全球化趨勢加速智能電表技術(shù)突破

　　面對單相三相以及海外不同的市場(chǎng)需求，藍碧石半導體繼承晶振內置特色技術(shù)上，加入了電源分離功能，升級了內核，變成了全新的ML630Q8xx系列。全系列采用Cortex-M0+內核， FALSH從256K到512K，RAM從24K到64K可選，可實(shí)現RTC獨立供電，且系統能夠直接進(jìn)行硬件補償，無(wú)需軟件干預，大大減輕了客戶(hù)系統設計時(shí)的負擔，同一內核產(chǎn)品線(xiàn)也方便客戶(hù)在不同項目之間進(jìn)行移植。另外，考慮到國內電表廠(chǎng)商在幾輪整合下綜合實(shí)力不斷提升后也逐步加快了海外市場(chǎng)的開(kāi)拓，因此，在新系列當中也增加了GCM-AES加密功能。

　　周邊器件方面，LCD驅動(dòng)BU9792最高時(shí)占有市場(chǎng)70%以上份額，目前的COG方案也已實(shí)現量產(chǎn)并進(jìn)入到客戶(hù)評估階段。

　　今后IR46需要點(diǎn)陣的話(huà)ROHM集團也有充分的技術(shù)儲備來(lái)及時(shí)對應。小無(wú)線(xiàn)通信方面，藍碧石半導體也在積極開(kāi)發(fā)適合中國市場(chǎng)的產(chǎn)品。

　　ROHM集團還對整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行了升級，產(chǎn)能大大進(jìn)行了提升，今后也將持續穩定地為客戶(hù)提供高品質(zhì)的產(chǎn)品。

智能電表要求高性能、高集成度

   智能電表技術(shù)趨勢

　　智能電表作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，正在全球范圍內大量部署。一方面，高級表計架構(AMI)、大數據、物聯(lián)網(wǎng)、新能源等對智能電表提出越來(lái)越復雜的功能和安全性需求;另一方面，巨量的基礎設施建設對部署及運維成本、質(zhì)量提出了挑戰。

　　ST智能電網(wǎng)項目市場(chǎng)應用經(jīng)理李曉先稱(chēng)，我們認為技術(shù)發(fā)展趨勢大致有：

　　1.高性能的載波、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù): 電表需要高速度、高可靠性網(wǎng)絡(luò )來(lái)支撐智能業(yè)務(wù)及系統自維護性需求，同時(shí)需要標準化、全面互操作性降低部署成本。以G3、PRIME、Meters&More為代表的電力線(xiàn)載波(PLC)國際標準，經(jīng)過(guò)長(cháng)期發(fā)展和批量使用，正被全球市場(chǎng)越來(lái)越多地采用。

　　2.資源豐富的能源管理平臺：智能電表將實(shí)現更復雜的能源管理協(xié)議，具備更多可靠性、自維護性功能，并在未來(lái)適應光伏并網(wǎng)、汽車(chē)充電、智能家庭等更多應用場(chǎng)景。這需要電表平臺既具有強大的計算/存儲能力，又具備廣泛的開(kāi)發(fā)資源支持。

　　3.高集成度、SoC化：組件方面將更傾向SoC技術(shù)滿(mǎn)足功能和成本的要求，減少BOM數量，提升產(chǎn)品質(zhì)量。相應的產(chǎn)品可以更緊湊簡(jiǎn)潔，降低安裝成本和復雜度。

　　ST智能電表芯片及平臺

　　ST為智能電表提供從工程師熟悉的STM32/STM8系列微控制器、ST75xx系列載波調制解調器、SPIRIT1無(wú)線(xiàn)調制解調器、STPM系列計量芯片、VIPER/Altair系列電源管理器、EEPROM存儲器，到時(shí)鐘管理、接口驅動(dòng)、系統保護、數據安全等全系列芯片支持。其中，在電力線(xiàn)通信方面，其ST75xx電力線(xiàn)Modem在單芯片上完成全部高性能調制解調、網(wǎng)絡(luò )管理和功率驅動(dòng)，被大量使用在全球智能電表及光伏、路燈等工業(yè)場(chǎng)景。針對市場(chǎng)對性能、成本與可靠性的要求，ST推出高集成度的STCOMET SoC平臺，單片包含Cortex-M4內核、多協(xié)議全功能PLC調制解調，1:5000范圍內誤差小于0.1%的多通道計量，以及豐富的引腳、外設和加密硬件。其強大的軟調制使廠(chǎng)商可以在同一電表硬件上切換不同的通信協(xié)議類(lèi)型與版本。STCOMET支持全部主流國際載波標準，為多市場(chǎng)、多類(lèi)型智能電表提供單一解決方案。ST同時(shí)提供只包含載波部分的STCOM芯片，支持不同開(kāi)發(fā)模式及應用場(chǎng)景。

　　智能電表的體系化、模塊化和一體化

　　智能電能表的產(chǎn)業(yè)體系化

　　智能電網(wǎng)已經(jīng)成為當今世界電力系統發(fā)展變革的最新動(dòng)力。智能電能表作為智能電網(wǎng)建設的重要基礎設備，加快其發(fā)展對于電網(wǎng)實(shí)現信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化具有重要支撐作用。智能電能表結構和功能的設計，智能電能表的專(zhuān)業(yè)化制造，智能電能表產(chǎn)業(yè)化的推廣，智能電能表的售后維護，新技術(shù)的開(kāi)發(fā)等，這些生產(chǎn)環(huán)節必須要進(jìn)行合理化的管理，要結合其他產(chǎn)業(yè)的相關(guān)經(jīng)驗進(jìn)行經(jīng)營(yíng)管理。

　　智能電能表的功能模塊化

　　當前電能表方案普遍采用功能一體化設計。電能表計量模塊的性能容易受到其他部分軟硬件設計的影響;而其他功能的損壞或失效容易累及電能表的計量部分。因此，電能表一旦出現故障，只能進(jìn)行整表更換，以保障電力計量工作的順利進(jìn)行。這勢必增加了智能電能表的維護成本，也造成了嚴重的資源浪費。如果實(shí)現智能電能表的模塊化設計，就可以根據故障點(diǎn)，只對相應的故障模塊進(jìn)行更換。這將大大降低地市電力公司的日常維護成本。

　　為了防止電能表程序遭到篡改，保證電能表計量功能的安全可靠，國家電網(wǎng)公司不允許電能表進(jìn)行軟件的在線(xiàn)升級。隨著(zhù)智能電能表在我國的全面鋪開(kāi)，很多問(wèn)題和需求涌現出來(lái)。為了解決舊問(wèn)題，滿(mǎn)足新需求，國網(wǎng)公司只能通過(guò)修改標準的方式進(jìn)行重新招標。各地市公司只能將所有已鋪設的電能表進(jìn)行拆除，更換成新的電能表。這種更新?lián)Q代方式不但周期長(cháng)、成本高，還造成了大量的資源浪費，給國網(wǎng)公司帶來(lái)了極大的成本壓力和施工壓力。如果實(shí)現智能電能表的模塊化設計，就可以將電能表的計量部分和非計量部分設計成獨立的功能模塊。對非計量部分的功能模塊進(jìn)行軟硬件的升級，并不會(huì )對核心的計量部分造成影響。這不僅保證了電能表計量功能的安全可靠，還滿(mǎn)足了居民用電過(guò)程中不斷變化的功能需求。

智能電能表的接口一體化

　　電能表從老式的機械表到智能電能表演變過(guò)程涵蓋了電能表接口一體化的過(guò)程。目前智能電能表僅國家電網(wǎng)范圍內每年招標六千萬(wàn)只左右，數目是龐大的，涉及上百家表廠(chǎng)、芯片提供商、端口提供商，從研發(fā)設計到生產(chǎn)調試，再到現場(chǎng)安裝使用，如果沒(méi)有統一的標準將耗費巨大物力和人力，對于電力公司將增加巨大檢測成本，管理成本。對電力用戶(hù)來(lái)說(shuō)種類(lèi)繁多的接口也勢必影響使用體驗度和應用安全性。具有一體化接口的智能電能表實(shí)現了研發(fā)設計的標準化、生產(chǎn)檢定的自動(dòng)化、庫房管理的標準化、實(shí)施安裝的統一化、抄讀付費的信息化。另外隨著(zhù)水、電、氣、熱四表集抄方案的推進(jìn)，及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用，接口一體化的智能電能表是適應信息時(shí)代的產(chǎn)物，符合智能硬件的智能化和信息化的特點(diǎn)，符合萬(wàn)物互聯(lián)的市場(chǎng)需求。

　　智芯微電子助力電力芯片國產(chǎn)化

　　北京智芯微電子科技有限公司定位于以芯片技術(shù)為核心支撐的整體解決方案提供商，主導電力專(zhuān)用芯片設計，重點(diǎn)支撐智能電網(wǎng)發(fā)、輸、變、配、用、調度等各個(gè)環(huán)節，穩步拓展環(huán)保排污、軌道交通、石油石化、汽車(chē)電子、鋼鐵冶金等工業(yè)領(lǐng)域應用需求;通過(guò)開(kāi)展技術(shù)創(chuàng )新、應用創(chuàng )新、人才團隊建設，有力推動(dòng)了電力芯片國產(chǎn)化進(jìn)程。

滿(mǎn)足智能電表高要求的電表雙模通信方案

　　雙模通信方案將得以應用

　　東軟載波的資料顯示，國內的智能電網(wǎng)建設已邁入了第7個(gè)年頭，國網(wǎng)公司的“全覆蓋、全采集、全費控”的建設目標正在逐步實(shí)現，同時(shí)國網(wǎng)公司還在積極推進(jìn)雙向互動(dòng)、四表(水電氣熱)合一等新業(yè)務(wù)的應用，這也促進(jìn)了集抄通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和更新?lián)Q代，因為傳統的電力線(xiàn)窄帶載波通信技術(shù)雖然能滿(mǎn)足一般電量采集的功能要求，但是在遠程費控、多表合一采集等方面，由于其對通訊實(shí)時(shí)性和大數據量采集的功能要求較高，因而顯得有點(diǎn)力不從心。所以近幾年雙模通信方案、寬帶載波通信方案得到了越來(lái)越多的應用。

　　國外智能電網(wǎng)建設進(jìn)展不盡相同，大部分國家仍處在機械表向智能表改造這一階段。國內電表及方案廠(chǎng)家在我國智能電網(wǎng)改造中積累了大量經(jīng)驗，也有很多成熟先進(jìn)的產(chǎn)品，這是我們走出去的機會(huì )。

　　目前低壓集抄的通信方案仍以電力線(xiàn)窄帶載波為主，載波通信效果受電網(wǎng)環(huán)境影響較大，不同國家在電網(wǎng)建設、電器設備的接入和使用等有較大差異，從而導致了電網(wǎng)環(huán)境的千差萬(wàn)別。對于電網(wǎng)環(huán)境中電力線(xiàn)噪聲大、信號衰減嚴重等情況，單一的窄帶低速載波難以解決問(wèn)題，通信效果難以達到應用要求，使得現場(chǎng)維護工作難度大大增加。針對這一問(wèn)題，東軟載波推出了載波和無(wú)線(xiàn)技術(shù)結合的雙通道通信方案，解決了載波衰減、信號孤島等單一載波方案難以解決的問(wèn)題，真正做到了免現場(chǎng)維護。

　　東軟載波相關(guān)技術(shù)

　　東軟載波有國內完整的先進(jìn)產(chǎn)品線(xiàn)，有窄帶低速載波、窄帶高速載波、微功率無(wú)線(xiàn)、雙模、寬帶載波等各種通信方案，可以針對不同客戶(hù)不同的應用需求提供完善的解決方案。包括窄帶低速1643系統、窄帶高速1653系統、微功率無(wú)線(xiàn)1645系統、雙通道53-61系統及寬帶低速1663系統等。其中，寬帶低速1663系統采用寬帶低速載波芯片SSC1663，OFDM調制方式，頻率范圍為1.95～11.96MHz，通信速率為100～25Mbps。

　　SSC1663芯片突破性應用

　　2017年春晚上的哈爾濱分會(huì )場(chǎng)冰雪燈光照明系統中選擇了電力線(xiàn)載波控制技術(shù)，也同時(shí)使用了SSC1663芯片的控制模塊。春晚的冰雪舞臺也是首次突破了緯度高、氣溫低、需耐受零下40℃應用環(huán)境的“高寒禁區”，單一主題公園領(lǐng)域燈具控制數量最多的世界紀錄，僅燈具數量就達到3萬(wàn)余盞，而燈具種類(lèi)更是高達上百種。

參考文獻：

　　[1]施長(cháng)浩.基于Kinetis微控制器的三相電表設計[J].電子產(chǎn)品世界,2015(1):80-81.

　　[2]Jed Hurwitz.監控所有智能電表的重要性[J].電子產(chǎn)品世界,2016(1):23-24.

　　[3]呂炳仁.指針式萬(wàn)用電表中晶體管直流電流放大倍數的測量原理和誤差分析[J].電子產(chǎn)品世界,2016(9):57-60.

　　[4]金旺.智芯助推智能電網(wǎng)芯片國產(chǎn)化進(jìn)程[J].電子產(chǎn)品世界,2016(12):14-15.

本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第2期第18頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。