智能電表簡介

1、智能電表簡介文/李?，| 上海電氣集團股份有限公司中央研究院（200070）李?，|（1951年一）.男.高級工程師-畢業(yè)于工業(yè)自動化專必 長期從事計算機應(yīng)用 現(xiàn)服務(wù)于集團科 技戰(zhàn)睦研究工作、摘要：智能電表是由傳統(tǒng)電能表逐步發(fā)展起來的.它在智能電網(wǎng)中是重要的智 能終端。智能電表功能的擴充使得智能電表除了具有了雙向計量的基本功能以 外，還具有分時分類計量、雙向通信、多種控制的功能。智能電表的大量使用 將會使得智能電網(wǎng)的節(jié)能、高效、安全的性能得到更充分的體現(xiàn)。Abstract: Smart meter, evolving from watt-hour meter gradually, plays an

2、 important role of intelligent terminal in the intelligent electric grid Smart meter has the basic function of bidirectional measurement furthermore, time-sharing and classified measurement, bidirectional communication and multiple-control. Widely use of Smart meter will fully reflect its capability

3、 of energy saving, high performanee and safety.#No.3 2010#No.3 2010一. 序言智能電衣是智能電網(wǎng)的智能終端，它匕經(jīng)不是 傳統(tǒng)意義上的電能衣，智能電衣除了具備傳統(tǒng)電能 表基本用電星的計星功能以外，為了適應(yīng)智能電網(wǎng) 和新能源的使川它還具仃雙向多種費率計屋功能、 用戶端控制功能、多種數(shù)據(jù)傳輸模式的雙向數(shù)據(jù)通 信功能、防竊電功能等押能化的功能，押能電袤代 衣著木來節(jié)能型種能電網(wǎng)故終用戶種能化終端的發(fā) 展方向。隨看種能電網(wǎng)的H益發(fā)展，世界各國對干智能 化用戶終端的需求也H益増大，據(jù)統(tǒng)計，在未來5 年，隨肴智能電網(wǎng)在世界各國的建設(shè)，智能電衣

4、 在全球安裝的數(shù)量將高達2億只。同樣，在中國, 隨著國家堅強智能電網(wǎng)建設(shè)的進展，作為川門端的 智能電表的需求也會大幅度地增長,保守的預(yù)計, 市場將會仃L7億只左右的需求。美國政府為升級本 國電網(wǎng)的撥款中，就有一部分專門用于在未來3年 致使13%的美國家庭（1800萬門家庭）能裝上智能電 衣。在歐洲，意人利及瑞典匕經(jīng)完成先進計星基礎(chǔ) 設(shè)施的部畀，將所右書通電衣更換為智能電衣。法 國、西班牙、德國和英國預(yù)計在未來10年內(nèi)完成也 將完成智能電袤的全面推廣和應(yīng)用。二、傳統(tǒng)電能表簡介最傳統(tǒng)的用戶終端電能衣是電磁式的，安裝 在用戶端，用于計帚用戶的用電屋，計最單位為 度（kWh）。為了捉侶用電最的合理性分

5、配，鼓勵用戶在用 電的低谷期用電，任我國已經(jīng)逐步開始推廣使用分 時電表（如圖1），它具有簡單的分時計量功能, 也就是可以分為白夭和黑夜兩個區(qū)間分別計量,為 峰期和谷期的分別計費提供了依據(jù)。夜晚白天圖1分時電衣隨看數(shù)字化技術(shù)在電能衣中的應(yīng)用，電能衣的 功能逐步得到擴充，一批多功能的電能衣相繼誕 生。比如預(yù)付費電能衣就是應(yīng)用比較廣泛的電能衣 Z-O它通過預(yù)付費I為電能衣充值，然后按照當(dāng) 地的單位電價和用電星從偵存費用中扣除，預(yù)存費 被扣除為零時，電表將不為用戶提供電能除非你 再次充值。這種通過IC卡預(yù)付費的電能表也有稱 為“智能IC |：預(yù)付費電能衣”的，但它還不是真 正意義上的智能電衣（如圖2）

6、。除此之外，為了提高效率，減少上門抄衣吃閉 門第的的惡尬，也開始冇了一些具冇紅外抄衣和異 地抄衣功能的電能表（I知3）和防止竊電（圖4）等 擴充功能的冬功能電能衣問世。但這些冬功能的電 能衣也還是電能衣智能化的起步，勺真正意義卜.的 智能電表還有很大的差別。圖3圖4早在2007年12月初，國家發(fā)改委就發(fā)布了多功 能電能衣和多功能電能衣通信協(xié)議兩個行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)編號分別為“DUT 6142007”和“DDT 645-2007”。此外還有國家質(zhì)最監(jiān)督檢驗檢疫總局 和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會聯(lián)合發(fā)布的冬功能電能 農(nóng)特殊耍求（GB/T17215-301-2007）等國家標(biāo)準(zhǔn)。 到2009年10 J,國家

7、電網(wǎng)公司公布了智能電袤新標(biāo) 準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)對電衣在計星、費控、通信、功耗、電 子線路布線等技術(shù)指標(biāo)耍求均右了人福捉島，以 前對于微控制器MCU （Micro ControUer Umt）附加 功能山可選變成了必選項，耍求右更高的計算能力 DMIPS（Dhr stoue Million Instructions Per Second）以滿 足押能電衣的高性能耍求，耍求冇更大的存儲容雖 以滿足復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理需求：更多的輸入輸出I/O方 式以應(yīng)對勺H益増多的外部設(shè)備的對接?？梢姡N 能電衣是會有微控制器支持的比冬功能衣具有更冬 功能的一種智能終端。三、智能電表簡介智能電衣不同于一般的多功能衣電能衣，因

8、為它本身含有功能較強的微控制器（MCU）,所 以它就像一臺小型的電腦一樣，口動化和智能化 的功能更豐當(dāng)、更強大，通常它會具備以下的一 些主要功能。1雙向計就作為種能電網(wǎng)的用戶端，種能電表的主要功能 是為用戶提供一個電網(wǎng)的入戶接II,通過智能電衣 可以將安全、禹質(zhì)呈的電能輸送到用戶的用電設(shè)備 ko任新能源蓬勃發(fā)展的今夭，許冬分布式新能源 巳經(jīng)在用戶端得到了充分的使用,用戶自己產(chǎn)生的 清潔能源除了滿足川門口身的需耍以外會產(chǎn)生多余 的能量,也可以通過智能電表反饋到電網(wǎng)中去。所 以智能電表就耍具備雙向電能輸送和計星的功能。 在計量的過程中，因為有MCU的支持，可以方便地 實現(xiàn)智能電網(wǎng)供電系統(tǒng)內(nèi)精確、可

9、靠的電能管理。 它不僅可以簡單地實現(xiàn)分時傳理，用戶的用電情況 可以冇更多的分類，更清晰明。比如它除了可以 包含毎個月的用電量,而且還可以按H期、時間以 及按耗電的電器分類分別計帚不同的電費和電能使 用悄況。這就為電網(wǎng)高效節(jié)能管理提供有用的實 時信息。依據(jù)這些信息，管理方可以通過合理的手 段，為一些高耗能設(shè)備從川電禹峰時段轉(zhuǎn)到非川電 禹峰時段捉供優(yōu)恵折扣，實現(xiàn)錯峰避蜂用電，捉禹 電網(wǎng)的運行效率。2.雙向通信智能電點與智能電網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送都 離不開遠程迪訊，為此，智能電衣的遠程通信功能 就尤為車耍。智能電網(wǎng)中的智能變電站除了可以接 受智能電袤發(fā)出的用電信息以外，還可以向智能電 表發(fā)出調(diào)控信

10、息,因此,智能電表般要求具有雙 向的通信功能?？梢哉f通信功能是種能電衣的主要 功能之一。智能電衣與遠端的種能化變電站之間的通訊方 式可以有多種形式，如電力線路的載波通訊、無線 網(wǎng)絡(luò)通訊、通信網(wǎng)絡(luò)通訊以及借助其他專網(wǎng)的通訊 (如有線電視網(wǎng)絡(luò)等)。木來三網(wǎng)合一的發(fā)展，也 會為智能電衣的通訊帶來更大的方便。3 .控制功能智能電袤將會具備傳統(tǒng)的電能及和多功能電能 春所無法企及的對智能化家電設(shè)備的控制功能。押 能電衣的MCU可以帶仃強大的I/O接11,使得它可 以與更多的外部設(shè)備對接。借助遠程通信的功能. 用戶在異地通過計算機網(wǎng)絡(luò)、移動通訊設(shè)備對門己 家里的各類種能化用電設(shè)備進行遠程遙控、遙測將 會變成

11、現(xiàn)實。比如：對空調(diào)、洗衣機、電飯煲、電 熱水器、照明、電控窗簾和百葉窗等實現(xiàn)任遠端的 開關(guān)控制。當(dāng)任居家安裝了智能化安全系統(tǒng)以后， 通過智能電衣的遠程通信功能還町以實現(xiàn)異地的監(jiān) 控和報警。可以說智能電衣的功能也會不斷地擴 充，木來的智能電袤就可能成為一個智能化住宅 的控制中心(圖5) 圖5智能電&的應(yīng)川外智能電表的發(fā)展?fàn)顩r1.美國ADI公司美國模擬器件公 H1ADI (Analog Devices Inc ,) 是國際普名的IC設(shè)計公訶，公訶任禹性能模擬集成 電路(IC)、數(shù)字信號處理器(DSP)和微電子機 械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)領(lǐng)域居于業(yè)界領(lǐng)先地位，H- 產(chǎn)品在整個IC行業(yè)占據(jù)了甘卅人的份額

12、，他們的研 究方向代表了 IC設(shè)計的發(fā)展方向。2009年12J1,美國ADI公司宣布推出四款高粘 度電能計星IC,型號為ADE7878. ADE7868. ADE7858及ADE7854,可用于提高商業(yè)、匸業(yè)及 住宅智能電表的精度和性能。四欲產(chǎn)陽的進度達 到0.1%,可同時測最無功和有功功率。此外，其 中一款產(chǎn)貼還具備皋波電能測最功能，這對電能 質(zhì)屋監(jiān)測而言至關(guān)垂要。ADE7878、ADE7858 及ADE7854高稱度電能 計量IC為多相配置而設(shè)計,包括三線及四線、Y 型及型。除了能測星毎個相位和零線電能之 外，ADE7868及ADE7878還能監(jiān)測電能質(zhì)量參 數(shù).如SAG、峰值、周期、用度

13、測雖及相序等。另 外，ADE7868和ADE7878具備各種防竊電功能。2.美國總思氏爾半導(dǎo)體公討美闔的總思I：爾半導(dǎo)體(FreescaleSemiconductor, Inc,)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，為汽車、消費電 子、匸業(yè)控制和網(wǎng)絡(luò)市場設(shè)計并制造嵌入式半導(dǎo) 體產(chǎn)品。任全球擁何設(shè)計、研發(fā)、制造和銷售機 構(gòu)。E思k爾利用在嵌入式領(lǐng)域的專業(yè)知識,在 充分研究中國國網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)右關(guān)單相電農(nóng)設(shè)計耍求 的展礎(chǔ)上，飛思R爾推出了MZ系列8位微控制器 (MCU)芯片，集成了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256RB閃存。飛思R爾

14、根據(jù)中國國網(wǎng)新標(biāo)專門推出的64引腳 的單項電表用9S08MZ60、MZ96、MZ128MCU, 三項電表用51MZ256等產(chǎn)品，并已完成了樣 機制造。3.欣洲恩智浦半導(dǎo)體公訶總部位于荷蘭Eindhoven的世界前十大半導(dǎo)體公訶恩智浦半導(dǎo)體（NXP Semiconductors ）以其領(lǐng)先的射頻、模擬、電源管理、接I、安全和 數(shù)字處理方面的專長。產(chǎn)品應(yīng)用涉及汽車、智能 識別、無線基礎(chǔ)設(shè)施、照明、工業(yè)、移動、消費 和計算等領(lǐng)域。根據(jù)秤能電袤發(fā)展藍圖，NXP推出了基于ARMCortex的MCU解決方案LPC1700系列。LPC1700在種能電衣系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包括三相（多 功能）衣、單相復(fù)費率/冬功

15、能衣和冬功能終端。具體來看，LPC1700的主耍特點有：具有100MHz處理速度的ARMCortex-M3控制器、嵌長向 量中斷處理器、內(nèi)存保護單元、喚醒中斷處理器, 可以滿足各種優(yōu)先級中斷的口動喚醒，四種省電模 式：睡眠、深度睡眠、棹電、深度掉電。NXP智能電衣外圍采用了優(yōu)化設(shè)計，貝冇防竊電等多種功能，可使用作接觸式讀F技術(shù)完成 預(yù)付費。Jt種能MX安全解決方案中，可配冇牢內(nèi) 多計最表無線連接用ISM-band收發(fā)器，并冇多種 標(biāo)準(zhǔn)芯片可選，諸如SMPS （開關(guān)電源）芯片、低 功耗實施時鐘、顯示驅(qū)動器、小信號分立器件和 標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件等。4.徳Hrtn子公詢函門子口動抄衣信息系統(tǒng)（AMIS）

16、, ANIS利 用ADI公司的Blackfin處理器。西門子公司選擇了 Blackfin匯聚式處理器，這是因為該處理器具備同 時作為DSP和MCU進行無縫匸作的能力，特別適 合西門子AMIS的高處理和動態(tài)通信應(yīng)用耍求。 Blackfin處理器J1備處理儀衣級原始實時用電數(shù)據(jù) 以及實現(xiàn)儀表和電網(wǎng)之間通信的能力，可提供一 站式、低成本、易于配胃的解決方案。由于供電 公司的AMIS智能電衣的部畀范國不僅儀覆蓋本地 電網(wǎng)，因此西門子基于Blackfin的電衣部件還能按 本地或國家特何的不同通信標(biāo)準(zhǔn)方便地通過軟件 輕松升級。AMIS可以實現(xiàn)全電網(wǎng)范國的數(shù)據(jù)采集以及 電力公司、電網(wǎng)和用戶之間的通信。通過基

17、于 Blackfin處理器設(shè)i|的智能電衣器件，系統(tǒng)不儀可 以測星各個家庭的川電情況，還可以擴展到從發(fā) 電廠到用戶的幣個系統(tǒng)，AMIS對電網(wǎng)進行監(jiān)控并 將數(shù)據(jù)傳送給控制站。系統(tǒng)采用電力線技術(shù)來傳 送數(shù)據(jù)，AMIS還可用無線電、互聯(lián)網(wǎng)或本地交換 載波進行通訊?；贐lackfin的種能電衣不僅能夠滿足冃前的 設(shè)計要求，而H.還可以方便地實現(xiàn)F代能最管 理，為用戶提供可選的用電額度應(yīng)用作好準(zhǔn)備. AN4IS支持更多的新能源系統(tǒng)的采用，AMIS系統(tǒng)儀 衣可以控制從太陽能電池或者發(fā)電廠輸送的電能。五.國內(nèi)智能電表應(yīng)用前景國內(nèi)智能電農(nóng)大規(guī)模應(yīng)川即將啟動，國家電網(wǎng) 公司計劃在2010年智能電網(wǎng)第-階段的項n中大約 冇91億元用于智能電表、電衣采集終端及后臺系統(tǒng) 建設(shè)。押能電衣標(biāo)準(zhǔn)于近期12經(jīng)下發(fā)，2009年11J 國家電網(wǎng)公詞已經(jīng)心動了第一批智能電衣招標(biāo)，本 次招標(biāo)包侖二級單相遠程費控智能電能表680多萬 只，一級三相費控彎能電能表26萬只，招標(biāo)金瀕大 約13億尤。預(yù)計國網(wǎng)公司2015年前將全而建成用 電信息采集系統(tǒng)，居民用戶信息采集得到大規(guī)模應(yīng) 用,智能電表腹蓋率超過80%,用戶超過14億戶, 2020年智能電衣的黴蓋率將達到100%。作為應(yīng)川的先例