智能電表推進(jìn)智能電網(wǎng)智能化發(fā)展設(shè)計(jì)
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發(fā)布日期：2010-04-23 來源：
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? 由于“智能電網(wǎng)”可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好的目標(biāo)，也能給太陽能、風(fēng)能等新能源發(fā)電并網(wǎng)提供條件，可以推動(dòng)大眾和企業(yè)降低能耗、減少二氧化碳排放，世界各政府和企業(yè)對(duì)于建立智能電網(wǎng)來改進(jìn)電能分配和節(jié)約電能的需求不斷增大。在智能電網(wǎng)的發(fā)展中，因?yàn)橐獞?yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的電力峰值需求和提高運(yùn)營(yíng)效率，提升客戶服務(wù)的需求，同時(shí)還要考慮有關(guān)環(huán)境保護(hù)的要求等，電力公司需要推動(dòng)智能計(jì)量項(xiàng)目的開展，如今在全球范圍內(nèi)已經(jīng)在開始淘汰機(jī)電式電表，正在大規(guī)模推廣基于高級(jí)計(jì)量架構(gòu)(AMI)的雙向通信網(wǎng)絡(luò)。智能電表作為簡(jiǎn)易型家庭網(wǎng)關(guān)，被用于多種公用設(shè)施自動(dòng)抄表(AMR)和負(fù)荷管理。
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??? 分析人士指出，未來5年，隨著智能電網(wǎng)部署的增長(zhǎng)，智能電表在全球安裝的數(shù)量將高達(dá)2億只。在美國(guó)政府為升級(jí)本國(guó)電網(wǎng)的撥款中，有一部分用于使13%的美國(guó)家庭（約1800萬戶）在未來3年內(nèi)能裝上智能電表。在歐洲，意大利及瑞典已經(jīng)完成先進(jìn)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施（AMI）的部署，將所有普通電表更換為智能電表。法國(guó)、西班牙、德國(guó)和英國(guó)預(yù)計(jì)在未來10年內(nèi)完成先進(jìn)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施的部署。
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??? 2010年～2014年，中國(guó)將進(jìn)入智能電表更換高峰期。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司5年685億元的投資，業(yè)內(nèi)人士估計(jì)國(guó)家電網(wǎng)公司將采購(gòu)1.7億臺(tái)左右的AMR/AMI電表。其中75%是單項(xiàng)智能電表，25%是三項(xiàng)智能電表。預(yù)計(jì)今年國(guó)內(nèi)將更換3000萬臺(tái)到5000萬臺(tái)智能電表。
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??????????? 智能電表成為家庭網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)多種住宅控制功能（安全、報(bào)警等）
??????????? 以家庭為單位實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)電（太陽能、風(fēng)能）和配電 |
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??????????? 全球范圍淘汰機(jī)電式電表
??????????? 在歐美及中國(guó)大規(guī)模推廣基于高級(jí)計(jì)量架構(gòu)(AMI)的雙向通信網(wǎng)絡(luò)；發(fā)展中國(guó)家采用簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)
??????????? 智能電表作為簡(jiǎn)易型家庭網(wǎng)關(guān)，用于多種公用設(shè)施自動(dòng)抄表(AMR)和負(fù)荷管理 |
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??????????? 逐步以電子式計(jì)量表取代傳統(tǒng)機(jī)電式電表
??????????? 在美國(guó)和歐洲著手推廣基于AMR的單向通信網(wǎng)絡(luò) |
圖1智能電表系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)圖
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新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)MCU提出高要求
??? 日前，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司（"中國(guó)國(guó)網(wǎng)"）對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行了全新的規(guī)劃。據(jù)悉，該標(biāo)準(zhǔn)不僅對(duì)單相智能電表和三相智能電表的規(guī)格提出具體要求，還對(duì)智能電表的顯示、外觀結(jié)構(gòu)和安裝尺寸、材料及工藝等型式提出了細(xì)致的要求。
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??? ?“國(guó)家電網(wǎng)公司制定的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)走在了歐美各國(guó)的前面。”飛思卡爾半導(dǎo)體微控制器事業(yè)部亞太區(qū)市場(chǎng)部經(jīng)理曾勁濤表示，“雖然一些歐洲國(guó)家也曾經(jīng)出臺(tái)一些智能電表標(biāo)準(zhǔn)，但中國(guó)的國(guó)家電網(wǎng)公司的新標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是全球首個(gè)如此細(xì)化、功能要求如此之高的智能電表標(biāo)準(zhǔn)。”
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??? 此次智能電表新標(biāo)準(zhǔn)提出的技術(shù)要求非常高，為此，所有電表企業(yè)都需要重新設(shè)計(jì)方案。而對(duì)于電表MCU企業(yè)而言，新標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求也具有巨大的挑戰(zhàn)性。對(duì)比老標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電表在計(jì)量、費(fèi)控、通信、功耗、電子線路布線上均有更高要求。“為此，一些原先MCU的附加功能變成了必需的功能。”意法半導(dǎo)體大中國(guó)區(qū)MCU產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理James Wiart介紹說，“例如更高的計(jì)算能力(DMIPS)來滿足電表高性能的要求；更多的存儲(chǔ)器使更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理成為可能；更多的I/O以支持周邊器件，如SPI、I2C、智能卡、SUART以及RTC等。”?新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)智能電表技術(shù)性能提出高要求，這將引發(fā)智能電表制造業(yè)及相關(guān)芯片業(yè)的洗牌。
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MCU廠商積極布局智能電表
飛思卡爾力推最新MZ系列微控制器
??? 伴隨中國(guó)國(guó)網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)的推出，飛思卡爾半導(dǎo)體因應(yīng)市場(chǎng)需求推出專供中國(guó)國(guó)網(wǎng)應(yīng)用的新一代智能微控制器（MCU）MZ系列。這一系列MCU具備低成本和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，可實(shí)現(xiàn)靈活解決方案，飛思卡爾同時(shí)提供創(chuàng)新、便捷的參考設(shè)計(jì)，可謂是飛思卡爾為中國(guó)國(guó)網(wǎng)電表量身定做。該系列8位處理器芯片集成60KB、96KB或128KB閃存，提供64引腳LQFP封裝。MZ系列微控制器還提供32位處理器芯片，集成256KB閃存。MZ系列中的所有芯片都可以實(shí)現(xiàn)64引腳芯片完全兼容，用戶無需修改PCB布線就能進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)。所提供的一站式參考設(shè)計(jì)包含必要的硬件和軟件，完全符合中國(guó)國(guó)網(wǎng)電表新標(biāo)準(zhǔn)，可大大簡(jiǎn)化智能電表開發(fā)，加快產(chǎn)品上市速度。
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??? 飛思卡爾參考設(shè)計(jì)采用64K字節(jié)EEPROM為主，附設(shè)2M字節(jié)串行Flash 擴(kuò)充，滿足那些需要增強(qiáng)外圍設(shè)備、提高性能、增加存儲(chǔ)容量和改進(jìn)系統(tǒng)安全的應(yīng)用需要；在電源設(shè)計(jì)方面，MCU主板和前端計(jì)量板直接共地，交流供電和電池供電通過簡(jiǎn)單的二極管通路切換，交流供電及電池電壓可以直接送片上ADC進(jìn)行掉電檢測(cè)，可省去一般設(shè)計(jì)用于掉電檢測(cè)和電池檢測(cè)的電壓比較器；在實(shí)時(shí)時(shí)鐘方面，外置RTC芯片和MCU通過I2C總線控制，讀取時(shí)鐘參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)自身內(nèi)部時(shí)鐘的頻率校準(zhǔn)；在計(jì)量部分，采用外置計(jì)量芯片，MCU通過SPI總線對(duì)芯片進(jìn)行配置和數(shù)據(jù)讀取，MCU軟件配合來實(shí)現(xiàn)軟件校表，實(shí)現(xiàn)電流和電壓的零偏校準(zhǔn)。此外，在數(shù)據(jù)通訊方面，RS485通訊支持最高速率19200bps，而紅外抄表通訊可支持1200/2400bps，載波通訊基于片上硬件SCI模塊可實(shí)現(xiàn)MCU和載波模塊之間的9600bps串行通信。交流掉電后MCU進(jìn)入電池供電的低功耗休眠模式。通過內(nèi)部實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器定時(shí)喚醒，整個(gè)系統(tǒng)功耗可低于7uA。
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恩智浦完整智能電表方案應(yīng)對(duì)需求
??? 恩智浦在多年前就已經(jīng)布局智能電表領(lǐng)域，有專門的負(fù)責(zé)智能電表應(yīng)用的部門，提供全方位的解決方案，可以滿足日益增長(zhǎng)的需求。比如恩智浦為單相低成本電表、高端集抄設(shè)備以及負(fù)控終端設(shè)備提供電表芯片產(chǎn)品。除此之外，恩智浦還提供電表所需實(shí)時(shí)時(shí)鐘、顯示驅(qū)動(dòng)芯片、UART/I2C/SPI接口芯片、智能識(shí)別卡芯片、電源方案、邏輯芯片以及二極管/三極管等產(chǎn)品。恩智浦一直著重和多個(gè)生產(chǎn)智能電表的客戶共同進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和方案設(shè)計(jì)，為他們提供最貼身的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和技術(shù)支持，從LPC700、LPC900一直到現(xiàn)在的LPC1100微控制器，恩智浦的每一代產(chǎn)品都會(huì)根據(jù)市場(chǎng)和客戶的需求進(jìn)行改進(jìn)。
??? 恩智浦的智能電表方案，具有高性能、低功耗、防竊電等多種特點(diǎn)，并可以采用非接觸式讀卡技術(shù)和室內(nèi)多計(jì)量表無線連接用ISM-band收發(fā)器以及多種高性能標(biāo)準(zhǔn)芯片來整合不同的產(chǎn)品。
??? 針對(duì)智能電表系統(tǒng)中的三相(多功能)表、單相復(fù)費(fèi)率/多功能表和多功能終端，恩智浦推出了采用ARMCortex-M3內(nèi)核的微控制器LPC1700系列。LPC1700系列為業(yè)界性能最高的Cortex-M3微控制器，它執(zhí)行應(yīng)用程序代碼的速度比其他同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品平均快35%。當(dāng)LPC1700以較高時(shí)鐘速度運(yùn)行時(shí)，優(yōu)勢(shì)更加明顯。LPC1700目前已通過EEMBC72、100和120MHz認(rèn)證。速度和效能的提高主要?dú)w功于該微控制器的智能架構(gòu)、靈活的直接存儲(chǔ)訪問(DMA)和市場(chǎng)上最佳閃存的使用。LPC1700系列在同時(shí)操作以太網(wǎng)、USBOn-The-Go/Host/Device和CAN等高帶寬通信外設(shè)時(shí)，不會(huì)發(fā)生通信瓶頸。
??? 針對(duì)智能電表的無線抄表需求，恩智浦推出了基于LPC1768MCU的融合RFID的全新方案。
RFID/NFC連接
非接觸MIFARE ?讀卡機(jī) |
圖3? 恩智浦產(chǎn)品智能電表產(chǎn)品系列框圖
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NEC電子支持智能電表的8位微控制器
??? NEC電子近日完成了4款用于家用多功能智能電表的8位微控制器的開發(fā)，該4款新產(chǎn)品中，“78K0／LE3－M”的兩款產(chǎn)品主要面向中國(guó)等國(guó)家常用的單相2線式電表，外部引腳為64根；另外兩款“78K0／LG3－M” 產(chǎn)品主要面向日本、北美等國(guó)家常用的單相3線式電表，外部引腳為100根。預(yù)計(jì)將于2010年6月開始批量生產(chǎn)，到2011年，4款產(chǎn)品的生產(chǎn)單月生產(chǎn)規(guī)模共計(jì)將達(dá)到150萬個(gè)。
??? NEC電子此次推出的新產(chǎn)品不僅使用了高速、高精度的24位⊿Σ型ＡD轉(zhuǎn)換器，還內(nèi)置了能校正輸入信號(hào)偏差的校準(zhǔn)功能及電能計(jì)量等專用電路，可以幫助整機(jī)廠商減輕開發(fā)軟件的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)日本、歐洲、中國(guó)等電表標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的有功電能測(cè)量誤差 < 0.1%。該產(chǎn)品還集成了具有檢測(cè)停電及電流電壓峰值的電能品質(zhì)檢測(cè)電路、以及防止篡改累計(jì)電量的“防篡改(anti-tamper)電路”等功能，用單封裝的形式實(shí)現(xiàn)了智能電表所需的主要功能。
ADI助力智能電表? 發(fā)布高精度電能計(jì)量IC
??? 據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界已有超過2.25億塊電表采用了ADI公司的電能計(jì)量技術(shù)，ADI電力計(jì)量芯片以高品質(zhì)、高可靠性及高性能而享譽(yù)全球。作為電網(wǎng)設(shè)備制造商的一個(gè)關(guān)鍵供應(yīng)商，ADI公司新近成立了專門的能源部門，以滿足對(duì)電能計(jì)量、變電站自動(dòng)化、太陽能、風(fēng)能發(fā)電、能源存儲(chǔ)等一些新興應(yīng)用不斷增長(zhǎng)的技術(shù)需求。
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??? ADI日前推出4款高精度電能計(jì)量芯片：ADE7878、ADE7868、ADE7858和ADE7854，可用于提高商業(yè)、工業(yè)及住宅智能電表精度和性能。智能電表能精確地測(cè)量被消耗或產(chǎn)生的電量值，并與本地電力部門通信，實(shí)現(xiàn)電能監(jiān)測(cè)、計(jì)費(fèi)及其他功能。這4款芯片可用于開發(fā)智能電表，為電力公司提高用戶計(jì)費(fèi)精度，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的電能監(jiān)測(cè)，并減少運(yùn)營(yíng)成本。
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??? 能源部門總監(jiān)Ronn Kliger介紹說：“ADE78xx系列高精度電能計(jì)量芯片為多相配置而設(shè)計(jì)，包括三線和四線、Y型及△型。在總有功及無功功率的計(jì)量方面，精度和動(dòng)態(tài)范圍超過了電能表行業(yè)Class 0.2規(guī)范的要求。在1000：1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，能以0.1%的精度同時(shí)測(cè)量有功和無功功率；在3000：1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，能以0.2%的精度同時(shí)測(cè)量有功和無功功率。還可在1000：1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，位電流有效值和電壓有效值測(cè)量提供0.1%的精度。”
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??? 除了能測(cè)量每個(gè)相位和零線電能外，ADE7868和旗艦芯片ADE7878還能監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量參數(shù)，如SAG、峰值、周期、角度測(cè)量及相序等。ADE7878還具備基波功率測(cè)量功能，這對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。ADE7868和ADE7878可以在保持正常運(yùn)行的同時(shí)，具備各種防竊電功能，這可減少現(xiàn)場(chǎng)求助和電表檢修的時(shí)間。 ?
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