智能電表推進智能電網智能化發展設計
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發布日期：2010-04-23 來源：
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? 由于“智能電網”可實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好的目標，也能給太陽能、風能等新能源發電并網提供條件，可以推動大眾和企業降低能耗、減少二氧化碳排放，世界各政府和企業對于建立智能電網來改進電能分配和節約電能的需求不斷增大。在智能電網的發展中，因為要應對不斷增長的電力峰值需求和提高運營效率，提升客戶服務的需求，同時還要考慮有關環境保護的要求等，電力公司需要推動智能計量項目的開展，如今在全球范圍內已經在開始淘汰機電式電表，正在大規模推廣基于高級計量架構(AMI)的雙向通信網絡。智能電表作為簡易型家庭網關，被用于多種公用設施自動抄表(AMR)和負荷管理。
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??? 分析人士指出，未來5年，隨著智能電網部署的增長，智能電表在全球安裝的數量將高達2億只。在美國政府為升級本國電網的撥款中，有一部分用于使13%的美國家庭（約1800萬戶）在未來3年內能裝上智能電表。在歐洲，意大利及瑞典已經完成先進計量基礎設施（AMI）的部署，將所有普通電表更換為智能電表。法國、西班牙、德國和英國預計在未來10年內完成先進計量基礎設施的部署。
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??? 2010年～2014年，中國將進入智能電表更換高峰期。根據國家電網公司5年685億元的投資，業內人士估計國家電網公司將采購1.7億臺左右的AMR/AMI電表。其中75%是單項智能電表，25%是三項智能電表。預計今年國內將更換3000萬臺到5000萬臺智能電表。
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??????????? 智能電表成為家庭網關，實現多種住宅控制功能（安全、報警等）
??????????? 以家庭為單位實現智能化發電（太陽能、風能）和配電 |
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??????????? 全球范圍淘汰機電式電表
??????????? 在歐美及中國大規模推廣基于高級計量架構(AMI)的雙向通信網絡；發展中國家采用簡化網絡
??????????? 智能電表作為簡易型家庭網關，用于多種公用設施自動抄表(AMR)和負荷管理 |
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??????????? 逐步以電子式計量表取代傳統機電式電表
??????????? 在美國和歐洲著手推廣基于AMR的單向通信網絡 |
圖1智能電表系統發展藍圖
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新標準對MCU提出高要求
??? 日前，中國國家電網公司（"中國國網"）對智能電網進行了全新的規劃。據悉，該標準不僅對單相智能電表和三相智能電表的規格提出具體要求，還對智能電表的顯示、外觀結構和安裝尺寸、材料及工藝等型式提出了細致的要求。
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??? ?“國家電網公司制定的標準已經走在了歐美各國的前面。”飛思卡爾半導體微控制器事業部亞太區市場部經理曾勁濤表示，“雖然一些歐洲國家也曾經出臺一些智能電表標準，但中國的國家電網公司的新標準應該是全球首個如此細化、功能要求如此之高的智能電表標準?！?
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??? 此次智能電表新標準提出的技術要求非常高，為此，所有電表企業都需要重新設計方案。而對于電表MCU企業而言，新標準的技術要求也具有巨大的挑戰性。對比老標準，新標準對電表在計量、費控、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?！币夥ò雽w大中國區MCU產品市場經理James Wiart介紹說，“例如更高的計算能力(DMIPS)來滿足電表高性能的要求；更多的存儲器使更復雜的數據處理成為可能；更多的I/O以支持周邊器件，如SPI、I2C、智能卡、SUART以及RTC等。”?新標準對智能電表技術性能提出高要求，這將引發智能電表制造業及相關芯片業的洗牌。
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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
??? 伴隨中國國網新標準的推出，飛思卡爾半導體因應市場需求推出專供中國國網應用的新一代智能微控制器（MCU）MZ系列。這一系列MCU具備低成本和價格競爭力，可實現靈活解決方案，飛思卡爾同時提供創新、便捷的參考設計，可謂是飛思卡爾為中國國網電表量身定做。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現64引腳芯片完全兼容，用戶無需修改PCB布線就能進行產品升級。所提供的一站式參考設計包含必要的硬件和軟件，完全符合中國國網電表新標準，可大大簡化智能電表開發，加快產品上市速度。
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??? 飛思卡爾參考設計采用64K字節EEPROM為主，附設2M字節串行Flash 擴充，滿足那些需要增強外圍設備、提高性能、增加存儲容量和改進系統安全的應用需要；在電源設計方面，MCU主板和前端計量板直接共地，交流供電和電池供電通過簡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進行掉電檢測，可省去一般設計用于掉電檢測和電池檢測的電壓比較器；在實時時鐘方面，外置RTC芯片和MCU通過I2C總線控制，讀取時鐘參數，可實現單片機自身內部時鐘的頻率校準；在計量部分，采用外置計量芯片，MCU通過SPI總線對芯片進行配置和數據讀取，MCU軟件配合來實現軟件校表，實現電流和電壓的零偏校準。此外，在數據通訊方面，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模塊可實現MCU和載波模塊之間的9600bps串行通信。交流掉電后MCU進入電池供電的低功耗休眠模式。通過內部實時計數器定時喚醒，整個系統功耗可低于7uA。
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恩智浦完整智能電表方案應對需求
??? 恩智浦在多年前就已經布局智能電表領域，有專門的負責智能電表應用的部門，提供全方位的解決方案，可以滿足日益增長的需求。比如恩智浦為單相低成本電表、高端集抄設備以及負控終端設備提供電表芯片產品。除此之外，恩智浦還提供電表所需實時時鐘、顯示驅動芯片、UART/I2C/SPI接口芯片、智能識別卡芯片、電源方案、邏輯芯片以及二極管/三極管等產品。恩智浦一直著重和多個生產智能電表的客戶共同進行技術研發和方案設計，為他們提供最貼身的產品設計和技術支持，從LPC700、LPC900一直到現在的LPC1100微控制器，恩智浦的每一代產品都會根據市場和客戶的需求進行改進。
??? 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，并可以采用非接觸式讀卡技術和室內多計量表無線連接用ISM-band收發器以及多種高性能標準芯片來整合不同的產品。
??? 針對智能電表系統中的三相(多功能)表、單相復費率/多功能表和多功能終端，恩智浦推出了采用ARMCortex-M3內核的微控制器LPC1700系列。LPC1700系列為業界性能最高的Cortex-M3微控制器，它執行應用程序代碼的速度比其他同類競爭產品平均快35%。當LPC1700以較高時鐘速度運行時，優勢更加明顯。LPC1700目前已通過EEMBC72、100和120MHz認證。速度和效能的提高主要歸功于該微控制器的智能架構、靈活的直接存儲訪問(DMA)和市場上最佳閃存的使用。LPC1700系列在同時操作以太網、USBOn-The-Go/Host/Device和CAN等高帶寬通信外設時，不會發生通信瓶頸。
??? 針對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。
圖3? 恩智浦產品智能電表產品系列框圖
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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，該4款新產品中，“78K0／LE3－M”的兩款產品主要面向中國等國家常用的單相2線式電表，外部引腳為64根；另外兩款“78K0／LG3－M” 產品主要面向日本、北美等國家常用的單相3線式電表，外部引腳為100根。預計將于2010年6月開始批量生產，到2011年，4款產品的生產單月生產規模共計將達到150萬個。
??? NEC電子此次推出的新產品不僅使用了高速、高精度的24位⊿Σ型ＡD轉換器，還內置了能校正輸入信號偏差的校準功能及電能計量等專用電路，可以幫助整機廠商減輕開發軟件的負擔，實現日本、歐洲、中國等電表標準中規定的有功電能測量誤差 < 0.1%。該產品還集成了具有檢測停電及電流電壓峰值的電能品質檢測電路、以及防止篡改累計電量的“防篡改(anti-tamper)電路”等功能，用單封裝的形式實現了智能電表所需的主要功能。
ADI助力智能電表? 發布高精度電能計量IC
??? 據統計，全世界已有超過2.25億塊電表采用了ADI公司的電能計量技術，ADI電力計量芯片以高品質、高可靠性及高性能而享譽全球。作為電網設備制造商的一個關鍵供應商，ADI公司新近成立了專門的能源部門，以滿足對電能計量、變電站自動化、太陽能、風能發電、能源存儲等一些新興應用不斷增長的技術需求。
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??? ADI日前推出4款高精度電能計量芯片：ADE7878、ADE7868、ADE7858和ADE7854，可用于提高商業、工業及住宅智能電表精度和性能。智能電表能精確地測量被消耗或產生的電量值，并與本地電力部門通信，實現電能監測、計費及其他功能。這4款芯片可用于開發智能電表，為電力公司提高用戶計費精度，實現更高級的電能監測，并減少運營成本。
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??? 能源部門總監Ronn Kliger介紹說：“ADE78xx系列高精度電能計量芯片為多相配置而設計，包括三線和四線、Y型及△型。在總有功及無功功率的計量方面，精度和動態范圍超過了電能表行業Class 0.2規范的要求。在1000：1的動態范圍內，能以0.1%的精度同時測量有功和無功功率；在3000：1的動態范圍內，能以0.2%的精度同時測量有功和無功功率。還可在1000：1的動態范圍內，位電流有效值和電壓有效值測量提供0.1%的精度。”
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??? 除了能測量每個相位和零線電能外，ADE7868和旗艦芯片ADE7878還能監測電能質量參數，如SAG、峰值、周期、角度測量及相序等。ADE7878還具備基波功率測量功能，這對電能質量監測至關重要。ADE7868和ADE7878可以在保持正常運行的同時，具備各種防竊電功能，這可減少現場求助和電表檢修的時間。 ?
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