智能电表简介

1、智能电表简介文/李保玮 上海电气集团股份有限公司中央研究院（200070）李保玮（1951年一）.男.高级工程师-毕业于工业自动化专必 长期从事计算机应用 现服务于集团科 技战睦研究工作、摘要：智能电表是由传统电能表逐步发展起来的.它在智能电网中是重要的智 能终端。智能电表功能的扩充使得智能电表除了具有了双向计量的基本功能以 外，还具有分时分类计量、双向通信、多种控制的功能。智能电表的大量使用 将会使得智能电网的节能、高效、安全的性能得到更充分的体现。Abstract: Smart meter, evolving from watt-hour meter gradually, plays an

2、 important role of intelligent terminal in the intelligent electric grid Smart meter has the basic function of bidirectional measurement furthermore, time-sharing and classified measurement, bidirectional communication and multiple-control. Widely use of Smart meter will fully reflect its capability

3、 of energy saving, high performanee and safety.#No.3 2010#No.3 2010一. 序言智能电衣是智能电网的智能终端，它匕经不是 传统意义上的电能衣，智能电衣除了具备传统电能 表基本用电星的计星功能以外，为了适应智能电网 和新能源的使川它还具仃双向多种费率计屋功能、 用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通 信功能、防窃电功能等押能化的功能，押能电袤代 衣着木來节能型种能电网故终用户种能化终端的发 展方向。随看种能电网的H益发展，世界各国对干智能 化用户终端的需求也H益増大，据统计，在未來5 年，随肴智能电网在世界各国的建设，智能电衣

4、 在全球安装的数量将高达2亿只。同样，在中国, 随着国家坚强智能电网建设的进展，作为川门端的 智能电表的需求也会大幅度地增长,保守的预计, 市场将会仃L7亿只左右的需求。美国政府为升级本 国电网的拨款中，就有一部分专门用于在未来3年 致使13%的美国家庭（1800万门家庭）能装上智能电 衣。在欧洲，意人利及瑞典匕经完成先进计星基础 设施的部畀，将所右书通电衣更换为智能电衣。法 国、西班牙、德国和英国预计在未来10年内完成也 将完成智能电袤的全面推广和应用。二、传统电能表简介最传统的用户终端电能衣是电磁式的，安装 在用户端，用于计帚用户的用电屋，计最单位为 度（kWh）。为了捉侣用电最的合理性分

5、配，鼓励用户在用 电的低谷期用电，任我国已经逐步开始推广使用分 时电表（如图1），它具有简单的分时计量功能, 也就是可以分为白夭和黑夜两个区间分别计量,为 峰期和谷期的分别计费提供了依据。夜晚白天图1分时电衣随看数字化技术在电能衣中的应用，电能衣的 功能逐步得到扩充，一批多功能的电能衣相继诞 生。比如预付费电能衣就是应用比较广泛的电能衣 Z-O它通过预付费I为电能衣充值，然后按照当 地的单位电价和用电星从侦存费用中扣除，预存费 被扣除为零时，电表将不为用户提供电能除非你 再次充值。这种通过IC卡预付费的电能表也有称 为“智能IC |：预付费电能衣”的，但它还不是真 正意义上的智能电衣（如图2）

6、。除此之外，为了提高效率，减少上门抄衣吃闭 门第的的惡尬，也开始冇了一些具冇红外抄衣和异 地抄衣功能的电能表（I知3）和防止窃电（图4）等 扩充功能的冬功能电能衣问世。但这些冬功能的电 能衣也还是电能衣智能化的起步，勺真正意义卜.的 智能电表还有很大的差别。图3图4早在2007年12月初，国家发改委就发布了多功 能电能衣和多功能电能衣通信协议两个行业 标准，标准编号分別为“DUT 6142007”和“DDT 645-2007”。此外还有国家质最监督检验检疫总局 和国家标准化管理委员会联合发布的冬功能电能 农特殊耍求（GB/T17215-301-2007）等国家标准。 到2009年10 J,国家

7、电网公司公布了智能电袤新标 准，新标准对电衣在计星、费控、通信、功耗、电 子线路布线等技术指标耍求均右了人福捉岛，以 前对于微控制器MCU （Micro ControUer Umt）附加 功能山可选变成了必选项，耍求右更高的计算能力 DMIPS（Dhr stoue Million Instructions Per Second）以满 足押能电衣的高性能耍求，耍求冇更大的存储容虽 以满足复杂的数据处理需求：更多的输入输出I/O方 式以应对勺H益増多的外部设备的对接。可见，种 能电衣是會有微控制器支持的比冬功能衣具有更冬 功能的一种智能终端。三、智能电表简介智能电衣不同于一般的多功能衣电能衣，因

8、为它本身含有功能较强的微控制器（MCU）,所 以它就像一台小型的电脑一样，口动化和智能化 的功能更丰當、更强大，通常它会具备以下的一 些主要功能。1双向计就作为种能电网的用户端，种能电表的主要功能 是为用户提供一个电网的入户接II,通过智能电衣 可以将安全、禹质呈的电能输送到用户的用电设备 ko任新能源蓬勃发展的今夭，许冬分布式新能源 巳经在用户端得到了充分的使用,用户自己产生的 清洁能源除了滿足川门口身的需耍以外会产生多余 的能量,也可以通过智能电表反馈到电网中去。所 以智能电表就耍具备双向电能输送和计星的功能。 在计量的过程中，因为有MCU的支持，可以方便地 实现智能电网供电系统内精确、可

9、靠的电能管理。 它不仅可以简单地实现分时传理，用户的用电情况 可以冇更多的分类，更清晰明。比如它除了可以 包含毎个月的用电量,而且还可以按H期、时间以 及按耗电的电器分类分别计帚不同的电费和电能使 用悄况。这就为电网高效节能管理提供有用的实 时信息。依据这些信息，管理方可以通过合理的手 段，为一些高耗能设备从川电禹峰时段转到非川电 禹峰时段捉供优恵折扣，实现错峰避蜂用电，捉禹 电网的运行效率。2.双向通信智能电点与智能电网之间的数据采集和发送都 离不开远程迪讯，为此，智能电衣的远程通信功能 就尤为車耍。智能电网中的智能变电站除了可以接 受智能电袤发出的用电信息以外，还可以向智能电 表发出调控信

10、息,因此,智能电表般要求具有双 向的通信功能。可以说通信功能是种能电衣的主要 功能之一。智能电衣与远端的种能化变电站之间的通讯方 式可以有多种形式，如电力线路的载波通讯、无线 网络通讯、通信网络通讯以及借助其他专网的通讯 (如有线电视网络等)。木來三网合一的发展，也 会为智能电衣的通讯带來更大的方便。3 .控制功能智能电袤将会具备传统的电能及和多功能电能 春所无法企及的对智能化家电设备的控制功能。押 能电衣的MCU可以带仃强大的I/O接11,使得它可 以与更多的外部设备对接。借助远程通信的功能. 用户在异地通过计算机网络、移动通讯设备对门己 家里的各类种能化用电设备进行远程遥控、遥测将 会变成

11、现实。比如：对空调、洗衣机、电饭煲、电 热水器、照明、电控窗帘和百叶窗等实现任远端的 开关控制。当任居家安装了智能化安全系统以后， 通过智能电衣的远程通信功能还町以实现异地的监 控和报警。可以说智能电衣的功能也会不断地扩 充，木來的智能电袤就可能成为一个智能化住宅 的控制中心(图5) 图5智能电&的应川外智能电表的发展状况1.美国ADI公司美国模拟器件公 H1ADI (Analog Devices Inc ,) 是国际普名的IC设计公诃，公诃任禹性能模拟集成 电路(IC)、数字信号处理器(DSP)和微电子机 械系统(MEMS)技术领域居于业界领先地位，H- 产品在整个IC行业占据了甘卅人的份额

12、，他们的研 究方向代表了 IC设计的发展方向。2009年12J1,美国ADI公司宣布推出四款高粘 度电能计星IC,型号为ADE7878. ADE7868. ADE7858及ADE7854,可用于提高商业、匸业及 住宅智能电表的精度和性能。四欲产阳的进度达 到0.1%,可同时测最无功和有功功率。此外，其 中一款产貼还具备皋波电能测最功能，这对电能 质屋监测而言至关垂要。ADE7878、ADE7858 及ADE7854高稱度电能 计量IC为多相配置而设计,包括三线及四线、Y 型及型。除了能測星毎个相位和零线电能之 外，ADE7868及ADE7878还能监测电能质量参 数.如SAG、峰值、周期、用度

13、测虽及相序等。另 外，ADE7868和ADE7878具备各种防窃电功能。2.美国总思氏尔半导体公讨美阖的总思I：尔半导体(FreescaleSemiconductor, Inc,)是全球领先的半导体公司，为汽车、消费电 子、匸业控制和网络市场设计并制造嵌入式半导 体产品。任全球拥何设计、研发、制造和销售机 构。E思k尔利用在嵌入式领域的专业知识,在 充分研究中国国网新标准右关单相电农设计耍求 的展础上，飞思R尔推出了MZ系列8位微控制器 (MCU)芯片，集成了60kB、96kB或 128kB闪 存，提供64引脚LQFP封装。MZ系列微控制器还 提供32位处理器芯片，集成256RB闪存。飞思R尔

14、根据中国国网新标专门推出的64引脚 的单项电表用9S08MZ60、MZ96、MZ128MCU, 三项电表用51MZ256等产品，并已完成了样 机制造。3.欣洲恩智浦半导体公诃总部位于荷兰Eindhoven的世界前十大半导体公诃恩智浦半导体（NXP Semiconductors ）以其领先的射频、模拟、电源管理、接I、安全和 数字处理方面的专长。产品应用涉及汽车、智能 识別、无线基础设施、照明、工业、移动、消费 和计算等领域。根据秤能电袤发展蓝图，NXP推出了基于ARMCortex的MCU解决方案LPC1700系列。LPC1700在种能电衣系统中的应用主要包括三相（多 功能）衣、单相复费率/冬功

15、能衣和冬功能终端。具体来看，LPC1700的主耍特点有：具有100MHz处理速度的ARMCortex-M3控制器、嵌长向 量中断处理器、内存保护单元、唤醒中断处理器, 可以滿足各种优先级中断的口动唤醒，四种省电模 式：睡眠、深度睡眠、棹电、深度掉电。NXP智能电衣外围采用了优化设计，貝冇防窃电等多种功能，可使用作接触式读F技术完成 预付费。Jt种能MX安全解决方案中，可配冇牢内 多计最表无线连接用ISM-band收发器，并冇多种 标准芯片可选，诸如SMPS （开关电源）芯片、低 功耗实施时钟、显示驱动器、小信号分立器件和 标准逻辑器件等。4.徳Hrtn子公询函门子口动抄衣信息系统（AMIS）

16、, ANIS利 用ADI公司的Blackfin处理器。西门子公司选择了 Blackfin汇聚式处理器，这是因为该处理器具备同 时作为DSP和MCU进行无缝匸作的能力，特别适 合西门子AMIS的高处理和动态通信应用耍求。 Blackfin处理器J1备处理仪衣级原始实时用电数据 以及实现仪表和电网之间通信的能力，可提供一 站式、低成本、易于配胃的解决方案。由于供电 公司的AMIS智能电衣的部畀范国不仅仪覆盖本地 电网，因此西门子基于Blackfin的电衣部件还能按 本地或国家特何的不同通信标准方便地通过软件 轻松升级。AMIS可以实现全电网范国的数据采集以及 电力公司、电网和用户之间的通信。通过基

17、于 Blackfin处理器设i|的智能电衣器件，系统不仪可 以测星各个家庭的川电情况，还可以扩展到从发 电厂到用户的幣个系统，AMIS对电网进行监控并 将数据传送给控制站。系统采用电力线技术來传 送数据，AMIS还可用无线电、互联网或本地交换 载波进行通讯。基于Blackfin的种能电衣不仅能够满足冃前的 设计要求，而H.还可以方便地实现F代能最管 理，为用户提供可选的用电额度应用作好准备. AN4IS支持更多的新能源系统的采用，AMIS系统仪 衣可以控制从太阳能电池或者发电厂输送的电能。五.国内智能电表应用前景国内智能电农大规模应川即将启动，国家电网 公司计划在2010年智能电网第-阶段的项n中大约 冇91亿元用于智能电表、电衣采集终端及后台系统 建设。押能电衣标准于近期12经下发，2009年11J 国家电网公词已经心动了第一批智能电衣招标，本 次招标包侖二级单相远程费控智能电能表680多万 只，一级三相费控彎能电能表26万只，招标金濒大 约13亿尤。预计国网公司2015年前将全而建成用 电信息采集系统，居民用户信息采集得到大规模应 用,智能电表腹盖率超过80%,用户超过14亿户, 2020年智能电衣的黴盖率将达到100%。作为应川的先例