全球化趋势加速智能电表技术突破

作者/ 王莹 王金旺 《电子产品世界》编辑

摘要：随着“中国制造”的影响力不断提升，无论是加工工艺还是生产成本，中国市场成了全球智能电表竞争、生产的第一战场，相当一部分国内顶尖表厂纷纷走出国门。商业的全球化势必也会带来技术的统一，同时也进一步推动着电表技术的不断进步和突破。

智能电表市场发展

　　从国内市场来看，过去几年在国网对于智能电表与用电信息采集系统建设的推动下，国内智能电表市场需求量不断走高，并于2015年达到峰值。而随着该项目逐渐进入收尾阶段，全国智能电表的总需求量将迎来低谷，预计到2017年年底，用电信息采集系统将实现全覆盖，届时全国智能电表的市场供过于求的现象将愈发明显。

　　但是，国际法制计量组织颁布的电能表国际建议IR46新的修订工作正在进行，该项工作将对我国智能电表产品的未来发展路线产生较大影响，再加上我国早期上网运行的智能电表将迎来分批次的产品更新换代，2018年之后我国智能电表市场将有望迎来回暖，而新一代智能电表在智能化、模块化等方面的不断升级，也将进一步推动产品更新的进程。

　　技术发展趋势

　　随着国网对于“双芯”智能电表需求的进一步加大，新一代国网表在法制计量功能与非计量功能上要保持相互独立，其中计量芯需要通过法治认证，保证在非计量功能和其他系统软件升级、故障等情况下能够独立运行，并确保不影响计量准确度、稳定性和数据可追溯。而双芯将直接通过spi接口进行数据交换，利用表内搭载的可升级管理芯，帮助政府、用电企业、节能公司、平台运营商、售电公司等行业组成部分获取优质用电数据，解决智能电表在实际使用过程中的问题，并推进我国电能使用的进一步优化管理。

　　相关公司的发展

　　在国内电表公司中，杭州海兴电力科技股份有限公司在2016年呈现黑马之势。该公司在2016年国网第二轮电表采购招标中以13219.7461万元的中标金额力压威胜集团、林祥能源、华立科技等知名企业位列第二名，仅次于宁波三星医疗电气股份有限公司。相较2015年排名第十七位，公司于2016年首次招标中跃居第五位，本次招标更是高居第二位，进步幅度惊人，与此同时，该公司于2016年11月正式挂牌上市上海证券交易所A股主板，主动借力资本市场，募集资金总额超过20亿元。资本市场与下游需求的双向助力，将使海兴电力在市场整体疲软的大背景下保持较为良好的发展势头。

全球化趋势加速智能电表技术发展

　　电能表是用来测量电能的仪表，又称电度表，指测量各种电学量的仪表。近10年来，中国本土的智能电表进行了大规模的安装，这十年也是质量提高、技术积累、不断创新的十年。

　　但不得不提的是随着“中国制造”的影响力不断提升，无论是加工工艺，还是生产成本，中国市场成了全球智能电表竞争、生产的第一战场，相当一部分国内顶尖表厂纷纷走出国门。

　　商业的全球化势必也会带来技术的统一。在未来的10年里，智能电表技术可能会朝着以下几个主要方面发展：

　　1.高集成度的芯片，通常我们所说的电能计量SoC(片上系统)如果既能降低成本，又使设计简洁，就是一个很好的平台。它集成了丰富的外设，比如高精度实时时钟、高精度功率计量、优化的电源管理模块等;

　　2.多通道通讯，通讯是电表“智能”的保障，各种数据交换、购电、抄表都依赖于通讯，只有满足且支持多路通讯，才能使电能表处在一个稳定、高效的工作状态;

　　3.越来越高的数据处理能力，但要求越来越低的能耗，绿色环保是永恒的追求;

　　4.更好的人机互动，随着网络时代的来临，尤其是物联网的到来，我们相信电表将从传统的被动电能计量装置转变为能更多参与用电控制的家庭网关;

　　5.全球化的趋势，针对各个地区的不同环境，智能电表在负载特性、绝缘要求、机械特性、使用环境、气候等方面设计及测试也要进行重新考虑。

　　智能电表作为瑞萨全球的重点应用，目前推出了一款高集成度的电能计量SoC——RL78/I1，其具备以下特点：

　　1.基于DSAD技术的4通道计量;

　　2.高精度带温补的RTC;

　　3.优秀的电源管理模块，备有三套独立的供电系统：VCC、VBAT和VRTC;

　　4.支持极度苛刻的EMC要求;

　　5.可实现三相电能计量功能;

　　6.系列化的产品，从64~100pin，64~256K满足客户的选型需求。

解决智能电表的实时监测评估问题

　　智能电表实时监测评估

　　随着智能电表在全球范围内日益广泛的应用，越来越多的智能电表将会在现场安装运行。在现有的智能电表架构下，由于技术上缺乏对由器件参数变化、环境变化、人为篡改等各种原因造成的误差性能变化进行实时监测的有效手段，因而只能依靠在电能表日常运维方式上采用抽检、轮换等方式来确保电能表的现场性能。一方面，电能表的抽检涉及到安装、拆除、检测等多个环节，造成了大量的管理维护成本，且覆盖面有限、实施周期长;另一方面，电能表的定期轮换策略无法针对电能表当前的实际性能进行区别对待，既增加了资产成本，又造成了一定程度的资源浪费。因此，如何从技术上对智能电表在全生命周期内的性能进行实时监测评估，从而为智能电表的生产、安装、运行、维护等各个环节提供数据支撑和指导意见，成为电能表行业普遍关注的问题之一。

　　CT作为最为常用的电流传感器类型之一，由于具备线性度好、功耗低、隔离等优点，在电能表，特别是三相表中被广泛采用。但随着现场使用环境及负载类型的日益复杂，特别是外部强磁干扰、直流分量、冲击负荷等影响的存在，对电能表的设计提出了新的挑战，因此寻找特定情况下更为适合的电流传感器替代方案也成为业内厂家共同探索的焦点。

　　ADE9153系列计量芯片

　　ADI公司新近推出了基于mSureTM专利技术的电能计量芯片ADE9153系列，旨在解决电能表现场运行时的实时误差监测功能。在不影响计量性能的前提下，芯片内置的误差监测功能模块可以对整表的误差参数进行实时监测。结合智能电表已有的通信功能，误差数据可以主动上报(通信协议支持的情况下)或者定期查询，主站系统可以基于单表数据或者海量电表误差数据进行进一步地分析和诊断。

　　与此同时，ADI结合专利的磁隔离iCoupler和isoPower技术，提供了多种用于替代电流互感器的三相电能表方案，其中包括已经批量生产的ADE7978+ADE7932系列产品及正在研发中的后续产品。

国家电网第三阶段智能电表的相关技术完善

　　国家电网从2009年开始建设“统一智能坚强”电网以来，已经经历了规划试点的第一阶段和全面建设的第二阶段，通过技术规范的指定、试点和特高压，配电网的建设初步形成了智能电网的运行控制和互动系统。2016~2020年属于引领提升的第三阶段，此时需要完善电网的资源配置能力、安全水平和运行效率，并进一步提高电网和能源与用户之间的互动以实现电网的信息化、自动化和互动化。

　　智能电表作为其主要基础设备，将在以下三方面有重大变化。首先，针对目前现场运行电表中存在的时钟及运行异常问题，将当前单相智能电表更改为电池可更换智能电表;其次，将通信协议从DL/T 645改为DL/T 698，以提高通讯效率和数据扩展性;最后，智能电表为对应国际法制计量组织的IR46标准将会把计量模块和其他模块分开。

　　ROHM的智能电表相关应用

　　目前以蓝碧石半导体(LAPIS Semiconductor,ROHM集团旗下公司)专利产品晶振内置的ML610Q496为主控芯片，配上周边的LCD驱动BU9792、电源的BU9677、EEPROM及二三极管等分立器件的方案取得了南方电网60%，国家电网30%份额的不俗表现。ML610Q496以其高精度高可靠性和易用性减轻了客户开发和生产补偿时间在客户端以及现场运行端均表现出色，获得了客户一致好评。