一、文献综述

(一)课题意义

电网的建设随着科技、社会经济的发展而变化，不同国家结合各自实际情况积极开展智能电网的研究和实践工作，一方面应对大规模新能源接入电网而对电网带来的影响，确保电网有序顺畅运行，另一方面灵活适应电力供求的复杂情况，特别是我国电力系统两网改造工程的逐步推进，以及一户一表，管电到户改革政策的实施，各层级电力公司对电力管理的工作日益严峻，传统电能表已不能适应当前的社会发展[1-2]。

随着智能电网的日益发展以及国家电网推进智能电网的建设，智能电表作为智能电网的终端设备，越来越受到低压电器制造商的关注。智能电表内置专用电能计量芯片以及控制芯片，除了传统电表基本的电能计量功能外，为适应智能电网和新能源行业的发展，还需具备用电信息存储、多费率计量、多数据通信模式以及防窃电功能等。智能电表的设计研究与应用普及，一定程度上也反映了智能电网的建设[3]。

近年来随着工业领域推行需求侧管理及工业节能系统和绿色建筑快速发展，电力测量、电力节能分析设备与系统、能耗管理系统、节能减排等意识理念逐渐被人们认识，极大地推动着国内智能电表行业的发展。有数据显示2015年我国智能电表用户数超过1.4亿，未来国家电网和南方电网需求的智能电表与用电管理系统每年的市场都在160亿元以上，包括新增用户与农网改造都将更换成智能电表。事实上，整个国际市场的智能电表需求也呈现出了极大的增长空间。据相关报告预测，到2020年底，低压智能仪表的全球销量增长率有望从现在的35.4%增长到45.7%，欧洲、中东和南美地区已经开始积极部署智能电表项目[4]。

(二)国内研究现状

2009年10月，国家电网公司公布了智能电表新技术标准体系，由功能规范、技术规范、型式规范、安全认证规范四个方面组成。该标准体系对智能电表在电能计量、费率控制、通信模式以及功耗等各方面都有详细的规定。这一标准体系正是国家电网招标的根据，使得各大制造厂商能够集中资源设计开发并生产统一规格的智能电表，对于智能电表的质量检测和推广普及及发展至关重要[5-6]。

电网的规划上不可避免的存在电力供求之间的不平衡，智能电表的多费率电能计量方式，相较于传统的拉闸限电实行峰谷分时电价，使得终端用电更加灵活，一定程度上缓和了电力供求之间的不平衡且不会对日常工作生活造成影响，这正是目前国内各大制造商研发生产的主流产品的最基本功能[7]。该功能对于普通用户而言，可充分利用峰谷电价的差异自主定制用电方案，做到用相同的电，花最少的钱;对于企业用户而言，可以为其在计量之外，提供更多电能质量分析、故障诊断与定位等高级服务。

从功能上考虑，智能电表相较于传统的电表，最大的不同在于智能电表具有通信功能。终端用户的定期电能消耗，可以直接由智能电表存储并发送到电力公司的后台管理平台，因此智能电表的设计过程，更加重视产品信息处理和通信交互能力。目前国内主流的智能电表产品，通常由计量模块、数据处理模块、数据显示模块和通信模块构成，具有电能计量、信息处理存储、实时显示和通信交互的功能[8]。

从应用环境考虑，正是因为智能电网的建设需要智能电表的投入使用，尤其是分布式电源、特高压与微网、充电桩、四表集抄等热点领域，都需要相关的智能电表技术支持，智能电表的智能采集、智能用电终端设备、高速通信技术、智能电表的可靠性预测与验证技术以及可靠性研究成为各大研究机构和制造厂商着力研究的方向[9]。以智能用电终端设备领域的研究为例，各大研究机构与制造厂商着力智能电表的双向互动方式，尤其是智能电表和智能手机APP之间实现双向互动与验证，以及支持IEC-61850规约的数字化智能电表等[10]。