基于智能電網(wǎng)AMI的智能電表系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用

張紅云

[摘 ?要]近些年，智能電網(wǎng)得到了蓬勃發(fā)展，與此同時(shí)，電力行業(yè)也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。AMI（高級(jí)量測(cè)體系）與智能電網(wǎng)正在重新定義能源效率的另一種形式，于是建設(shè)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)且環(huán)保的電力系統(tǒng)已經(jīng)成為全球電路行業(yè)共同的目標(biāo)。本文以多功能低功耗的計(jì)量芯片MAXQ3180為例，對(duì)智能電表的系統(tǒng)開發(fā)做了簡(jiǎn)要的闡述。

[關(guān)鍵詞]智能電網(wǎng) ?AMI ?智能電表系統(tǒng) ?開發(fā)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM933 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-914X（2016）24-0395-01

顧名思義，智能電網(wǎng)就是將電網(wǎng)通過一定的技術(shù)智能化，說白了，智能電網(wǎng)就是建立在集成的高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)上，將測(cè)量技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等多種先進(jìn)的IT技術(shù)，以及先進(jìn)的決策和方法應(yīng)用在智能電網(wǎng)中。將再生的能源接入智能電網(wǎng)，從而提高電力系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換以及傳授效率，以確保實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效的目標(biāo)，為用戶提供最優(yōu)質(zhì)的服務(wù)以及高質(zhì)量的供電。

一、智能電表的概念

智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)有高級(jí)量測(cè)體系A(chǔ)MI、高級(jí)配電運(yùn)行體系A(chǔ)DOI、高級(jí)輸電運(yùn)行體系A(chǔ)TOT和高級(jí)資產(chǎn)管理系統(tǒng)AAMI四部分。智能電網(wǎng)只有具備靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和集成通信系統(tǒng)，智能電網(wǎng)的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的體系才能夠形成。

高級(jí)量測(cè)體系A(chǔ)MI的功能是向用戶授權(quán)，是智能電網(wǎng)系統(tǒng)與負(fù)荷建立聯(lián)系，使電網(wǎng)的運(yùn)行得到用戶的支持。高級(jí)量測(cè)體系A(chǔ)MI是由多種技術(shù)和應(yīng)用集成的解決方案體系，其主要技術(shù)和功能如下：

1.智能電表。電能的價(jià)格是電力改革的關(guān)鍵點(diǎn)，智能電表得到了用戶和電力系統(tǒng)的重視和好評(píng)，因?yàn)橹悄茈姳聿粌H能夠顯示用戶用電量，而且還能顯示電能價(jià)格。甚至可以說智能電表推動(dòng)了現(xiàn)代社會(huì)的生活方式以及改變了電力公司對(duì)電能的管理機(jī)制。

2.通信網(wǎng)絡(luò)。智能電表采用的是集成的、高速的、雙向的通信網(wǎng)絡(luò)。將采集到的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)的從智能電表傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。因而，智能電表的高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)也是智能電網(wǎng)四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)。

3.計(jì)量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。計(jì)量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是一個(gè)自帶分析工具的數(shù)據(jù)庫(kù)，其通過與高級(jí)量測(cè)體系A(chǔ)MI自動(dòng)收集數(shù)據(jù)系統(tǒng)的配合工作，從而處理和存儲(chǔ)智能電表的計(jì)量值。

4.用戶室內(nèi)網(wǎng)NAN。通過網(wǎng)關(guān)或者用戶的入口將智能電表和用戶戶內(nèi)的可控裝置連接起來，使用戶根據(jù)電力公司的需求，積極慘啊與并響應(yīng)滿足電力公司的需求及電力市場(chǎng)的需求。

5.為用戶提供服務(wù)。例如分時(shí)電價(jià)或?qū)崟r(shí)電價(jià)。

6.遠(yuǎn)程接通或者斷開。傳統(tǒng)的電表是單向通行電表，并且不能激勵(lì)用戶節(jié)約用電，導(dǎo)致用戶缺乏節(jié)約用電的動(dòng)機(jī)，在用電高峰時(shí)，電力公司經(jīng)常超出供給，而在用電低谷時(shí)期，電力需求又不足。因此，先進(jìn)的智能電表就是在這個(gè)環(huán)境下產(chǎn)生的。智能電表不僅能及時(shí)反映電力市場(chǎng)的電價(jià)、供給電量以及需求電量等信息，而且也能夠在用電高峰時(shí)期讓用戶有節(jié)約用電的意識(shí)。同時(shí)，智能電表的應(yīng)用不僅讓智能電網(wǎng)具備了實(shí)時(shí)分析、做出決策和計(jì)劃的多層智能，而且還使智能電網(wǎng)具備收集、發(fā)布電力信號(hào)的功能，在一定程度上優(yōu)化了電力系統(tǒng)的所有投資和運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)也協(xié)調(diào)了發(fā)電機(jī)組和用戶電器之間的關(guān)系。目前，智能電表不僅可以進(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，而且還可以通過儀表的網(wǎng)絡(luò)通信接口組成分布式測(cè)控的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸?？傊悄茈姳韺?shí)現(xiàn)了用戶和電力公司的實(shí)時(shí)通信，讓用戶基于環(huán)境和電力的價(jià)格，最大程度的優(yōu)化了電能。

二、用戶對(duì)智能電表計(jì)量領(lǐng)域提出的要求

隨著高新技術(shù)以及市場(chǎng)的快速發(fā)展，使用電能的用戶也對(duì)智能電表的計(jì)量提出了新的需求：

1.提供除了電能之外，智能電表還提供了電流、電壓、功率、有功功率和無功功率、視在功率及電壓相角等與電力系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，因?yàn)檫@些參數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)作有著極其重要的意義。

2.提供諧波參數(shù)。諧波之所以能夠?qū)﹄娋W(wǎng)造成污染，則是因?yàn)殡娏﹄娮釉O(shè)備和電氣設(shè)備的使用，如整流器、USB電源、電子調(diào)速裝備以及軋鋼機(jī)等設(shè)備?？傊娏﹄娮釉O(shè)備和電氣設(shè)備不但會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成功率嚴(yán)重?fù)p耗的后果，而且也會(huì)縮短電力電子設(shè)備及電氣設(shè)備的使用壽命、接地保護(hù)及遙控功能失靈、電網(wǎng)過熱等危害。所以基于諧波帶來的危害影響，電力部門已經(jīng)加強(qiáng)了對(duì)諧波參數(shù)的監(jiān)測(cè)。

3.降低功耗。智能電表的功耗是有電力部門承擔(dān)的，可以說其是計(jì)量表的負(fù)載。例如每只機(jī)械表所耗損的功率是1.8W，而電子表耗損的功率是0.6W。雖然電子表所耗損的功率小于機(jī)械表所消耗的功率，而且電子表的耗功也不算太大，但是全國(guó)大約有5億臺(tái)電表，所以總的算下來，全國(guó)所有電子表每年所耗損的功率都是一個(gè)龐大的數(shù)目。另外，防竊電也屬于降低功耗，竊電者通過改變電表計(jì)量電壓回路的接線方式，導(dǎo)致計(jì)量電壓出現(xiàn)故障，降低電能表的額定電壓，從而導(dǎo)致電能表不計(jì)量或者少計(jì)電量。

針對(duì)以上各種情況，通過使用多功能低功耗計(jì)量芯片MAXQ3180就可以滿足設(shè)計(jì)低功耗智能電表的要求。

三、降低智能電表系統(tǒng)功能耗損的有效措施

主機(jī)作為智能電表的核心部分，對(duì)智能電表系統(tǒng)的管理有著重要的作用，由于智能電表使用的是MAXQ3180多功能計(jì)量芯片，所以主機(jī)只負(fù)責(zé)管理工作和通信工作，對(duì)于滿足降低功耗的要求，選擇低功耗的控制器就行了。低功耗產(chǎn)品可以選擇STM32F107xx嵌入式控制器。在一般情況下，通信以及存儲(chǔ)都是在需要時(shí)才工作，除了工作之外的其他時(shí)間都處于靜態(tài)低功耗的狀態(tài)，所以其平均功率也比較低，構(gòu)不成低功耗的障礙。實(shí)時(shí)時(shí)鐘只有在電池供電狀態(tài)下運(yùn)行，所以其設(shè)計(jì)理念也保證了低功耗。另外，LED顯示器和驅(qū)動(dòng)器本身就是低功耗的器件，所以也不是降低智能電表系統(tǒng)功耗的重點(diǎn)。電能計(jì)量是對(duì)功率進(jìn)行積分的過程，所以計(jì)量芯片要一直持續(xù)不斷的進(jìn)行工作，因此，電能計(jì)量也就成為智能電表系統(tǒng)中功耗不受控制的一部分。

針對(duì)電能計(jì)量的所耗損的功率，可采取以下幾種方法來降低智能電表系統(tǒng)的功耗：

1.采用功率小的供電電壓。電能表的主流供電電壓是5V，智能電表的計(jì)量芯片為了與主機(jī)的電源相匹配，所以也選擇采用5V的供電電壓。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，3.3V的供電電壓迅速成為主流，因此，應(yīng)該將計(jì)量芯片5V的供電電壓轉(zhuǎn)換為3.3V的供電電壓，從而有效降低智能電表系統(tǒng)的功耗。

2.采用間歇工作模式。由于當(dāng)前工藝的技術(shù)水平，計(jì)量芯片在電池供電模式下，不能夠持續(xù)的全速工作。但是使用間歇工作模式進(jìn)行模擬也是一種較好的解決方法，不但可以降低智能電表的工作電流，而且也可以縮短工作的時(shí)間。

3.采用開關(guān)電源。在智能電表開發(fā)中，從成本和電磁兼容兩方面進(jìn)行考慮，都會(huì)選擇傳統(tǒng)變壓器加線性穩(wěn)壓器，而在智能電表的開發(fā)設(shè)計(jì)中采用開關(guān)電源，不僅提高了電源效率，而且其可靠性也高、波紋也小。

四、總結(jié)

高級(jí)量測(cè)體系A(chǔ)MI成為用戶和電力系統(tǒng)之間的可靠橋梁，它通過網(wǎng)絡(luò)將電網(wǎng)、用戶以及電能量的儲(chǔ)存等有效的連接成一個(gè)整體，既讓用戶參與了電力市場(chǎng)，同時(shí)又提升可電力公司的運(yùn)行機(jī)制。因此，加強(qiáng)研發(fā)智能電表對(duì)智能電網(wǎng)的發(fā)展有著重要的意義。

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