智能電表的“十三五”市場(chǎng)走向

2016年是“十三五”起步之年，“互聯(lián)網(wǎng)+”，城市能源互聯(lián)網(wǎng)，智能配電網(wǎng)建設迅速推進(jìn)，對電網(wǎng)量測技術(shù)現代化提出了新的要求。2017年，國網(wǎng)將建成國際上最大的用電信息采集系統，實(shí)現全域39500萬(wàn)戶(hù)的智能電表全覆蓋。同時(shí)，隨著(zhù)首批智能電表進(jìn)入輪換更新期，2013年版國網(wǎng)智能電表系列企業(yè)標準或將進(jìn)行修訂再出新版。由此，“十三五”期間，國內智能電表市場(chǎng)與技術(shù)走向，引人關(guān)注，需要適時(shí)討論與規劃。

1)“十三五”國網(wǎng)智能電表市場(chǎng)構成要素將有較大改變

國網(wǎng)，2016年“安裝智能電表6058萬(wàn)只，實(shí)現公司用電信息采集基本全覆蓋”。據測算，國網(wǎng)采集用戶(hù)將達到37758萬(wàn)戶(hù)，總采集覆蓋率95.5%，年新增智能電表投資230億元。

“十三五”后4年，國網(wǎng)智能電表市場(chǎng)要素：

新裝智能電表，每年新增用戶(hù)按國網(wǎng)總用戶(hù)的4%計算，年需用智能電表1580萬(wàn)只。“十三五”后4年需求智能電表6320萬(wàn)只，投資240億元。

智能電表推廣，由普通電表更換成智能電表，包括實(shí)現用電信息采集全覆蓋，躉售、代管縣上劃國網(wǎng)管理用表，每年按國網(wǎng)總用戶(hù)的7%計算，年新增智能電表1235萬(wàn)只，后4年需求智能電表4942萬(wàn)只，投資188億元。

智能電表輪換，從2010年首批智能電表運行算起，估計運行周期達到8年的表計將進(jìn)行輪換更新。每年按國網(wǎng)總用戶(hù)的2%計算，年需用智能電表790萬(wàn)只，后4年需求智能電表3160萬(wàn)只，投資56億元。

以上合計，“十三五”期間，國網(wǎng)將累計需用智能電表20470萬(wàn)只，每年平均需求4094萬(wàn)只，比“十二五”年平均需求量6000萬(wàn)只，下降31%。“十三五”期間，國網(wǎng)智能電表合計投資714億元。

再是，智能電表配套設備：插拔式表箱。“十三五”5年國網(wǎng)新裝插拔式表箱，按國網(wǎng)總用戶(hù)的12%計算表位，共需用插拔式表箱4740萬(wàn)表位，合計投資71億元。

2)加快電表產(chǎn)品多元化開(kāi)發(fā)，適應市場(chǎng)改變新需求

近7年，傳統電表企業(yè)主要面向國網(wǎng)、南網(wǎng)智能電表集中招標市場(chǎng)，用心保障計量產(chǎn)品質(zhì)量，企業(yè)因市場(chǎng)穩定，新產(chǎn)品需求不旺而受益、發(fā)展。面對“十三五”這些新情況，傳統電表企業(yè)需要思考與部署電表產(chǎn)品多元化開(kāi)發(fā)，去培育與拓展新的市場(chǎng)。

根據國網(wǎng)智能電表全面應用和用電信息采集系統建設進(jìn)入后期的進(jìn)程，從2015年9月起，本文作者陸續撰寫(xiě)有關(guān)智能電表市場(chǎng)前景預測與對策方面的文稿，主要有：

2015年9月，由《環(huán)球表計》微信號發(fā)布《2015年及以后，傳統電表企業(yè)發(fā)展的市場(chǎng)前景》。

2015年《環(huán)球表計》12月刊發(fā)表《配電網(wǎng)建設改造行動(dòng)計劃(2015-2020年)中量測技術(shù)需求評估》。

2016年4月，由“電網(wǎng)量測技術(shù)微信公眾號”發(fā)布《智能電能計量系統技術(shù)初探》。

匯總以上文稿并結合近期計量新產(chǎn)品需求，本文作者提煉出未來(lái)幾年電表產(chǎn)品多元化開(kāi)發(fā)項目，包括：

一是，除電表、終端、插拔式表箱三個(gè)基本市場(chǎng)，還有哪些前景可期，相對大一點(diǎn)的電表市場(chǎng)?

統計電表+用電能耗監測+低壓電網(wǎng)最大負荷測控系統。參考產(chǎn)品：ABB公司，全球首款Emax2低壓斷路器及其低壓電力負荷測控系統。

“四表合一采集”，建議推進(jìn)網(wǎng)格社區供水漏損計量管理，開(kāi)發(fā)供水智能終端。同時(shí)，可參照推出供氣供熱智能終端。

低壓計量箱及低壓柜系列產(chǎn)品

數字電表及計量柜系列產(chǎn)品

電動(dòng)汽車(chē)充電樁電能表

光伏并網(wǎng)電能表及在線(xiàn)監測系統

農村機井用電計量及預付費系統

基于IEEE1459——2010標準的用戶(hù)諧波電能能耗評估測試儀

新型互感器組合式、低損耗配電變壓器，包括非晶合金配電變壓器，高過(guò)載能力配電變壓器，調容調壓配電變壓器。

二是，非集中采購市場(chǎng)的主流產(chǎn)品需求。

非集中采購市場(chǎng)的自采購用戶(hù)，包括非國網(wǎng)、南網(wǎng)管理的縣級供電企業(yè)，地市供電企業(yè)(非集中招標產(chǎn)品)，油田，礦業(yè)，高壓專(zhuān)變用戶(hù)，低壓工商戶(hù)，大型會(huì )館工程，高等院校，縣級及以上大型醫院、高/中檔酒店等。

非集中采購市場(chǎng)的主要計量產(chǎn)品需求：

統計電表，包括單相/三相導軌電表，轉接式智能插座，面板式智能插座、電力轉接用計量插排。與統計電表配套的遠程抄表系統。

一卡通檢測插座，具有電能計量、插卡預付費功能。

工業(yè)輸入/輸出(I/O)模塊及各類(lèi)監測系統

電、水、氣、熱、冷表一體化能耗數據管理是系統。

油田用計量產(chǎn)品，高壓灌裝免維護寬量程計量箱，抽油機遠程監測及系統。

礦業(yè)用高安全性的電能表、計量箱，低壓配電監測與控制系統。

水源井遠程監測與控制系統。

機房動(dòng)力環(huán)境監測與控制系統。

路燈智能控制系統。

三是，智能電表創(chuàng )新產(chǎn)品，將在本文第3)部分作專(zhuān)題敘述。

3)對智能電表產(chǎn)品創(chuàng )新開(kāi)發(fā)的期望

匯總國網(wǎng)智能電表系列企業(yè)標準2009年版，2013年版的應用經(jīng)驗，參照《智能電能計量系統技術(shù)初探》，本文作者提出“十三五”期間國產(chǎn)智能電表創(chuàng )新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項目的建議：

一是，智能電表改用全功率算法進(jìn)行設計。

三相智能電表全功率設計，按非正弦波的有功功率，無(wú)功功率，畸變功率和視在功率計算。主要參照標準IEEE1459-2010，國際上參考產(chǎn)品：GE公司的KV2CTM三相電表，具有畸變功率因數計量功能。

單相智能電表全功率設計，按正弦波的有功功率，無(wú)功功率和視在功率計算。

智能電表為何要采用全功率設計?

據大用戶(hù)現場(chǎng)抽測數據，60%的大用戶(hù)，三相電壓諧波含有率在5%以?xún)?，不超標。但是三相電流諧波含有率嚴重超標，就是說(shuō)大用戶(hù)的畸變功率分量很大，畸變功率因數很低，由畸變功率引起線(xiàn)損分量增長(cháng)?，F有的三相電能表不能正確反映出諧波功率影響量，無(wú)法為制定抑制諧波功率的電價(jià)政策提供計量數據。

單相智能電表采用全功率計算，可以考核有功功率與無(wú)功功率計算的正交性?，F有單相智能電表，只要求計量有功電能，不能反映居民小區無(wú)功功率分布，無(wú)功功率對配變臺區線(xiàn)損的影響。

智能電表采用全功率設計，可以保障計量數據可靠性。在某項計量數據因干擾丟失后，可以由表計進(jìn)行數據自補算。

二是，研究建立國產(chǎn)智能電表計量全性能指標體系，適應不同或復雜環(huán)境的計量需求。

根據IEC/國標靜止式電表標準，IR46電能電表國際建議的要求，參考國內“電網(wǎng)關(guān)口計量主表全性能研究”課題的初步研究成果，國產(chǎn)智能電表計量全性能指標體系，包括：

電壓回路臨界電壓由參比電壓的60%，拓展到參比電壓的20-30%。

電壓回路重新啟用開(kāi)關(guān)電源設計：

現有國網(wǎng)智能電表功能規范Q/GDW1354-2013標準規定：“臨界電壓，電能表能夠啟動(dòng)工作的最低電壓，此值為參比電壓的60%”。由此，國網(wǎng)智能電表電壓回路采用變壓器設計。從多年應用情況來(lái)看，變壓器設計工作穩定，但是表計低電壓工作范圍太窄，不適應三相四線(xiàn)制電路嚴重不對稱(chēng)運行的計量需求，過(guò)電壓承受能力較差，整表重量太重。

目前，國際上和出口的國產(chǎn)電表，大部采用電壓回路開(kāi)關(guān)電源設計，電壓工作范圍最低用于參比電壓的20-30%，整表重量很輕。10年前，國內電子式電表曾經(jīng)采用過(guò)開(kāi)關(guān)電源，主要問(wèn)題是開(kāi)關(guān)電源可靠性不高，電壓回路諧波含有率超標，價(jià)位相應偏高。這些問(wèn)題，經(jīng)過(guò)長(cháng)期的設計改進(jìn)，基本都已經(jīng)解決。

電流回路基本誤差曲線(xiàn)要平直，測繪從啟動(dòng)電流到1.2Imax(功率因數為1)的誤差曲線(xiàn)，考核該曲線(xiàn)誤差帶的寬度，誤差帶中線(xiàn)偏離表計誤差零軸線(xiàn)的距離要求。

極低負荷計量誤差曲線(xiàn)，參照IR46的要求，測繪由啟動(dòng)電流、最小電流到轉折電流的誤差曲線(xiàn)。

參考設計經(jīng)驗：

由威勝集團公司研究推出《復化Newton-Cotes積分算法在電能計量中的應用》，用以平直有功功率的電流基本誤差曲線(xiàn)技術(shù)。

平坦無(wú)功功率的電流基本誤差曲線(xiàn)方面，據電表專(zhuān)家在網(wǎng)上表述：威勝集團公司研究研發(fā)的瞬時(shí)點(diǎn)積無(wú)功功率算法，可以達到有功功率點(diǎn)積計量效果。

借鑒進(jìn)口高端電表低負荷計量技術(shù)，研究采用零磁通電流互感器。

0-360°功率因數(在參比電壓，參比電流下)誤差曲線(xiàn)要平坦。

據2009年有關(guān)計量部門(mén)測試：

90°±0.5°，進(jìn)口高端電表有功計量誤差最優(yōu)為±0.6%，最差為±3%，而國產(chǎn)高端電表有功計量誤差為±10%。

0°±0.5°，進(jìn)口高端電表無(wú)功計量誤差最優(yōu)為±0.7%，最高為±11%。國產(chǎn)高端電表有些無(wú)功計量數據不穩定。

為控制功率因數小于0.25特別是90°±0.5°時(shí)表計有功誤差，可參照威勝集團公司研究提出《一種高精度動(dòng)態(tài)的角差補償算法》技術(shù)。

引入組合最大誤差概念與評估方法。

IR46，建議由基本組合最大允許誤差評估，就是由基本最大允許誤差加上由影響量引起的誤差改變，用以考核表計整機計量性能。

組合最大誤差測試方法有2種：

假設組合最大誤差是有效的高斯分布，IR46推出組合最大誤差評估計算公式。

假設高斯分布不再有效，而影響量是一個(gè)矩形分布，另有組合最大誤差評估計算公式。

用電負荷功率因數需要統一算法。

大用戶(hù)的功率因數計算，涉及電網(wǎng)與大用戶(hù)之間“功率因數電費調整辦法”的正確、合理實(shí)施。

現有國網(wǎng)《智能電表功能規范Q/GDW1354-2013》標準，只提出“功率因數超下限”，“總功率因數超下限”2次事件記錄的規定，超下限閥值整定范圍為0.2-0.6。

三相大用戶(hù)的三相四象限功率因數算法較為復雜，目前還有爭議，國產(chǎn)智能電表標準需作統一規定。

分相功率因數算法。

正弦波下，功率因數等于有功電能除以“有功電能與無(wú)功電能”的方、和、根算法。

非正弦波下，功率因數等于有功電能除以視在電能(或電壓×電流的積分)算法。

三相總功率因數算法，需作專(zhuān)題討論。

三是，單相智能電表需要設計多個(gè)準確度等級，重新核定誤差極限。

現有國網(wǎng)《單相智能電表技術(shù)規范Q/GDW，1364-2013》規定，“單相智能電表準確度等級為有功2級。電能表誤差極限±1.0%(0.1Ib≤I≤Imax)，功率因數為1，出廠(chǎng)誤差應控制在誤差極限值的60%以?xún)?rdquo;。

國網(wǎng)擁有單相用戶(hù)35900萬(wàn)戶(hù)，單相智能電表準確度只有有功計量2級，不合適。

目前，城市居民每月最多用電量與農村居民最少用是要差60-100倍。同時(shí)，防竊電需從單相智能電表1千瓦時(shí)抓起。本文作者建議：國產(chǎn)單相智能電表需設計0.2、0.5、1、2級4個(gè)準確度等級，分別用于月用電量500千瓦時(shí)及以上、200千瓦時(shí)及以上、100千瓦時(shí)及以上、100千瓦時(shí)以下4類(lèi)單相用戶(hù)。

同時(shí)，0.2-1級單相智能電表，需設計典型日負荷曲線(xiàn)記錄，用于協(xié)助分析用戶(hù)用電量異常情況。

單相智能電表的誤差極限要求，需與表計準確度等級一致起來(lái)，比較合理。

四是，簡(jiǎn)化表計類(lèi)型，智能電表內置開(kāi)關(guān)容量提升到100安。

由國網(wǎng)智能電表功能規范與技術(shù)規范規定，1和2級智能電表具有表計類(lèi)型25個(gè)，開(kāi)關(guān)內置5(60A)/1.5(6)安，開(kāi)關(guān)外置10(100)安。

如將智能電表內置開(kāi)關(guān)提升到100安，可以去掉外置開(kāi)關(guān)這項分類(lèi)，1和2級智能電表類(lèi)型可以減少近50%，相應的減少表計庫存，簡(jiǎn)化智能電表安裝、更新作業(yè)程序。

國網(wǎng)智能電表標準將開(kāi)關(guān)內置訂在60安，額定值偏低。估計考慮大電流容易燒表，國產(chǎn)內置開(kāi)關(guān)品質(zhì)不過(guò)關(guān)兩個(gè)方面的因素。本文作者建議，要批量引進(jìn)國際上的120安內置開(kāi)關(guān)，倒逼國產(chǎn)內置開(kāi)關(guān)提升100安的產(chǎn)品質(zhì)量。關(guān)于大電流易發(fā)熱、引發(fā)計量故障，究其原因，大都是用鋁線(xiàn)或用的銅線(xiàn)材質(zhì)不良，表計接線(xiàn)端孔不圓或壓接結構有問(wèn)題。這些問(wèn)題，只要用心按規定選用線(xiàn)材，改進(jìn)表計端鈕盒設計，加強表計安裝質(zhì)量管理，都是不難解決。

五是，重點(diǎn)研究國產(chǎn)智能電表如何走上高品質(zhì)開(kāi)發(fā)臺階。

從智能電表可靠性預測技術(shù)熱點(diǎn)說(shuō)起。

近幾年，在國網(wǎng)智能電表集中招標中，智能電表可靠性預測報告是必須提供的投標文件。專(zhuān)業(yè)期刊經(jīng)?？侵悄茈姳砜煽啃灶A測與驗證試驗的文稿。

2016年6月，在銀川市召開(kāi)的《電網(wǎng)關(guān)口計量主表全性能研究》課題技術(shù)交流會(huì )議指出：

目前，國際上已經(jīng)形成較完整的電表可靠性預測標準。經(jīng)查證：智能電表可靠性預測的國標GB/T17215、941-2012/IEC62059-41：1996的重點(diǎn)：智能電表可靠性預測的應力模型，即參比條件下的失效率轉化為工作條件下失效率的元器件應力模型，主要參照IEC61709。同時(shí)元器件失效率數據的參考手冊，主要有西門(mén)子公司SN29500元器件失效率技術(shù)規范和IEC62380-2004可靠性數據手冊。

據蘭吉爾表計(珠海)公司、湖北省電科院《電子式電能表壽命估計與長(cháng)壽命電能表的應用》文稿敘述：

SN29500更適合電力電工、自動(dòng)化、儀器儀表行業(yè)對電子產(chǎn)品進(jìn)行可靠性評估，其數據的置信度獲得廣泛的認可，并作為IEC61709標準的基礎。

英國燃氣和電氣行業(yè)監管機構(OFGEM)是目前唯一依據SN29500標準對電能表和氣表等計量?jì)x表進(jìn)行可靠性評估與試驗的國際專(zhuān)業(yè)認證機構。主要做定時(shí)定數截尾可靠性環(huán)境模擬試驗，根據截止試驗時(shí)間和累計失效率，來(lái)驗證可靠性曲線(xiàn)在試驗壽命點(diǎn)上的理論數據的置信度。如可靠性試驗的結果與理論分析吻合，說(shuō)明該產(chǎn)品的壽命曲線(xiàn)是可信的。

早在2004年，蘭吉爾的英國分公司生產(chǎn)的5235A型5(100)A，1級電子式電表，由OFGEM頒發(fā)20年長(cháng)壽命證書(shū)。

據了解，目前國內智能電表可靠性預測應用研究，主要參照國標GB/T17215、941-2012/IEC62059-41：1996和GJB/Z299C，其組合應用水準與IEC61709和SN29500標準組合應用，還有較大的差別，基本迎合國內智能電表低價(jià)位、優(yōu)選普通電子元器件、具有中檔品質(zhì)的要求。關(guān)于智能電表有效壽命評估技術(shù)研究，還未見(jiàn)到相關(guān)的報道。

共同的行業(yè)擔當。從2005年起，國產(chǎn)電子式電表已經(jīng)統領(lǐng)國內電表市場(chǎng)，預計2016年國內將銷(xiāo)售智能電表9000萬(wàn)只左右，出口電表4700萬(wàn)只。但是，由于國產(chǎn)電表的計量性能特別是品質(zhì)因素和國際認證的低要求，國產(chǎn)高端電表難以進(jìn)入國際高端市場(chǎng)。由此，國產(chǎn)智能電表如何按高品質(zhì)設計與銷(xiāo)售，是電表行業(yè)創(chuàng )新發(fā)展的一項重點(diǎn)任務(wù)，更是電表企業(yè)、電網(wǎng)計量部門(mén)共同的行業(yè)擔當。

加快智能電表可靠性技術(shù)管理系統研究。

“十三五”期間，國產(chǎn)智能可靠性研究的重點(diǎn)，要由可靠性預測轉向可靠性技術(shù)管理系統研究，特別要關(guān)注中國電表企業(yè)電能表可靠性技術(shù)體系的研究與建設。

據了解，智能電表可靠性技術(shù)管理具有廣泛、深入的研究?jì)热?，主要包括智能電表現場(chǎng)數據，早期失效，產(chǎn)品可靠性設計，產(chǎn)品可靠性預測，表計可靠性考核，計量特性穩定性試驗等多個(gè)環(huán)節。

2016年6月，《電網(wǎng)關(guān)口計量主表全性能研究》課題技術(shù)交流會(huì )議提出：目前，智能電表可靠性重點(diǎn)抓緊的研究項目：

匯集并翻譯IEC62059系列標準引用電子設備可靠性領(lǐng)域相關(guān)國際標準12項，特別IEC61709和SN29500標準。

抓緊國產(chǎn)智能電表、終端元器件失效率數據庫的建設，要以SN29500標準為基線(xiàn)，將國產(chǎn)/進(jìn)口元器件失效率分檔次建庫引用。

按實(shí)用、可信、促進(jìn)表計品質(zhì)升級的原則，開(kāi)展智能電表可靠性預測與驗證測試兩類(lèi)(國際、國內)方法比較或互補的研究，選定優(yōu)化的智能電表預測典型方案。

進(jìn)而開(kāi)展智能電表有效壽命評估方法及驗證測試技術(shù)研究，建立具有權威的智能電表可靠性測試機構。

開(kāi)展智能電表計量特性穩定性試驗研究。

研究提出與實(shí)施中國電表企業(yè)電能表可靠性技術(shù)體系建設，目前包括：智能電表現場(chǎng)運行數據匯總，表計早期失效預防措施，產(chǎn)品可靠性設計(特別是降額設計、熱設計、容量設計)，產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、測試、包裝、運輸、安裝等環(huán)節質(zhì)量控制措施，表計可靠性加速試驗，表計有效壽命評估及驗證測試，表計計量特性穩定性試驗及表計可靠性標準系列、可靠性信息化網(wǎng)絡(luò )和表計制造全過(guò)程可靠性智能決策系統。

六是，繼續合作研究具有國際高端電表品質(zhì)水準的新型國產(chǎn)高端電表。

近期，《電測與儀表》刊登北京/洛陽(yáng)斯瑞埃爾公司推出的0.05級安裝式標準表，采用超高精度全硬件失量TDM乘法器，內置兩種精度小于0.0001%誤差計算器。其應用之一是用于電網(wǎng)關(guān)口表遠程校驗系統，替代電網(wǎng)關(guān)口副表對三相關(guān)口主表、大用戶(hù)表在線(xiàn)適時(shí)監測。

本文作者建議，將0.05級安裝式標準表，與電網(wǎng)關(guān)口主表、副表并列掛網(wǎng)運行，考核現有電網(wǎng)關(guān)口主表(進(jìn)口)、副表(國產(chǎn))的變差，為國產(chǎn)高端電表設計改進(jìn)提供24h計量變差數據。

2016年5月，本文作者的文稿《國產(chǎn)高端電表為何久久未能進(jìn)入電網(wǎng)關(guān)口計量主表地位?》，提出繼續合作研究國產(chǎn)高端電表如何進(jìn)入電網(wǎng)關(guān)口計量主表地位的具體做法：

現有電網(wǎng)關(guān)口計量主表全性能測試技術(shù)再研究。

計量性能測試技術(shù)，重點(diǎn)是計量穩定性考核方法，按IR46要求進(jìn)行極低負荷計量誤差定量測試及表計組合最大誤差計算。

電表可靠性技術(shù)，采用IEC61709和SN29500標準進(jìn)行表計可靠性預測研究應用。

進(jìn)口高端電表設計特征研究。

由省級電網(wǎng)電科院、大型電表企業(yè)和本文作者合作研究：參照進(jìn)口高端電表品質(zhì)水準，制定電網(wǎng)關(guān)口計量主表技術(shù)要求。

倡導電表行業(yè)向高端計量發(fā)展，大型電表企業(yè)與電網(wǎng)計量部門(mén)都要有行業(yè)擔當。大型電表企業(yè)要增加新型國產(chǎn)高端表開(kāi)發(fā)的人才與資金投入，研發(fā)出具有國際高端電表質(zhì)量水準的新型國產(chǎn)高端電表。電網(wǎng)計量部門(mén)要安排新型國產(chǎn)高端電表與進(jìn)口高端電表并列掛網(wǎng)運行，進(jìn)行表計比對測試、考核與設計改進(jìn)。期望新型國產(chǎn)高端電表早日進(jìn)入電網(wǎng)關(guān)口計量主表地位。