全球化趨勢(shì)加速智能電表技術(shù)突破

作者/ 王瑩 王金旺 《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要：隨著“中國(guó)制造”的影響力不斷提升，無(wú)論是加工工藝還是生產(chǎn)成本，中國(guó)市場(chǎng)成了全球智能電表競(jìng)爭(zhēng)、生產(chǎn)的第一戰(zhàn)場(chǎng)，相當(dāng)一部分國(guó)內(nèi)頂尖表廠紛紛走出國(guó)門。商業(yè)的全球化勢(shì)必也會(huì)帶來(lái)技術(shù)的統(tǒng)一，同時(shí)也進(jìn)一步推動(dòng)著電表技術(shù)的不斷進(jìn)步和突破。

智能電表市場(chǎng)發(fā)展

　　從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)看，過(guò)去幾年在國(guó)網(wǎng)對(duì)于智能電表與用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)智能電表市場(chǎng)需求量不斷走高，并于2015年達(dá)到峰值。而隨著該項(xiàng)目逐漸進(jìn)入收尾階段，全國(guó)智能電表的總需求量將迎來(lái)低谷，預(yù)計(jì)到2017年年底，用電信息采集系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)全覆蓋，屆時(shí)全國(guó)智能電表的市場(chǎng)供過(guò)于求的現(xiàn)象將愈發(fā)明顯。

　　但是，國(guó)際法制計(jì)量組織頒布的電能表國(guó)際建議IR46新的修訂工作正在進(jìn)行，該項(xiàng)工作將對(duì)我國(guó)智能電表產(chǎn)品的未來(lái)發(fā)展路線產(chǎn)生較大影響，再加上我國(guó)早期上網(wǎng)運(yùn)行的智能電表將迎來(lái)分批次的產(chǎn)品更新?lián)Q代，2018年之后我國(guó)智能電表市場(chǎng)將有望迎來(lái)回暖，而新一代智能電表在智能化、模塊化等方面的不斷升級(jí)，也將進(jìn)一步推動(dòng)產(chǎn)品更新的進(jìn)程。

　　技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　隨著國(guó)網(wǎng)對(duì)于“雙芯”智能電表需求的進(jìn)一步加大，新一代國(guó)網(wǎng)表在法制計(jì)量功能與非計(jì)量功能上要保持相互獨(dú)立，其中計(jì)量芯需要通過(guò)法治認(rèn)證，保證在非計(jì)量功能和其他系統(tǒng)軟件升級(jí)、故障等情況下能夠獨(dú)立運(yùn)行，并確保不影響計(jì)量準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)可追溯。而雙芯將直接通過(guò)spi接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，利用表內(nèi)搭載的可升級(jí)管理芯，幫助政府、用電企業(yè)、節(jié)能公司、平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商、售電公司等行業(yè)組成部分獲取優(yōu)質(zhì)用電數(shù)據(jù)，解決智能電表在實(shí)際使用過(guò)程中的問(wèn)題，并推進(jìn)我國(guó)電能使用的進(jìn)一步優(yōu)化管理。

　　相關(guān)公司的發(fā)展

　　在國(guó)內(nèi)電表公司中，杭州海興電力科技股份有限公司在2016年呈現(xiàn)黑馬之勢(shì)。該公司在2016年國(guó)網(wǎng)第二輪電表采購(gòu)招標(biāo)中以13219.7461萬(wàn)元的中標(biāo)金額力壓威勝集團(tuán)、林祥能源、華立科技等知名企業(yè)位列第二名，僅次于寧波三星醫(yī)療電氣股份有限公司。相較2015年排名第十七位，公司于2016年首次招標(biāo)中躍居第五位，本次招標(biāo)更是高居第二位，進(jìn)步幅度驚人，與此同時(shí)，該公司于2016年11月正式掛牌上市上海證券交易所A股主板，主動(dòng)借力資本市場(chǎng)，募集資金總額超過(guò)20億元。資本市場(chǎng)與下游需求的雙向助力，將使海興電力在市場(chǎng)整體疲軟的大背景下保持較為良好的發(fā)展勢(shì)頭。

全球化趨勢(shì)加速智能電表技術(shù)發(fā)展

　　電能表是用來(lái)測(cè)量電能的儀表，又稱電度表，指測(cè)量各種電學(xué)量的儀表。近10年來(lái)，中國(guó)本土的智能電表進(jìn)行了大規(guī)模的安裝，這十年也是質(zhì)量提高、技術(shù)積累、不斷創(chuàng)新的十年。

　　但不得不提的是隨著“中國(guó)制造”的影響力不斷提升，無(wú)論是加工工藝，還是生產(chǎn)成本，中國(guó)市場(chǎng)成了全球智能電表競(jìng)爭(zhēng)、生產(chǎn)的第一戰(zhàn)場(chǎng)，相當(dāng)一部分國(guó)內(nèi)頂尖表廠紛紛走出國(guó)門。

　　商業(yè)的全球化勢(shì)必也會(huì)帶來(lái)技術(shù)的統(tǒng)一。在未來(lái)的10年里，智能電表技術(shù)可能會(huì)朝著以下幾個(gè)主要方面發(fā)展：

　　1.高集成度的芯片，通常我們所說(shuō)的電能計(jì)量SoC(片上系統(tǒng))如果既能降低成本，又使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，就是一個(gè)很好的平臺(tái)。它集成了豐富的外設(shè)，比如高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘、高精度功率計(jì)量、優(yōu)化的電源管理模塊等;

　　2.多通道通訊，通訊是電表“智能”的保障，各種數(shù)據(jù)交換、購(gòu)電、抄表都依賴于通訊，只有滿足且支持多路通訊，才能使電能表處在一個(gè)穩(wěn)定、高效的工作狀態(tài);

　　3.越來(lái)越高的數(shù)據(jù)處理能力，但要求越來(lái)越低的能耗，綠色環(huán)保是永恒的追求;

　　4.更好的人機(jī)互動(dòng)，隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的來(lái)臨，尤其是物聯(lián)網(wǎng)的到來(lái)，我們相信電表將從傳統(tǒng)的被動(dòng)電能計(jì)量裝置轉(zhuǎn)變?yōu)槟芨鄥⑴c用電控制的家庭網(wǎng)關(guān);

　　5.全球化的趨勢(shì)，針對(duì)各個(gè)地區(qū)的不同環(huán)境，智能電表在負(fù)載特性、絕緣要求、機(jī)械特性、使用環(huán)境、氣候等方面設(shè)計(jì)及測(cè)試也要進(jìn)行重新考慮。

　　智能電表作為瑞薩全球的重點(diǎn)應(yīng)用，目前推出了一款高集成度的電能計(jì)量SoC——RL78/I1，其具備以下特點(diǎn)：

　　1.基于DSAD技術(shù)的4通道計(jì)量;

　　2.高精度帶溫補(bǔ)的RTC;

　　3.優(yōu)秀的電源管理模塊，備有三套獨(dú)立的供電系統(tǒng)：VCC、VBAT和VRTC;

　　4.支持極度苛刻的EMC要求;

　　5.可實(shí)現(xiàn)三相電能計(jì)量功能;

　　6.系列化的產(chǎn)品，從64~100pin，64~256K滿足客戶的選型需求。

解決智能電表的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)評(píng)估問(wèn)題

　　智能電表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)評(píng)估

　　隨著智能電表在全球范圍內(nèi)日益廣泛的應(yīng)用，越來(lái)越多的智能電表將會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)安裝運(yùn)行。在現(xiàn)有的智能電表架構(gòu)下，由于技術(shù)上缺乏對(duì)由器件參數(shù)變化、環(huán)境變化、人為篡改等各種原因造成的誤差性能變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的有效手段，因而只能依靠在電能表日常運(yùn)維方式上采用抽檢、輪換等方式來(lái)確保電能表的現(xiàn)場(chǎng)性能。一方面，電能表的抽檢涉及到安裝、拆除、檢測(cè)等多個(gè)環(huán)節(jié)，造成了大量的管理維護(hù)成本，且覆蓋面有限、實(shí)施周期長(zhǎng);另一方面，電能表的定期輪換策略無(wú)法針對(duì)電能表當(dāng)前的實(shí)際性能進(jìn)行區(qū)別對(duì)待，既增加了資產(chǎn)成本，又造成了一定程度的資源浪費(fèi)。因此，如何從技術(shù)上對(duì)智能電表在全生命周期內(nèi)的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)評(píng)估，從而為智能電表的生產(chǎn)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)支撐和指導(dǎo)意見(jiàn)，成為電能表行業(yè)普遍關(guān)注的問(wèn)題之一。

　　CT作為最為常用的電流傳感器類型之一，由于具備線性度好、功耗低、隔離等優(yōu)點(diǎn)，在電能表，特別是三相表中被廣泛采用。但隨著現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境及負(fù)載類型的日益復(fù)雜，特別是外部強(qiáng)磁干擾、直流分量、沖擊負(fù)荷等影響的存在，對(duì)電能表的設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)，因此尋找特定情況下更為適合的電流傳感器替代方案也成為業(yè)內(nèi)廠家共同探索的焦點(diǎn)。

　　ADE9153系列計(jì)量芯片

　　ADI公司新近推出了基于mSureTM專利技術(shù)的電能計(jì)量芯片ADE9153系列，旨在解決電能表現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)誤差監(jiān)測(cè)功能。在不影響計(jì)量性能的前提下，芯片內(nèi)置的誤差監(jiān)測(cè)功能模塊可以對(duì)整表的誤差參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。結(jié)合智能電表已有的通信功能，誤差數(shù)據(jù)可以主動(dòng)上報(bào)(通信協(xié)議支持的情況下)或者定期查詢，主站系統(tǒng)可以基于單表數(shù)據(jù)或者海量電表誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步地分析和診斷。

　　與此同時(shí)，ADI結(jié)合專利的磁隔離iCoupler和isoPower技術(shù)，提供了多種用于替代電流互感器的三相電能表方案，其中包括已經(jīng)批量生產(chǎn)的ADE7978+ADE7932系列產(chǎn)品及正在研發(fā)中的后續(xù)產(chǎn)品。

國(guó)家電網(wǎng)第三階段智能電表的相關(guān)技術(shù)完善

　　國(guó)家電網(wǎng)從2009年開(kāi)始建設(shè)“統(tǒng)一智能堅(jiān)強(qiáng)”電網(wǎng)以來(lái)，已經(jīng)經(jīng)歷了規(guī)劃試點(diǎn)的第一階段和全面建設(shè)的第二階段，通過(guò)技術(shù)規(guī)范的指定、試點(diǎn)和特高壓，配電網(wǎng)的建設(shè)初步形成了智能電網(wǎng)的運(yùn)行控制和互動(dòng)系統(tǒng)。2016~2020年屬于引領(lǐng)提升的第三階段，此時(shí)需要完善電網(wǎng)的資源配置能力、安全水平和運(yùn)行效率，并進(jìn)一步提高電網(wǎng)和能源與用戶之間的互動(dòng)以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的信息化、自動(dòng)化和互動(dòng)化。

　　智能電表作為其主要基礎(chǔ)設(shè)備，將在以下三方面有重大變化。首先，針對(duì)目前現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行電表中存在的時(shí)鐘及運(yùn)行異常問(wèn)題，將當(dāng)前單相智能電表更改為電池可更換智能電表;其次，將通信協(xié)議從DL/T 645改為DL/T 698，以提高通訊效率和數(shù)據(jù)擴(kuò)展性;最后，智能電表為對(duì)應(yīng)國(guó)際法制計(jì)量組織的IR46標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)把計(jì)量模塊和其他模塊分開(kāi)。

　　ROHM的智能電表相關(guān)應(yīng)用

　　目前以藍(lán)碧石半導(dǎo)體(LAPIS Semiconductor,ROHM集團(tuán)旗下公司)專利產(chǎn)品晶振內(nèi)置的ML610Q496為主控芯片，配上周邊的LCD驅(qū)動(dòng)BU9792、電源的BU9677、EEPROM及二三極管等分立器件的方案取得了南方電網(wǎng)60%，國(guó)家電網(wǎng)30%份額的不俗表現(xiàn)。ML610Q496以其高精度高可靠性和易用性減輕了客戶開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)補(bǔ)償時(shí)間在客戶端以及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行端均表現(xiàn)出色，獲得了客戶一致好評(píng)。