全球化趨勢加速智能電表技術突破

　　面對單相三相以及海外不同的市場需求，藍碧石半導體繼承晶振內置特色技術上，加入了電源分離功能，升級了內核，變成了全新的ML630Q8xx系列。全系列采用Cortex-M0+內核， FALSH從256K到512K，RAM從24K到64K可選，可實現(xiàn)RTC獨立供電，且系統(tǒng)能夠直接進行硬件補償，無需軟件干預，大大減輕了客戶系統(tǒng)設計時的負擔，同一內核產品線也方便客戶在不同項目之間進行移植。另外，考慮到國內電表廠商在幾輪整合下綜合實力不斷提升后也逐步加快了海外市場的開拓，因此，在新系列當中也增加了GCM-AES加密功能。

　　周邊器件方面，LCD驅動BU9792最高時占有市場70%以上份額，目前的COG方案也已實現(xiàn)量產并進入到客戶評估階段。

　　今后IR46需要點陣的話ROHM集團也有充分的技術儲備來及時對應。小無線通信方面，藍碧石半導體也在積極開發(fā)適合中國市場的產品。

　　ROHM集團還對整個生產線進行了升級，產能大大進行了提升，今后也將持續(xù)穩(wěn)定地為客戶提供高品質的產品。

智能電表要求高性能、高集成度

   智能電表技術趨勢

　　智能電表作為智能電網的重要組成部分，正在全球范圍內大量部署。一方面，高級表計架構(AMI)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網、新能源等對智能電表提出越來越復雜的功能和安全性需求;另一方面，巨量的基礎設施建設對部署及運維成本、質量提出了挑戰(zhàn)。

　　ST智能電網項目市場應用經理李曉先稱，我們認為技術發(fā)展趨勢大致有：

　　1.高性能的載波、無線通信技術: 電表需要高速度、高可靠性網絡來支撐智能業(yè)務及系統(tǒng)自維護性需求，同時需要標準化、全面互操作性降低部署成本。以G3、PRIME、Meters&More為代表的電力線載波(PLC)國際標準，經過長期發(fā)展和批量使用，正被全球市場越來越多地采用。

　　2.資源豐富的能源管理平臺：智能電表將實現(xiàn)更復雜的能源管理協(xié)議，具備更多可靠性、自維護性功能，并在未來適應光伏并網、汽車充電、智能家庭等更多應用場景。這需要電表平臺既具有強大的計算/存儲能力，又具備廣泛的開發(fā)資源支持。

　　3.高集成度、SoC化：組件方面將更傾向SoC技術滿足功能和成本的要求，減少BOM數(shù)量，提升產品質量。相應的產品可以更緊湊簡潔，降低安裝成本和復雜度。

　　ST智能電表芯片及平臺

　　ST為智能電表提供從工程師熟悉的STM32/STM8系列微控制器、ST75xx系列載波調制解調器、SPIRIT1無線調制解調器、STPM系列計量芯片、VIPER/Altair系列電源管理器、EEPROM存儲器，到時鐘管理、接口驅動、系統(tǒng)保護、數(shù)據(jù)安全等全系列芯片支持。其中，在電力線通信方面，其ST75xx電力線Modem在單芯片上完成全部高性能調制解調、網絡管理和功率驅動，被大量使用在全球智能電表及光伏、路燈等工業(yè)場景。針對市場對性能、成本與可靠性的要求，ST推出高集成度的STCOMET SoC平臺，單片包含Cortex-M4內核、多協(xié)議全功能PLC調制解調，1:5000范圍內誤差小于0.1%的多通道計量，以及豐富的引腳、外設和加密硬件。其強大的軟調制使廠商可以在同一電表硬件上切換不同的通信協(xié)議類型與版本。STCOMET支持全部主流國際載波標準，為多市場、多類型智能電表提供單一解決方案。ST同時提供只包含載波部分的STCOM芯片，支持不同開發(fā)模式及應用場景。

　　智能電表的體系化、模塊化和一體化

　　智能電能表的產業(yè)體系化

　　智能電網已經成為當今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動力。智能電能表作為智能電網建設的重要基礎設備，加快其發(fā)展對于電網實現(xiàn)信息化、自動化、互動化具有重要支撐作用。智能電能表結構和功能的設計，智能電能表的專業(yè)化制造，智能電能表產業(yè)化的推廣，智能電能表的售后維護，新技術的開發(fā)等，這些生產環(huán)節(jié)必須要進行合理化的管理，要結合其他產業(yè)的相關經驗進行經營管理。

　　智能電能表的功能模塊化

　　當前電能表方案普遍采用功能一體化設計。電能表計量模塊的性能容易受到其他部分軟硬件設計的影響;而其他功能的損壞或失效容易累及電能表的計量部分。因此，電能表一旦出現(xiàn)故障，只能進行整表更換，以保障電力計量工作的順利進行。這勢必增加了智能電能表的維護成本，也造成了嚴重的資源浪費。如果實現(xiàn)智能電能表的模塊化設計，就可以根據(jù)故障點，只對相應的故障模塊進行更換。這將大大降低地市電力公司的日常維護成本。

　　為了防止電能表程序遭到篡改，保證電能表計量功能的安全可靠，國家電網公司不允許電能表進行軟件的在線升級。隨著智能電能表在我國的全面鋪開，很多問題和需求涌現(xiàn)出來。為了解決舊問題，滿足新需求，國網公司只能通過修改標準的方式進行重新招標。各地市公司只能將所有已鋪設的電能表進行拆除，更換成新的電能表。這種更新?lián)Q代方式不但周期長、成本高，還造成了大量的資源浪費，給國網公司帶來了極大的成本壓力和施工壓力。如果實現(xiàn)智能電能表的模塊化設計，就可以將電能表的計量部分和非計量部分設計成獨立的功能模塊。對非計量部分的功能模塊進行軟硬件的升級，并不會對核心的計量部分造成影響。這不僅保證了電能表計量功能的安全可靠，還滿足了居民用電過程中不斷變化的功能需求。

智能電能表的接口一體化

　　電能表從老式的機械表到智能電能表演變過程涵蓋了電能表接口一體化的過程。目前智能電能表僅國家電網范圍內每年招標六千萬只左右，數(shù)目是龐大的，涉及上百家表廠、芯片提供商、端口提供商，從研發(fā)設計到生產調試，再到現(xiàn)場安裝使用，如果沒有統(tǒng)一的標準將耗費巨大物力和人力，對于電力公司將增加巨大檢測成本，管理成本。對電力用戶來說種類繁多的接口也勢必影響使用體驗度和應用安全性。具有一體化接口的智能電能表實現(xiàn)了研發(fā)設計的標準化、生產檢定的自動化、庫房管理的標準化、實施安裝的統(tǒng)一化、抄讀付費的信息化。另外隨著水、電、氣、熱四表集抄方案的推進，及物聯(lián)網技術的應用，接口一體化的智能電能表是適應信息時代的產物，符合智能硬件的智能化和信息化的特點，符合萬物互聯(lián)的市場需求。

　　智芯微電子助力電力芯片國產化

　　北京智芯微電子科技有限公司定位于以芯片技術為核心支撐的整體解決方案提供商，主導電力專用芯片設計，重點支撐智能電網發(fā)、輸、變、配、用、調度等各個環(huán)節(jié)，穩(wěn)步拓展環(huán)保排污、軌道交通、石油石化、汽車電子、鋼鐵冶金等工業(yè)領域應用需求;通過開展技術創(chuàng)新、應用創(chuàng)新、人才團隊建設，有力推動了電力芯片國產化進程。

滿足智能電表高要求的電表雙模通信方案

　　雙模通信方案將得以應用

　　東軟載波的資料顯示，國內的智能電網建設已邁入了第7個年頭，國網公司的“全覆蓋、全采集、全費控”的建設目標正在逐步實現(xiàn)，同時國網公司還在積極推進雙向互動、四表(水電氣熱)合一等新業(yè)務的應用，這也促進了集抄通信技術的進一步發(fā)展和更新?lián)Q代，因為傳統(tǒng)的電力線窄帶載波通信技術雖然能滿足一般電量采集的功能要求，但是在遠程費控、多表合一采集等方面，由于其對通訊實時性和大數(shù)據(jù)量采集的功能要求較高，因而顯得有點力不從心。所以近幾年雙模通信方案、寬帶載波通信方案得到了越來越多的應用。

　　國外智能電網建設進展不盡相同，大部分國家仍處在機械表向智能表改造這一階段。國內電表及方案廠家在我國智能電網改造中積累了大量經驗，也有很多成熟先進的產品，這是我們走出去的機會。

　　目前低壓集抄的通信方案仍以電力線窄帶載波為主，載波通信效果受電網環(huán)境影響較大，不同國家在電網建設、電器設備的接入和使用等有較大差異，從而導致了電網環(huán)境的千差萬別。對于電網環(huán)境中電力線噪聲大、信號衰減嚴重等情況，單一的窄帶低速載波難以解決問題，通信效果難以達到應用要求，使得現(xiàn)場維護工作難度大大增加。針對這一問題，東軟載波推出了載波和無線技術結合的雙通道通信方案，解決了載波衰減、信號孤島等單一載波方案難以解決的問題，真正做到了免現(xiàn)場維護。

　　東軟載波相關技術

　　東軟載波有國內完整的先進產品線，有窄帶低速載波、窄帶高速載波、微功率無線、雙模、寬帶載波等各種通信方案，可以針對不同客戶不同的應用需求提供完善的解決方案。包括窄帶低速1643系統(tǒng)、窄帶高速1653系統(tǒng)、微功率無線1645系統(tǒng)、雙通道53-61系統(tǒng)及寬帶低速1663系統(tǒng)等。其中，寬帶低速1663系統(tǒng)采用寬帶低速載波芯片SSC1663，OFDM調制方式，頻率范圍為1.95～11.96MHz，通信速率為100～25Mbps。

　　SSC1663芯片突破性應用

　　2017年春晚上的哈爾濱分會場冰雪燈光照明系統(tǒng)中選擇了電力線載波控制技術，也同時使用了SSC1663芯片的控制模塊。春晚的冰雪舞臺也是首次突破了緯度高、氣溫低、需耐受零下40℃應用環(huán)境的“高寒禁區(qū)”，單一主題公園領域燈具控制數(shù)量最多的世界紀錄，僅燈具數(shù)量就達到3萬余盞，而燈具種類更是高達上百種。

參考文獻：

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　　[4]金旺.智芯助推智能電網芯片國產化進程[J].電子產品世界,2016(12):14-15.

本文來源于《電子產品世界》2017年第2期第18頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。