全球化趨勢加速智能電表技術(shù)突破

作者/ 王瑩 王金旺 《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要：隨著(zhù)“中國制造”的影響力不斷提升，無(wú)論是加工工藝還是生產(chǎn)成本，中國市場(chǎng)成了全球智能電表競爭、生產(chǎn)的第一戰場(chǎng)，相當一部分國內頂尖表廠(chǎng)紛紛走出國門(mén)。商業(yè)的全球化勢必也會(huì )帶來(lái)技術(shù)的統一，同時(shí)也進(jìn)一步推動(dòng)著(zhù)電表技術(shù)的不斷進(jìn)步和突破。

智能電表市場(chǎng)發(fā)展

　　從國內市場(chǎng)來(lái)看，過(guò)去幾年在國網(wǎng)對于智能電表與用電信息采集系統建設的推動(dòng)下，國內智能電表市場(chǎng)需求量不斷走高，并于2015年達到峰值。而隨著(zhù)該項目逐漸進(jìn)入收尾階段，全國智能電表的總需求量將迎來(lái)低谷，預計到2017年年底，用電信息采集系統將實(shí)現全覆蓋，屆時(shí)全國智能電表的市場(chǎng)供過(guò)于求的現象將愈發(fā)明顯。

　　但是，國際法制計量組織頒布的電能表國際建議IR46新的修訂工作正在進(jìn)行，該項工作將對我國智能電表產(chǎn)品的未來(lái)發(fā)展路線(xiàn)產(chǎn)生較大影響，再加上我國早期上網(wǎng)運行的智能電表將迎來(lái)分批次的產(chǎn)品更新?lián)Q代，2018年之后我國智能電表市場(chǎng)將有望迎來(lái)回暖，而新一代智能電表在智能化、模塊化等方面的不斷升級，也將進(jìn)一步推動(dòng)產(chǎn)品更新的進(jìn)程。

　　技術(shù)發(fā)展趨勢

　　隨著(zhù)國網(wǎng)對于“雙芯”智能電表需求的進(jìn)一步加大，新一代國網(wǎng)表在法制計量功能與非計量功能上要保持相互獨立，其中計量芯需要通過(guò)法治認證，保證在非計量功能和其他系統軟件升級、故障等情況下能夠獨立運行，并確保不影響計量準確度、穩定性和數據可追溯。而雙芯將直接通過(guò)spi接口進(jìn)行數據交換，利用表內搭載的可升級管理芯，幫助政府、用電企業(yè)、節能公司、平臺運營(yíng)商、售電公司等行業(yè)組成部分獲取優(yōu)質(zhì)用電數據，解決智能電表在實(shí)際使用過(guò)程中的問(wèn)題，并推進(jìn)我國電能使用的進(jìn)一步優(yōu)化管理。

　　相關(guān)公司的發(fā)展

　　在國內電表公司中，杭州海興電力科技股份有限公司在2016年呈現黑馬之勢。該公司在2016年國網(wǎng)第二輪電表采購招標中以13219.7461萬(wàn)元的中標金額力壓威勝集團、林祥能源、華立科技等知名企業(yè)位列第二名，僅次于寧波三星醫療電氣股份有限公司。相較2015年排名第十七位，公司于2016年首次招標中躍居第五位，本次招標更是高居第二位，進(jìn)步幅度驚人，與此同時(shí)，該公司于2016年11月正式掛牌上市上海證券交易所A股主板，主動(dòng)借力資本市場(chǎng)，募集資金總額超過(guò)20億元。資本市場(chǎng)與下游需求的雙向助力，將使海興電力在市場(chǎng)整體疲軟的大背景下保持較為良好的發(fā)展勢頭。

全球化趨勢加速智能電表技術(shù)發(fā)展

　　電能表是用來(lái)測量電能的儀表，又稱(chēng)電度表，指測量各種電學(xué)量的儀表。近10年來(lái)，中國本土的智能電表進(jìn)行了大規模的安裝，這十年也是質(zhì)量提高、技術(shù)積累、不斷創(chuàng )新的十年。

　　但不得不提的是隨著(zhù)“中國制造”的影響力不斷提升，無(wú)論是加工工藝，還是生產(chǎn)成本，中國市場(chǎng)成了全球智能電表競爭、生產(chǎn)的第一戰場(chǎng)，相當一部分國內頂尖表廠(chǎng)紛紛走出國門(mén)。

　　商業(yè)的全球化勢必也會(huì )帶來(lái)技術(shù)的統一。在未來(lái)的10年里，智能電表技術(shù)可能會(huì )朝著(zhù)以下幾個(gè)主要方面發(fā)展：

　　1.高集成度的芯片，通常我們所說(shuō)的電能計量SoC(片上系統)如果既能降低成本，又使設計簡(jiǎn)潔，就是一個(gè)很好的平臺。它集成了豐富的外設，比如高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘、高精度功率計量、優(yōu)化的電源管理模塊等;

　　2.多通道通訊，通訊是電表“智能”的保障，各種數據交換、購電、抄表都依賴(lài)于通訊，只有滿(mǎn)足且支持多路通訊，才能使電能表處在一個(gè)穩定、高效的工作狀態(tài);

　　3.越來(lái)越高的數據處理能力，但要求越來(lái)越低的能耗，綠色環(huán)保是永恒的追求;

　　4.更好的人機互動(dòng)，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )時(shí)代的來(lái)臨，尤其是物聯(lián)網(wǎng)的到來(lái)，我們相信電表將從傳統的被動(dòng)電能計量裝置轉變?yōu)槟芨鄥⑴c用電控制的家庭網(wǎng)關(guān);

　　5.全球化的趨勢，針對各個(gè)地區的不同環(huán)境，智能電表在負載特性、絕緣要求、機械特性、使用環(huán)境、氣候等方面設計及測試也要進(jìn)行重新考慮。

　　智能電表作為瑞薩全球的重點(diǎn)應用，目前推出了一款高集成度的電能計量SoC——RL78/I1，其具備以下特點(diǎn)：

　　1.基于DSAD技術(shù)的4通道計量;

　　2.高精度帶溫補的RTC;

　　3.優(yōu)秀的電源管理模塊，備有三套獨立的供電系統：VCC、VBAT和VRTC;

　　4.支持極度苛刻的EMC要求;

　　5.可實(shí)現三相電能計量功能;

　　6.系列化的產(chǎn)品，從64~100pin，64~256K滿(mǎn)足客戶(hù)的選型需求。

解決智能電表的實(shí)時(shí)監測評估問(wèn)題

　　智能電表實(shí)時(shí)監測評估

　　隨著(zhù)智能電表在全球范圍內日益廣泛的應用，越來(lái)越多的智能電表將會(huì )在現場(chǎng)安裝運行。在現有的智能電表架構下，由于技術(shù)上缺乏對由器件參數變化、環(huán)境變化、人為篡改等各種原因造成的誤差性能變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監測的有效手段，因而只能依靠在電能表日常運維方式上采用抽檢、輪換等方式來(lái)確保電能表的現場(chǎng)性能。一方面，電能表的抽檢涉及到安裝、拆除、檢測等多個(gè)環(huán)節，造成了大量的管理維護成本，且覆蓋面有限、實(shí)施周期長(cháng);另一方面，電能表的定期輪換策略無(wú)法針對電能表當前的實(shí)際性能進(jìn)行區別對待，既增加了資產(chǎn)成本，又造成了一定程度的資源浪費。因此，如何從技術(shù)上對智能電表在全生命周期內的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監測評估，從而為智能電表的生產(chǎn)、安裝、運行、維護等各個(gè)環(huán)節提供數據支撐和指導意見(jiàn)，成為電能表行業(yè)普遍關(guān)注的問(wèn)題之一。

　　CT作為最為常用的電流傳感器類(lèi)型之一，由于具備線(xiàn)性度好、功耗低、隔離等優(yōu)點(diǎn)，在電能表，特別是三相表中被廣泛采用。但隨著(zhù)現場(chǎng)使用環(huán)境及負載類(lèi)型的日益復雜，特別是外部強磁干擾、直流分量、沖擊負荷等影響的存在，對電能表的設計提出了新的挑戰，因此尋找特定情況下更為適合的電流傳感器替代方案也成為業(yè)內廠(chǎng)家共同探索的焦點(diǎn)。

　　ADE9153系列計量芯片

　　ADI公司新近推出了基于mSureTM專(zhuān)利技術(shù)的電能計量芯片ADE9153系列，旨在解決電能表現場(chǎng)運行時(shí)的實(shí)時(shí)誤差監測功能。在不影響計量性能的前提下，芯片內置的誤差監測功能模塊可以對整表的誤差參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。結合智能電表已有的通信功能，誤差數據可以主動(dòng)上報(通信協(xié)議支持的情況下)或者定期查詢(xún)，主站系統可以基于單表數據或者海量電表誤差數據進(jìn)行進(jìn)一步地分析和診斷。

　　與此同時(shí)，ADI結合專(zhuān)利的磁隔離iCoupler和isoPower技術(shù)，提供了多種用于替代電流互感器的三相電能表方案，其中包括已經(jīng)批量生產(chǎn)的ADE7978+ADE7932系列產(chǎn)品及正在研發(fā)中的后續產(chǎn)品。

國家電網(wǎng)第三階段智能電表的相關(guān)技術(shù)完善

　　國家電網(wǎng)從2009年開(kāi)始建設“統一智能堅強”電網(wǎng)以來(lái)，已經(jīng)經(jīng)歷了規劃試點(diǎn)的第一階段和全面建設的第二階段，通過(guò)技術(shù)規范的指定、試點(diǎn)和特高壓，配電網(wǎng)的建設初步形成了智能電網(wǎng)的運行控制和互動(dòng)系統。2016~2020年屬于引領(lǐng)提升的第三階段，此時(shí)需要完善電網(wǎng)的資源配置能力、安全水平和運行效率，并進(jìn)一步提高電網(wǎng)和能源與用戶(hù)之間的互動(dòng)以實(shí)現電網(wǎng)的信息化、自動(dòng)化和互動(dòng)化。

　　智能電表作為其主要基礎設備，將在以下三方面有重大變化。首先，針對目前現場(chǎng)運行電表中存在的時(shí)鐘及運行異常問(wèn)題，將當前單相智能電表更改為電池可更換智能電表;其次，將通信協(xié)議從DL/T 645改為DL/T 698，以提高通訊效率和數據擴展性;最后，智能電表為對應國際法制計量組織的IR46標準將會(huì )把計量模塊和其他模塊分開(kāi)。

　　ROHM的智能電表相關(guān)應用

　　目前以藍碧石半導體(LAPIS Semiconductor,ROHM集團旗下公司)專(zhuān)利產(chǎn)品晶振內置的ML610Q496為主控芯片，配上周邊的LCD驅動(dòng)BU9792、電源的BU9677、EEPROM及二三極管等分立器件的方案取得了南方電網(wǎng)60%，國家電網(wǎng)30%份額的不俗表現。ML610Q496以其高精度高可靠性和易用性減輕了客戶(hù)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)補償時(shí)間在客戶(hù)端以及現場(chǎng)運行端均表現出色，獲得了客戶(hù)一致好評。