全球化趋势加速智能电表技术突破

　　面对单相三相以及海外不同的市场需求，蓝碧石半导体继承晶振内置特色技术上，加入了电源分离功能，升级了内核，变成了全新的ML630Q8xx系列。全系列采用Cortex-M0+内核， FALSH从256K到512K，RAM从24K到64K可选，可实现RTC独立供电，且系统能够直接进行硬件补偿，无需软件干预，大大减轻了客户系统设计时的负担，同一内核产品线也方便客户在不同项目之间进行移植。另外，考虑到国内电表厂商在几轮整合下综合实力不断提升后也逐步加快了海外市场的开拓，因此，在新系列当中也增加了GCM-AES加密功能。

　　周边器件方面，LCD驱动BU9792最高时占有市场70%以上份额，目前的COG方案也已实现量产并进入到客户评估阶段。

　　今后IR46需要点阵的话ROHM集团也有充分的技术储备来及时对应。小无线通信方面，蓝碧石半导体也在积极开发适合中国市场的产品。

　　ROHM集团还对整个生产线进行了升级，产能大大进行了提升，今后也将持续稳定地为客户提供高品质的产品。

智能电表要求高性能、高集成度

   智能电表技术趋势

　　智能电表作为智能电网的重要组成部分，正在全球范围内大量部署。一方面，高级表计架构(AMI)、大数据、物联网、新能源等对智能电表提出越来越复杂的功能和安全性需求;另一方面，巨量的基础设施建设对部署及运维成本、质量提出了挑战。

　　ST智能电网项目市场应用经理李晓先称，我们认为技术发展趋势大致有：

　　1.高性能的载波、无线通信技术: 电表需要高速度、高可靠性网络来支撑智能业务及系统自维护性需求，同时需要标准化、全面互操作性降低部署成本。以G3、PRIME、Meters&More为代表的电力线载波(PLC)国际标准，经过长期发展和批量使用，正被全球市场越来越多地采用。

　　2.资源丰富的能源管理平台：智能电表将实现更复杂的能源管理协议，具备更多可靠性、自维护性功能，并在未来适应光伏并网、汽车充电、智能家庭等更多应用场景。这需要电表平台既具有强大的计算/存储能力，又具备广泛的开发资源支持。

　　3.高集成度、SoC化：组件方面将更倾向SoC技术满足功能和成本的要求，减少BOM数量，提升产品质量。相应的产品可以更紧凑简洁，降低安装成本和复杂度。

　　ST智能电表芯片及平台

　　ST为智能电表提供从工程师熟悉的STM32/STM8系列微控制器、ST75xx系列载波调制解调器、SPIRIT1无线调制解调器、STPM系列计量芯片、VIPER/Altair系列电源管理器、EEPROM存储器，到时钟管理、接口驱动、系统保护、数据安全等全系列芯片支持。其中，在电力线通信方面，其ST75xx电力线Modem在单芯片上完成全部高性能调制解调、网络管理和功率驱动，被大量使用在全球智能电表及光伏、路灯等工业场景。针对市场对性能、成本与可靠性的要求，ST推出高集成度的STCOMET SoC平台，单片包含Cortex-M4内核、多协议全功能PLC调制解调，1:5000范围内误差小于0.1%的多通道计量，以及丰富的引脚、外设和加密硬件。其强大的软调制使厂商可以在同一电表硬件上切换不同的通信协议类型与版本。STCOMET支持全部主流国际载波标准，为多市场、多类型智能电表提供单一解决方案。ST同时提供只包含载波部分的STCOM芯片，支持不同开发模式及应用场景。

　　智能电表的体系化、模块化和一体化

　　智能电能表的产业体系化

　　智能电网已经成为当今世界电力系统发展变革的最新动力。智能电能表作为智能电网建设的重要基础设备，加快其发展对于电网实现信息化、自动化、互动化具有重要支撑作用。智能电能表结构和功能的设计，智能电能表的专业化制造，智能电能表产业化的推广，智能电能表的售后维护，新技术的开发等，这些生产环节必须要进行合理化的管理，要结合其他产业的相关经验进行经营管理。

　　智能电能表的功能模块化

　　当前电能表方案普遍采用功能一体化设计。电能表计量模块的性能容易受到其他部分软硬件设计的影响;而其他功能的损坏或失效容易累及电能表的计量部分。因此，电能表一旦出现故障，只能进行整表更换，以保障电力计量工作的顺利进行。这势必增加了智能电能表的维护成本，也造成了严重的资源浪费。如果实现智能电能表的模块化设计，就可以根据故障点，只对相应的故障模块进行更换。这将大大降低地市电力公司的日常维护成本。

　　为了防止电能表程序遭到篡改，保证电能表计量功能的安全可靠，国家电网公司不允许电能表进行软件的在线升级。随着智能电能表在我国的全面铺开，很多问题和需求涌现出来。为了解决旧问题，满足新需求，国网公司只能通过修改标准的方式进行重新招标。各地市公司只能将所有已铺设的电能表进行拆除，更换成新的电能表。这种更新换代方式不但周期长、成本高，还造成了大量的资源浪费，给国网公司带来了极大的成本压力和施工压力。如果实现智能电能表的模块化设计，就可以将电能表的计量部分和非计量部分设计成独立的功能模块。对非计量部分的功能模块进行软硬件的升级，并不会对核心的计量部分造成影响。这不仅保证了电能表计量功能的安全可靠，还满足了居民用电过程中不断变化的功能需求。

智能电能表的接口一体化

　　电能表从老式的机械表到智能电能表演变过程涵盖了电能表接口一体化的过程。目前智能电能表仅国家电网范围内每年招标六千万只左右，数目是庞大的，涉及上百家表厂、芯片提供商、端口提供商，从研发设计到生产调试，再到现场安装使用，如果没有统一的标准将耗费巨大物力和人力，对于电力公司将增加巨大检测成本，管理成本。对电力用户来说种类繁多的接口也势必影响使用体验度和应用安全性。具有一体化接口的智能电能表实现了研发设计的标准化、生产检定的自动化、库房管理的标准化、实施安装的统一化、抄读付费的信息化。另外随着水、电、气、热四表集抄方案的推进，及物联网技术的应用，接口一体化的智能电能表是适应信息时代的产物，符合智能硬件的智能化和信息化的特点，符合万物互联的市场需求。

　　智芯微电子助力电力芯片国产化

　　北京智芯微电子科技有限公司定位于以芯片技术为核心支撑的整体解决方案提供商，主导电力专用芯片设计，重点支撑智能电网发、输、变、配、用、调度等各个环节，稳步拓展环保排污、轨道交通、石油石化、汽车电子、钢铁冶金等工业领域应用需求;通过开展技术创新、应用创新、人才团队建设，有力推动了电力芯片国产化进程。

满足智能电表高要求的电表双模通信方案

　　双模通信方案将得以应用

　　东软载波的资料显示，国内的智能电网建设已迈入了第7个年头，国网公司的“全覆盖、全采集、全费控”的建设目标正在逐步实现，同时国网公司还在积极推进双向互动、四表(水电气热)合一等新业务的应用，这也促进了集抄通信技术的进一步发展和更新换代，因为传统的电力线窄带载波通信技术虽然能满足一般电量采集的功能要求，但是在远程费控、多表合一采集等方面，由于其对通讯实时性和大数据量采集的功能要求较高，因而显得有点力不从心。所以近几年双模通信方案、宽带载波通信方案得到了越来越多的应用。

　　国外智能电网建设进展不尽相同，大部分国家仍处在机械表向智能表改造这一阶段。国内电表及方案厂家在我国智能电网改造中积累了大量经验，也有很多成熟先进的产品，这是我们走出去的机会。

　　目前低压集抄的通信方案仍以电力线窄带载波为主，载波通信效果受电网环境影响较大，不同国家在电网建设、电器设备的接入和使用等有较大差异，从而导致了电网环境的千差万别。对于电网环境中电力线噪声大、信号衰减严重等情况，单一的窄带低速载波难以解决问题，通信效果难以达到应用要求，使得现场维护工作难度大大增加。针对这一问题，东软载波推出了载波和无线技术结合的双通道通信方案，解决了载波衰减、信号孤岛等单一载波方案难以解决的问题，真正做到了免现场维护。

　　东软载波相关技术

　　东软载波有国内完整的先进产品线，有窄带低速载波、窄带高速载波、微功率无线、双模、宽带载波等各种通信方案，可以针对不同客户不同的应用需求提供完善的解决方案。包括窄带低速1643系统、窄带高速1653系统、微功率无线1645系统、双通道53-61系统及宽带低速1663系统等。其中，宽带低速1663系统采用宽带低速载波芯片SSC1663，OFDM调制方式，频率范围为1.95～11.96MHz，通信速率为100～25Mbps。

　　SSC1663芯片突破性应用

　　2017年春晚上的哈尔滨分会场冰雪灯光照明系统中选择了电力线载波控制技术，也同时使用了SSC1663芯片的控制模块。春晚的冰雪舞台也是首次突破了纬度高、气温低、需耐受零下40℃应用环境的“高寒禁区”，单一主题公园领域灯具控制数量最多的世界纪录，仅灯具数量就达到3万余盏，而灯具种类更是高达上百种。

参考文献：

　　[1]施长浩.基于Kinetis微控制器的三相电表设计[J].电子产品世界,2015(1):80-81.

　　[2]Jed Hurwitz.监控所有智能电表的重要性[J].电子产品世界,2016(1):23-24.

　　[3]吕炳仁.指针式万用电表中晶体管直流电流放大倍数的测量原理和误差分析[J].电子产品世界,2016(9):57-60.

　　[4]金旺.智芯助推智能电网芯片国产化进程[J].电子产品世界,2016(12):14-15.

本文来源于《电子产品世界》2017年第2期第18页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。