[科普中国]-智慧型电表

智慧型电表，又叫智能电表，是一种电子设备，记录电能消耗并将信息传送给电力供应商以进行监控和计费。 智能电表通常每小时或更频繁地记录能量，并至少每天报告。智能电表可实现仪表与中央系统之间的双向通信。 这种先进的计量基础设施（AMI）与自动抄表（AMR）的不同之处在于它能够实现仪表与供应商之间的双向通信。 从仪表到网络的通信可以是无线的，或者通过诸如电力线载波（PLC）的固定有线连接。 常用的无线通信选项包括蜂窝通信（可能很昂贵），Wi-Fi（随时可用），Wi-Fi上的无线ad hoc网络，无线网状网络，低功率远程无线（LORA），ZigBee（低功耗） ，低数据速率无线）和Wi-SUN（智能公用事业网络）。

概观术语智能仪表通常指电表，但它也可以指测量天然气或水消耗的装置。

类似的仪表，通常称为间隔或使用时间仪表，已存在多年，但“智能仪表”通常涉及实时或接近实时的传感器，停电通知和电能质量监测。这些附加功能不仅仅是简单的自动抄表（AMR）。它们在许多方面与高级计量基础设施（AMI）仪表类似。历史上已安装间隔时间和使用时间仪表以测量商业和工业客户，但可能没有自动读数。

英国消费者团体的研究表明，多达三分之一的人会将智能电表与能量监视器混淆，后者也称为家用显示器。智能电表的推出据称是节约能源的一种策略。虽然英国的能源供应商每年可以节省约3亿英镑，但电力用户的利益取决于他们使用这些信息改变他们的能源使用模式。例如，智能电表可以利用较低的非高峰时间收费，并通过净计量将电力卖回电网。

据分析公司Berg Insight称，截至2008年底，欧洲智能电表的安装量约为3900万台。在全球范围内，Pike Research发现2011年第一季度智能电表的出货量为1740万台。Visiongain确定2012年全球智能电表市场的价值将达到70亿美元。

智能电表可能是智能电网的一部分，但它们本身并不构成智能电网。

历史简介1972年，Theodore Paraskevakos与波音公司在阿拉巴马州亨茨维尔合作开发了一种传感器监控系统，该系统使用数字传输进行安全，消防和医疗报警系统以及抄表功能。这项技术是自动电话线识别系统的衍生产品，称为来电显示。

1974年，Paraskevakos获得了该技术的美国专利。1977年，他推出了Metretek，Inc。该公司开发并生产了第一台全自动商用远程抄表和负载管理系统。由于该系统是在Internet之前开发的，因此Metretek使用了IBM系列1小型计算机。对于这种方法，Paraskevakos和Metretek获得了多项专利。

目的自从全球电力放松管制和市场驱动的定价开始以来，公用事业公司一直在寻找一种将消费与发电相匹配的方法。非智能电表和煤气表仅测量总消耗量，不提供能源消耗时间的信息。智能电表提供了一种测量这种特定场地信息的方法，允许公用事业公司根据一天中的时间和季节收取不同的消费价格。

公用事业公司表示，智能电表为住户提供了潜在的好处。这些包括：a）估计账单的结束，这是许多客户投诉的主要来源b）帮助消费者更好地管理他们的能源购买的工具 - 说明在家外有显示器的智能电表可提供最多 - 关于天然气和电力消耗的日期信息，这样做可以帮助人们管理能源使用并减少能源费用。电价通常在当天和季节的某些可预测时间达到峰值。特别是，如果发电受到限制，如果来自其他司法管辖区的电力或更昂贵的发电量上线，价格就会上涨。支持者声称，在高峰时段以更高的价格向客户收费可以鼓励消费者调整他们的消费习惯，以更好地响应市场价格，并进一步断言，监管机构和市场设计机构希望这些“价格信号”能够延迟建设更多的一代或至少从较高价格的能源购买能源，从而控制电价的稳定和快速增长。然而，有一些担忧，低收入和弱势消费者可能无法从日内使用时间关税中获益。

基于现有试验的学术研究表明，房主的平均用电量减少了约3-5%。

远程连接/断开服务和读取仪表消耗的能力是公用事业的主要劳动力节省并且可能导致抄表员的大量裁员。

技术连接通信是智能电表的关键技术要求。每个仪表必须能够可靠，安全地将收集的信息传达到某个中心位置。考虑到发现仪表的不同环境和位置，这个问题可能令人生畏。提出的解决方案包括：使用小区和寻呼机网络，卫星，许可无线电，组合许可和未许可无线电以及电力线通信。不仅用于通信目的的介质，而且用于所使用的网络类型也是至关重要的。因此，人们会发现：固定无线，无线网状网络和无线自组织网络，或两者的组合。还有其他几种可能的网络配置，包括使用Wi-Fi和其他互联网相关网络。迄今为止，没有一种解决方案似乎对所有应用都是最佳的。农村公用事业与位于诸如山区或无线和互联网公司不利地区等困难地点的城市公用事业或公用事业有着截然不同的沟通问题。

除了与前端网络的通信之外，智能仪表可能需要是家庭区域网络的一部分，该家庭区域网络可以包括本地显示器和用于将一个或多个仪表与头端连接的集线器。该网络的技术因国家而异，但包括电力线通信，无线ad hoc网络和ZigBee

协议ANSI C12.18是ANSI标准，描述了用于与仪表进行双向通信的协议，主要用于北美市场。 C12.18标准专门用于通过ANSI Type 2光端口进行仪表通信，并指定较低级别的协议详细信息。 ANSI C12.19指定了使用的数据表。 ANSI C12.21是为调制解调器而不是光通信编写的C12.18的扩展，因此它更适合于自动抄表。

IEC 61107是由IEC出版的智能电表的通信协议，广泛用于欧盟的电表。它被IEC 62056取代，但仍然广泛使用，因为它简单且被广泛接受。它使用串行端口发送ASCII数据。物理介质要么是调制光，要么用LED发送，用光电二极管接收，要么是一对电线，通常由EIA-485调制。该协议是半双工的。 IEC 61107与FLAG协议有关，有时也与FLAG协议错误地混淆。 Ferranti和Landis + Gyr是接口标准的早期支持者，最终成为IEC1107的子集。

开放式智能电网协议（OSGP）是由欧洲电信标准协会（ETSI）发布的一系列规范，与智能计量和智能电网应用的ISO / IEC 14908控制网络标准结合使用。全球部署了数百万台基于OSGP的智能电表。已经确定了OSGP协议中的许多重大安全漏洞。

使用TCP / IP技术作为智能电表应用的通用通信平台的趋势越来越明显，因此公用事业可以部署多个通信系统，同时使用IP技术作为通用管理平台。通用计量接口将允许在设置通信标准之前开发和大规模生产智能电表和智能电网设备，然后在相关通信模块可以容易地添加或切换时。这将降低投资错误标准的风险，并允许在全球范围内使用单一产品，即使区域通信标准有所不同。

一些智能电表可以使用测试IR LED来传输未加密的使用数据，通过实时传输较低级别的数据来绕过电表安全。

数据管理智能电表系统的另一项关键技术是电力公司的信息技术，它将智能电表网络与公用事业应用程序集成在一起，例如计费和CIS。这包括仪表数据管理系统1。

对于智能电网实施而言，通过家庭区域网络（HAN）在家庭内使用的电力线通信（PLC）技术是标准化和兼容的也是重要的。 HAN允许HVAC系统和其他家用电器与智能电表通信，并从那里与公用设施通信。目前，有几种尚未兼容的宽带或窄带标准已经或正在开发中。为解决这一问题，美国国家标准与技术研究院（NIST）成立了PAP15小组，该小组负责研究和推荐共存机制，重点是协调HAN的PLC标准。该小组的目标是确保为HAN选择的所有PLC技术至少共存。选择的两种主要宽带PLC技术是HomePlug AV / IEEE 1901和ITU-T G.hn技术。

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学