高级量测体系

[67] [5] [4]
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（见图２） 。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（许多是利用内置电容器 的蓄电来实现） ， 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。
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
第2期
栾文鹏：高级量测体系
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 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
[23]
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，
2009 年 第 3 卷 第 2 期 2009，Vol. 3，No. 2
南方电网技术 SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY 中图分类号：TM933; TM73
特约专稿 Featured Articles 文献标志码：A
文章编号：1674-0629(2009)02-0006-05
。
2 AMI 的组成部分
图１给出了 AMI 的体系结构示意图。 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：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） 。
图1
AMI 体系结构示意图
Fig. 1 Illustration of AMI Architecture
8
南方电网技术
第3卷
图 2 智能电表功能示意图
Fig. 2 Illustration of Smart Meter Functionality
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，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： 1） 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
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）[1]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 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
关键词：高级量测体系（AMI） ；智能电表；通信网；量测数据管理系统（MDMS）;用户户内网络（HAN） ；智能电网
Advanced Metering Infrastructure
LUAN Wen-peng
（BC Hydro, Burnaby, BC, V3N 1Y9, Canada） Abstract: Advanced Metering Infrastructure (AMI) is the totality of systems and networks for measuring, collecting, storing, analyzing, and using energy usage data. This paper provides an overview of the four parts of AMI technology (i.e. smart meter, wide area communication network; meter data management system, MDMS; and home area networks, HAN), the AMI effect, and its benefits for smart-grid development. Through system-wide communication networks AMI will link consumers and power utilities together and provide foundation for future distribution automation and other smart-grid functionalities. The system-wide measurement and visibility enabled by AMI will enhance the utilities’ system operation and asset management process. It is recommended that the utilities should take advantage of AMI technology development and implementation to plan and build a common-integrated communication ne to realize business transformation and to shape the power system towards a smart-grid. Key words: advanced metering infrastructure (AMI); smart meter; wide area communication network; meter data management system (MDMS); home area network (HAN); smart-grid
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
， 也称为智能量测体
第2期
栾文鹏：高级量测体系
7
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
9
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 1 h，商业和工业用户 5 min，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。