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智能电表来了,你准备好了吗?

2012-09-10 18:06:27 来源:与非网记者 岳浩

智能电网在奥巴马09年新能源政策被提及后受到了广泛的关注,同年国网总经理刘振亚提出了“坚强智能电网”建设,则为中国的智能电网指明了方向,而作为电网用户终端的电能表,同样与时俱进,除了在名称前被冠以“智能”二字,在其传统计量功能外也赋予了更多的要求和使命。

 

传统电能表简介


最早的电能表是感应式机械电能表(简称机械表),它是通过电场产生磁场,对转盘产生一个力矩而计量电能的,传统的机械表只是作为电能计量仪器使用,功能相对而言比较单一,而且其稳定性、精度、灵敏度方面都比较难控制,需要定时做校调;随着电子技术的发展,电子式电能表得到了越来越广泛的应用,由于从计量到数据处理都采用集成电路为核心的电子器件,从而取消了电能表上长期使用的机械部件,使得电能表的体积大大减小,可靠性、精度大大增强,而随着单片机、智能芯片在电能表中的运用,使得电能表有了更多更强的功能,于是又发展出了可以白天夜晚分时计量的分时电表、智能IC卡预付费电表、具有红外抄表和异地抄表功能的电表、防窃电电表等这些多功能电能表。

 

                                                  

   机械式电能表                                                                     电子式电能表


但是这些多功能电能表与真正意义上的智能电表还是有很大差异的,真正的智能电表该是什么样的呢?

 

智能电能表要求


我国在09年10月提出了国网智能电表企业标准,对智能电表做了一个比较明确的要求。虽然今年标准进入了全面修订的阶段,但是对智能电表的基本要求还是明确的,通常它会具备以下几个功能。

 

1. 需要具备双向电能传输和计量功能


作为电网的入户接口,一方面电网通过智能电表将安全、高质的电能输送到用户的用电设备上;而随着新能源的广泛应用,许多分布式新能源,如风能、太阳能等,已经在用户端得到了充分的使用,这种微型分布式能源也可以通过智能电表反馈到电网中,与电网实现并网。所以智能电表需要具备双向电能传输和计量的功能。
当然借助智能电表内部MCU强大的计算能力支持,智能电表还可以进行可靠的电能管理,比如分时管理、用户用电情况分类管理、最大负荷控制等等。通过这些管理为一些高耗能的设备从用电高峰时段转到非用电高峰时段提供优惠折扣,实现错峰避峰用电,提高电网的运行效率,也为用户节省开支。

 

2. 需要具备双向通信功能


这个双向通信包括两个方面,一个是智能电表与用户交互终端的双向通信,另一个就是智能电表与配电网之间的双向通信。作为用户终端与电网的衔接单位,智能电表可以对用户使用终端的用电情况进行管理,而用户终端可以将实时的将用电情况反馈给智能电表;而配电网这边,智能电表可以通过通信网络将用电信息发给配电网,配电网又可以通过通信网络对智能电表进行实时调控。
目前智能电表与用户终端的通信主要通过如ZigBee、WiFi等无线通信方式,还有一些专用总线,如M-Bus以及电力线调制解调方式来实现,用户终端则通过能源网关与智能电表进行互联;而智能电表与远端的配电网之间的通讯方式也有多种形式,如电力线路的载波通讯(PLC)、无线网络通讯(WiMax、OFDM等)、通信网络通讯等。这边也顺便提下,借着“智能电网”这块金字招牌,国网也在积极建造自己专属的电力光纤通信网络,相信在未来几年国网有可能构建除中国电信、中国移动、中国联通和广电之后的第五张光通信网络。

 

3. 负荷开关的控制功能


借助远程通信功能,用户在异地可以通过互联网或者移动通信网络对家里的各种智能负荷,如空调、洗衣机、冰箱、照明等实现远端开关控制,同时通过智能电表的远端通信功能还可以实现异地监控和报警。

当然到目前为止,国际上对智能电表还没有广泛接受的定义,很多概念不完善或还不明确,这也是为什么国网智能电表企业标准实施才两年多就得全面修订的原因。但是满足上述三点要求基本上就可以认为是智能电表了。


智能电表发展情况


智能电表的概念最近几年可以说炒的很热,表面上看,是国家电网、南方电网这些政府机构在推进智能电网的建设和智能电表的安装及改造,但是实际主导“智能化”的却是在电子领域有着核心技术的半导体巨鳄们和一些大型的IT企业。


我们可以看到诸如飞思卡尔、德州仪器这些半导体大佬,他们有着智能电表完整的解决方案,包括最基本的计量、液晶显示,还有扩展的通讯、防窃电功能等等,另外它们还参与各种标准的制定,比如在智能电表通信中广泛应用的ZigBee、电力线载波通信(PLC)、、ITU-T G.9955/9956窄带电力线载波通信标准等等。下面就简单介绍下各半导体厂商在智能电表上的一些方案和产品。


1. 飞思卡尔半导体


是由原摩托罗拉半导体部转变而来,作为全球最大的半导体公司之一,其在汽车、消费、工控、网络和无线通信领域有着丰富的产品线,在全球三十多个国家和地区拥有设计、研发、制造和销售机构。
在智能电表领域,飞思卡尔提供了节能的8位和32位微控制器解决方案,其中MZ系列是专门针对中国智能电网的新标准定制的,其中集成了模数转换器、定时器、多达69个通用输入/输出端口以及多种通信接口;通信模块则通过MC1322x系列RF低功耗产品很方便的实现ZigBee应用;而在防篡改方面,通过飞思卡尔NMA766x、NMA7455x系列的加速度传感器则可以很方便进行设计。

 

2. 意法半导体


作为同样属于全球领先的半导体厂商,意法半导体也有一系列的产品在支持智能电表设计。微处理器方面,基于ARM Cotex-M内核的STM32系列集成了众多的资源,Flash从16K到1M范围可选,RTC降到了1uA,最多支持15个通信接口,而STM32W更直接在芯片上集成了射频模块,用户可以直接在上面进行基于IEEE 802.15.4通信协议的设计;针对电力线载波通信,意法半导体有ST7570、ST7580、ST7590这样的产品提供;而专门针对能源计量的设计,单相电表意法半导体有STPM10来应对,三相电表意法半导体有STPMC1、STPMS2这样的产品。

3. 德州仪器


作为一家老牌半导体厂商,德州仪器的产品线也是相当丰富,在收购了国家半导体之后,其在电源管理芯片上的技术又更加强大了。智能电表应用这块,微处理器是采用MSP430系列;在射频IC这块,CC2520和CC2530是属于第二代的2.4GHz ZigBee芯片,可供ZigBee AMI之用。

 

智能电表市场展望


智能电表的出现极大的方便了我们的生活,随着智能电网的建设,智能电表肯定也将进入千家万户。但是智能电表带来的问题同样也不容忽视,比如其发射的无线电波是否对人体健康造成影响,是否会对生物系统造成破换,智能电表的应用是否会造成隐私的泄露等等,也是人们越来越关注的问题;同样,智能电表的推广也是传统电力行业与新兴电力厂商——如半导体厂商、IT厂商利益较力的一个过程,这势必是一个艰难而漫长的阶段;另外,智能电表的大规模应用是否会对国家安全造成影响,自动抄表代替人工抄表后使得富余下来的大量人力如何处理等,这些都是智能电表在推广中必须面对和解决的问题。

 

现实与我们构想的未来还有很大的差距,智能电表的发展任重道远。


 

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