一是大幅提升用戶用電感知，基于手機(jī)電表，用戶可在移動(dòng)終端(手機(jī)等)APP查看歷史電量、當(dāng)前負(fù)荷狀態(tài)及檔案信息等;二是提供靈活多變電價(jià)政策，適應(yīng)電力交易市場發(fā)展的需要;三是不斷拓展?fàn)I銷新業(yè)務(wù)，基于區(qū)域性營銷主站，建設(shè)大數(shù)據(jù)分析中心，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)荷互動(dòng)，開展負(fù)荷預(yù)測、提供能效分析、制定節(jié)能方案等，不斷拓展?fàn)I銷新業(yè)務(wù)。
第三方面，是要完善電能表標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著儀器儀表行業(yè)技術(shù)不斷創(chuàng)新，在元器件研制、原材料性能、整表設(shè)計(jì)理念及智能制造水平等方面也將不斷突破。從而帶來電能表標(biāo)準(zhǔn)體系的不斷完善，可從幾方面體現(xiàn)：新的計(jì)量特性、整表技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、關(guān)鍵元器件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系及智能制造工藝標(biāo)準(zhǔn)等。
3. 電能表安裝技術(shù)發(fā)展方向
主要包括集中式安裝向分散式安裝發(fā)展，以及手工安裝向自動(dòng)化、少人化和無人化安裝發(fā)展。
4. 用電信息采集系統(tǒng)發(fā)展方向
隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，用電信息采集系統(tǒng)將突破原有架構(gòu)與應(yīng)用限制，支撐多、多業(yè)務(wù)發(fā)展需求，個(gè)人認(rèn)為，用采系統(tǒng)將向以下幾個(gè)方向發(fā)展：
1)多應(yīng)用支撐?；谟貌上到y(tǒng)，擴(kuò)大電網(wǎng)數(shù)據(jù)種類，增加數(shù)據(jù)顆粒度，實(shí)現(xiàn)幾大類數(shù)據(jù)分鐘級(jí)采集：電測量數(shù)據(jù)、電能計(jì)量數(shù)據(jù)及事件記錄，支撐多應(yīng)用需求。
2)分布式架構(gòu)布局。重塑用采系統(tǒng)架構(gòu)，搭建分布式業(yè)務(wù)架構(gòu)，形成多個(gè)小型用采系統(tǒng)，“以硬件模組化，軟件平臺(tái)化”設(shè)計(jì)思路，研制模組化采集終端，加強(qiáng)邊緣計(jì)算能力。
3)多業(yè)務(wù)深化融合。不斷強(qiáng)化各、多業(yè)務(wù)融合，優(yōu)化用采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)流，加強(qiáng)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交流，深化設(shè)備全生命周期全鏈條數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)營配調(diào)多業(yè)務(wù)融合。
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