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“中國制造”的影響力不斷提升，無論是加工工藝還是生產(chǎn)成本，中國市場成了全球智能電表競爭、生產(chǎn)的第一戰(zhàn)場，相當(dāng)一部分國內(nèi)頂尖表廠紛紛走出國門。商業(yè)的全球化勢必也會帶來技術(shù)的統(tǒng)一，同時也進(jìn)一步推動著電表技術(shù)的不斷進(jìn)步和突破。

智能電表市場發(fā)展

　　從國內(nèi)市場來看，過去幾年在國網(wǎng)對于智能電表與用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的推動下，國內(nèi)智能電表市場需求量不斷走高，并于2015年達(dá)到峰值。而隨著該項目逐漸進(jìn)入收尾階段，全國智能電表的總需求量將迎來低谷，預(yù)計到2017年年底，用電信息采集系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)全覆蓋，屆時全國智能電表的市場供過于求的現(xiàn)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)品的未來發(fā)展路線產(chǎn)生較大影響，再加上我國早期上網(wǎng)運(yùn)行的智能電表將迎來分批次的產(chǎn)品更新?lián)Q代，2018年之后我國智能電表市場將有望迎來回暖，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)一步推動產(chǎn)品更新的進(jìn)程。

　　技術(shù)發(fā)展趨勢

　　隨著國網(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(dú)立，其中計量芯需要通過法治認(rèn)證，保證在非計量功能和其他系統(tǒng)軟件升級、故障等情況下能夠獨(dú)立運(yùn)行，并確保不影響計量準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)可追溯。而雙芯將直接通過spi接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，利用表內(nèi)搭載的可升級管理芯，幫助政府、用電企業(yè)、節(jié)能公司、平臺運(yùn)營商、售電公司等行業(yè)組成部分獲取優(yōu)質(zhì)用電數(shù)據(jù)，解決智能電表在實(shí)際使用過程中的問題，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(nèi)電表公司中，杭州海興電力科技股份有限公司在2016年呈現(xiàn)黑馬之勢。該公司在2016年國網(wǎng)第二輪電表采購招標(biāo)中以13219.7461萬元的中標(biāo)金額力壓威勝集團(tuán)、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(yī)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(biāo)中躍居第五位，本次招標(biāo)更是高居第二位，進(jìn)步幅度驚人，與此同時，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，主動借力資本市場，募集資金總額超過20億元。資本市場與下游需求的雙向助力，將使海興電力在市場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

　　電能表是用來測量電能的儀表，又稱電度表，指測量各種電學(xué)量的儀表。近10年來，中國本土的智能電表進(jìn)行了大規(guī)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“中國制造”的影響力不斷提升，無論是加工工藝，還是生產(chǎn)成本，中國市場成了全球智能電表競爭、生產(chǎn)的第一戰(zhàn)場，相當(dāng)一部分國內(nèi)頂尖表廠紛紛走出國門。

　　商業(yè)的全球化勢必也會帶來技術(shù)的統(tǒng)一。在未來的10年里，智能電表技術(shù)可能會朝著以下幾個主要方面發(fā)展：

　　1.高集成度的芯片，通常我們所說的電能計量SoC(片上系統(tǒng))如果既能降低成本，又使設(shè)計簡潔，就是一個很好的平臺。它集成了豐富的外設(shè)，比如高精度實(shí)時時鐘、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(shù)據(jù)交換、購電、抄表都依賴于通訊，只有滿足且支持多路通訊，才能使電能表處在一個穩(wěn)定、高效的工作狀態(tài);

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

　　4.更好的人機(jī)互動，隨著網(wǎng)絡(luò)時代的來臨，尤其是物聯(lián)網(wǎng)的到來，我們相信電表將從傳統(tǒng)的被動電能計量裝置轉(zhuǎn)變?yōu)槟芨鄥⑴c用電控制的家庭網(wǎng)關(guān);

　　5.全球化的趨勢，針對各個地區(qū)的不同環(huán)境，智能電表在負(fù)載特性、絕緣要求、機(jī)械特性、使用環(huán)境、氣候等方面設(shè)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(yīng)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(bǔ)的RTC;

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

　　4.支持極度苛刻的EMC要求;

　　5.可實(shí)現(xiàn)三相電能計量功能;

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

解決智能電表的實(shí)時監(jiān)測評估問題

　　智能電表實(shí)時監(jiān)測評估

　　隨著智能電表在全球范圍內(nèi)日益廣泛的應(yīng)用，越來越多的智能電表將會在現(xiàn)場安裝運(yùn)行。在現(xiàn)有的智能電表架構(gòu)下，由于技術(shù)上缺乏對由器件參數(shù)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)時監(jiān)測的有效手段，因而只能依靠在電能表日常運(yùn)維方式上采用抽檢、輪換等方式來確保電能表的現(xiàn)場性能。一方面，電能表的抽檢涉及到安裝、拆除、檢測等多個環(huán)節(jié)，造成了大量的管理維護(hù)成本，且覆蓋面有限、實(shí)施周期長;另一方面，電能表的定期輪換策略無法針對電能表當(dāng)前的實(shí)際性能進(jìn)行區(qū)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(fèi)。因此，如何從技術(shù)上對智能電表在全生命周期內(nèi)的性能進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測評估，從而為智能電表的生產(chǎn)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)等各個環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)支撐和指導(dǎo)意見，成為電能表行業(yè)普遍關(guān)注的問題之一。

　　CT作為最為常用的電流傳感器類型之一，由于具備線性度好、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。但隨著現(xiàn)場使用環(huán)境及負(fù)載類型的日益復(fù)雜，特別是外部強(qiáng)磁干擾、直流分量、沖擊負(fù)荷等影響的存在，對電能表的設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)，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(nèi)廠家共同探索的焦點(diǎn)。

　　ADE9153系列計量芯片

　　ADI公司新近推出了基于mSureTM專利技術(shù)的電能計量芯片ADE9153系列，旨在解決電能表現(xiàn)場運(yùn)行時的實(shí)時誤差監(jiān)測功能。在不影響計量性能的前提下，芯片內(nèi)置的誤差監(jiān)測功能模塊可以對整表的誤差參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。結(jié)合智能電表已有的通信功能，誤差數(shù)據(jù)可以主動上報(通信協(xié)議支持的情況下)或者定期查詢，主站系統(tǒng)可以基于單表數(shù)據(jù)或者海量電表誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步地分析和診斷。

　　與此同時，ADI結(jié)合專利的磁隔離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(xù)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年開始建設(shè)“統(tǒng)一智能堅強(qiáng)”電網(wǎng)以來，已經(jīng)經(jīng)歷了規(guī)劃試點(diǎn)的第一階段和全面建設(shè)的第二階段，通過技術(shù)規(guī)范的指定、試點(diǎn)和特高壓，配電網(wǎng)的建設(shè)初步形成了智能電網(wǎng)的運(yùn)行控制和互動系統(tǒng)。2016~2020年屬于引領(lǐng)提升的第三階段，此時需要完善電網(wǎng)的資源配置能力、安全水平和運(yùn)行效率，并進(jìn)一步提高電網(wǎng)和能源與用戶之間的互動以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的信息化、自動化和互動化。

　　智能電表作為其主要基礎(chǔ)設(shè)備，將在以下三方面有重大變化。首先，針對目前現(xiàn)場運(yùn)行電表中存在的時鐘及運(yùn)行異常問題，將當(dāng)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(shù)據(jù)擴(kuò)展性;最后，智能電表為對應(yīng)國際法制計量組織的IR46標(biāo)準(zhǔn)將會把計量模塊和其他模塊分開。

　　ROHM的智能電表相關(guān)應(yīng)用

　　目前以藍(lán)碧石半導(dǎo)體(LAPIS Semiconductor,ROHM集團(tuán)旗下公司)專利產(chǎn)品晶振內(nèi)置的ML610Q496為主控芯片，配上周邊的LCD驅(qū)動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(xiàn)。ML610Q496以其高精度高可靠性和易用性減輕了客戶開發(fā)和生產(chǎn)補(bǔ)償時間在客戶端以及現(xiàn)場運(yùn)行端均表現(xiàn)出色，獲得了客戶一致好評。