智能電表與功能電表分析

智能電網(wǎng)在奧巴馬09年新能源政策被提及后受到了廣泛的關(guān)注，同年國網(wǎng)總經(jīng)理劉振亞提出了“堅強智能電網(wǎng)”建設(shè)，則為中國的智能電網(wǎng)指明了方向，而作為電網(wǎng)用戶終端的電能表，同樣與時俱進，除了在名稱前被冠以“智能”二字，在其傳統(tǒng)計量功能外也賦予了更多的要求和使命。

傳統(tǒng)電能表簡介

最早的電能表是感應(yīng)式機械電能表(簡稱機械表)，它是通過電場產(chǎn)生磁場，對轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生一個力矩而計量電能的，傳統(tǒng)的機械表只是作為電能計量儀器使用，功能相對而言比較單一，而且其穩(wěn)定性、精度、靈敏度方面都比較難控制，需要定時做校調(diào);隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子式電能表得到了越來越廣泛的應(yīng)用，由于從計量到數(shù)據(jù)處理都采用集成電路為核心的電子器件，從而取消了電能表上長期使用的機械部件，使得電能表的體積大大減小，可靠性、精度大大增強，而隨著單片機、智能芯片在電能表中的運用，使得電能表有了更多更強的功能，于是又發(fā)展出了可以白天夜晚分時計量的分時電表、智能IC卡預(yù)付費電表、具有紅外抄表和異地抄表功能的電表、防竊電電表等這些多功能電能表。

但是這些多功能電能表與真正意義上的智能電表還是有很大差異的，真正的智能電表該是什么樣的呢?

智能電能表要求

我國在09年10月提出了國網(wǎng)智能電表企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對智能電表做了一個比較明確的要求。雖然今年標(biāo)準(zhǔn)進入了全面修訂的階段，但是對智能電表的基本要求還是明確的，通常它會具備以下幾個功能。

1. 需要具備雙向電能傳輸和計量功能

作為電網(wǎng)的入戶接口，一方面電網(wǎng)通過智能電表將安全、高質(zhì)的電能輸送到用戶的用電設(shè)備上;而隨著新能源的廣泛應(yīng)用，許多分布式新能源，如風(fēng)能、太陽能等，已經(jīng)在用戶端得到了充分的使用，這種微型分布式能源也可以通過智能電表反饋到電網(wǎng)中，與電網(wǎng)實現(xiàn)并網(wǎng)。所以智能電表需要具備雙向電能傳輸和計量的功能。

當(dāng)然借助智能電表內(nèi)部MCU強大的計算能力支持，智能電表還可以進行可靠的電能管理，比如分時管理、用戶用電情況分類管理、最大負荷控制等等。通過這些管理為一些高耗能的設(shè)備從用電高峰時段轉(zhuǎn)到非用電高峰時段提供優(yōu)惠折扣，實現(xiàn)錯峰避峰用電，提高電網(wǎng)的運行效率，也為用戶節(jié)省開支。

2. 需要具備雙向通信功能

這個雙向通信包括兩個方面，一個是智能電表與用戶交互終端的雙向通信，另一個就是智能電表與配電網(wǎng)之間的雙向通信。作為用戶終端與電網(wǎng)的銜接單位，智能電表可以對用戶使用終端的用電情況進行管理，而用戶終端可以將實時的將用電情況反饋給智能電表;而配電網(wǎng)這邊，智能電表可以通過通信網(wǎng)絡(luò)將用電信息發(fā)給配電網(wǎng)，配電網(wǎng)又可以通過通信網(wǎng)絡(luò)對智能電表進行實時調(diào)控。

目前智能電表與用戶終端的通信主要通過如ZigBee、WiFi等無線通信方式，還有一些專用總線，如M-Bus以及電力線調(diào)制解調(diào)方式來實現(xiàn)，用戶終端則通過能源網(wǎng)關(guān)與智能電表進行互聯(lián);而智能電表與遠端的配電網(wǎng)之間的通訊方式也有多種形式，如電力線路的載波通訊(PLC)、無線網(wǎng)絡(luò)通訊(WiMax、OFDM等)、通信網(wǎng)絡(luò)通訊等。這邊也順便提下，借著“智能電網(wǎng)”這塊金字招牌，國網(wǎng)也在積極建造自己專屬的電力光纖通信網(wǎng)絡(luò)，相信在未來幾年國網(wǎng)有可能構(gòu)建除中國電信、中國移動、中國聯(lián)通和廣電之后的第五張光通信網(wǎng)絡(luò)。 3. 負荷開關(guān)的控制功能

借助遠程通信功能，用戶在異地可以通過互聯(lián)網(wǎng)或者移動通信網(wǎng)絡(luò)對家里的各種智能負荷，如空調(diào)、洗衣機、冰箱、照明等實現(xiàn)遠端開關(guān)控制，同時通過智能電表的遠端通信功能還可以實現(xiàn)異地監(jiān)控和報警。

當(dāng)然到目前為止，國際上對智能電表還沒有廣泛接受的定義，很多概念不完善或還不明確，這也是為什么國網(wǎng)智能電表企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實施才兩年多就得全面修訂的原因。但是滿足上述三點要求基本上就可以認為是智能電表了。

智能電表發(fā)展情況

智能電表的概念最近幾年可以說炒的很熱，表面上看，是國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)這些政府機構(gòu)在推進智能電網(wǎng)的建設(shè)和智能電表的安裝及改造，但是實際主導(dǎo)“智能化”的卻是在電子領(lǐng)域有著核心技術(shù)的半導(dǎo)體巨鱷們和一些大型的IT企業(yè)。

我們可以看到諸如飛思卡爾、德州儀器這些半導(dǎo)體大佬，他們有著智能電表完整的解決方案，包括最基本的計量、液晶顯示，還有擴展的通訊、防竊電功能等等，另外它們還參與各種標(biāo)準(zhǔn)的制定，比如在智能電表通信中廣泛應(yīng)用的ZigBee、電力線載波通信(PLC)、、ITU-T G.9955/9956窄帶電力線載波通信標(biāo)準(zhǔn)等等。下面就簡單介紹下各半導(dǎo)體廠商在智能電表上的一些方案和產(chǎn)品。

1. 飛思卡爾半導(dǎo)體

是由原摩托羅拉半導(dǎo)體部轉(zhuǎn)變而來，作為全球最大的半導(dǎo)體公司之一，其在汽車、消費、工控、網(wǎng)絡(luò)和無線通信領(lǐng)域有著豐富的產(chǎn)品線，在全球三十多個國家和地區(qū)擁有設(shè)計、研發(fā)、制造和銷售機構(gòu)。

在智能電表領(lǐng)域，飛思卡爾提供了節(jié)能的8位和32位微控制器解決方案，其中MZ系列是專門針對中國智能電網(wǎng)的新標(biāo)準(zhǔn)定制的，其中集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時器、多達69個通用輸入/輸出端口以及多種通信接口;通信模塊則通過MC1322x系列RF低功耗產(chǎn)品很方便的實現(xiàn)ZigBee應(yīng)用;而在防篡改方面，通過飛思卡爾NMA766x、NMA7455x系列的加速度傳感器則可以很方便進行設(shè)計。

2. 意法半導(dǎo)體

作為同樣屬于全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體廠商，意法半導(dǎo)體也有一系列的產(chǎn)品在支持智能電表設(shè)計。微處理器方面，基于ARM Cotex-M內(nèi)核的STM32系列集成了眾多的資源，F(xiàn)lash從16K到1M范圍可選，RTC降到了1uA，最多支持15個通信接口，而STM32W更直接在芯片上集成了射頻模塊，用戶可以直接在上面進行基于IEEE 802.15.4通信協(xié)議的設(shè)計;針對電力線載波通信，意法半導(dǎo)體有ST7570、ST7580、ST7590這樣的產(chǎn)品提供;而專門針對能源計量的設(shè)計，單相電表意法半導(dǎo)體有STPM10來應(yīng)對，三相電表意法半導(dǎo)體有STPMC1、STPMS2這樣的產(chǎn)品。

3. 德州儀器

作為一家老牌半導(dǎo)體廠商，德州儀器的產(chǎn)品線也是相當(dāng)豐富，在收購了國家半導(dǎo)體之后，其在電源管理芯片上的技術(shù)又更加強大了。智能電表應(yīng)用這塊，微處理器是采用MSP430系列;在射頻IC這塊，CC2520和CC2530是屬于第二代的2.4GHz ZigBee芯片，可供ZigBee AMI之用。

智能電表市場展望

智能電表的出現(xiàn)極大的方便了我們的生活，隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，智能電表肯定也將進入千家萬戶。但是智能電表帶來的問題同樣也不容忽視，比如其發(fā)射的無線電波是否對人體健康造成影響，是否會對生物系統(tǒng)造成破換，智能電表的應(yīng)用是否會造成隱私的泄露等等，也是人們越來越關(guān)注的問題;同樣，智能電表的推廣也是傳統(tǒng)電力行業(yè)與新興電力廠商——如半導(dǎo)體廠商、IT廠商利益較力的一個過程，這勢必是一個艱難而漫長的階段;另外，智能電表的大規(guī)模應(yīng)用是否會對國家安全造成影響，自動抄表代替人工抄表后使得富余下來的大量人力如何處理等，這些都是智能電表在推廣中必須面對和解決的問題。

現(xiàn)實與我們構(gòu)想的未來還有很大的差距，智能電表的發(fā)展任重道遠。