智能化電能計量技術(shù)提升能效，讓世界變得更環(huán)保

引言

我們都很熟悉那些隱藏在車庫、地下室或其它隱蔽之處的電表了。我們甚至可能每月會檢查它一次或兩次，并將電表上的最新讀數(shù)打電話告訴電力公司，而不是估算一個數(shù)字。隨著技術(shù)的發(fā)展，一場靜悄悄的革命正在這普普通通的電表上發(fā)生。

圖1顯示的是一款在19世紀后期開發(fā)的傳統(tǒng)機電式電表，它帶有一個轉(zhuǎn)盤和一個機械計數(shù)顯示器。這種電表通過計算該轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)來計量電能，金屬轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)速度與所用電能成一定比例。轉(zhuǎn)盤周圍的線圈通過施加一個與瞬時電流和電壓成比例的渦電流和推力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，它利用一個永久磁鐵在轉(zhuǎn)盤上施加阻尼力，以在斷電后使之停止旋轉(zhuǎn)。

圖1：機電式電表。

電表發(fā)展的第一個里程碑是機電式電表被固態(tài)電子式電表所代替。電子式電表利用高度集成的器件(如ADE516x1、ADE556x2 、ADE716x3、ADE756x4和ADE77xx5系列電能計量IC6來計量電能。這些器件通過一個高精度的Σ-ΔADC來將瞬時電壓和電流轉(zhuǎn)成數(shù)字量，然后計算電壓和電流的乘積，就能到以瓦特為單位的瞬時功率 。對瞬時功率按時間進行積分就可以得出已消耗的電能值，它通常以千瓦時(kWh)為單位計量。消耗的電能數(shù)據(jù)顯示在一個液晶顯示屏(LCD)上，如圖2所示。

電子式電表有很多優(yōu)勢。除了可計量瞬時功率以外，它還可以計量其它參數(shù)，如功率因數(shù)和無功功率。它能夠每隔一個特定時段計量并存儲數(shù)據(jù)，這就允許電力公司提供分時段計費服務。這樣一來，聰明的用戶在費率較低的非高峰時期使用主要電器(如洗衣機和烘干機)，這樣能節(jié)省電費，而且高峰期的電能需求量減少了，電力公司也可以避免建設新的發(fā)電廠。電子式電表還不會受到外部磁場或電表本身放置角度的影響，因此它們的防竊電性能要優(yōu)于機電式電表。此外，電子式電表的可靠性也非常高。

ADI公司在機電式電表向電子式電表的演變過程中起到了關(guān)鍵的作用，迄今為止已經(jīng)銷售了超過2.25億塊電能計量IC。根據(jù)IMS Research公司的報告，2007年付運的所有電表中，75%是電子式的，25%是機電式的7。

圖2：固態(tài)電子式電表。

電子式電表打開新的機遇

一旦電表數(shù)據(jù)可以以電子形式得到，在電表上增加通信功能就變得很有意義了，因為這樣就允許電表通過通信鏈路使用自動抄表(AMR)功能遠程發(fā)送電表數(shù)據(jù)。電表制造商已經(jīng)開發(fā)出多種不同的遠程抄表系統(tǒng)架構(gòu)，大致可分為近距離無線抄表系統(tǒng)、車載無線抄表系統(tǒng)和聯(lián)網(wǎng)抄表系統(tǒng)。圖3顯示了車載抄表系統(tǒng)。在該案例中，電力公司派出一部裝有無線數(shù)據(jù)收集器的汽車，該車只要經(jīng)過居住區(qū)就可高效地收集電表數(shù)據(jù)。車載抄表系統(tǒng)使一個電力公司員工能夠在一天內(nèi)抄到的電表數(shù)量是近距離抄表系統(tǒng)的五倍，是人工抄表數(shù)量的十倍。在聯(lián)網(wǎng)抄表系統(tǒng)中，電表數(shù)據(jù)被傳輸?shù)揭粋€固定的數(shù)據(jù)收集器，它通常位于某街道或居民區(qū)盡頭的一根電線桿上。然后數(shù)據(jù)會通過寬帶或無線蜂窩網(wǎng)絡傳輸?shù)诫娏尽?/P>

圖3：車載抄表器。

從AMR到AMI

最初，以AMR系統(tǒng)取代人工抄表只被簡單地看作是一種降低人工成本的途徑，但這一看法正在改變，因為業(yè)界認識到AMR允許電力公司方便地提供更大的好處和更好的服務(如實時計費)，從而進一步提升能效、實現(xiàn)故障即時報告，以及提供更精確的數(shù)據(jù)來規(guī)范網(wǎng)絡內(nèi)用戶的用電習慣。AMI(先進抄表基礎(chǔ)設施)有時會替代AMR，以突出與簡單遠程抄表的區(qū)別。AMI聯(lián)網(wǎng)抄表系統(tǒng)可以利用從衛(wèi)星到低成本無線電在內(nèi)的各種技術(shù)來實現(xiàn)，其中兩種主導性新興技術(shù)是RF技術(shù)(利用開放的工業(yè)、科學和醫(yī)學(ISM)頻段)和電力線載波技術(shù)(PLC)。

RF技術(shù)采用低功耗、低成本的無線電系統(tǒng)來無線傳輸電表信息，PLC則利用電力線本身來傳輸。ADI公司已經(jīng)開發(fā)出了針對這兩種技術(shù)的解決方案，ADF7xxx系列短距離收發(fā)器8可滿足ISM頻段RF應用的需要，而基于廣泛使用的Blackfin?處理器9的SALEM?系列則可滿足PLC技術(shù)的需要。這兩種技術(shù)都各有利弊。特別對于水表和氣表來說，基于在水或氣旁邊部署電力線的安全問題考慮，RF技術(shù)正變成主要的選擇。水表由于經(jīng)常被埋于地下，情況也更復雜一些。對于電表而言，混合使用這兩種技術(shù)看起來可能性最大，北美青睞RF，而歐洲則傾向于PLC。在美國，一小部分家庭通常只連接到一個變壓器，這使得PLC方案不太經(jīng)濟。在某些情況下，電力公司采用混合方案部署AMI，電力線用于數(shù)據(jù)收集器和電表之間的通信，RF用于電表和室內(nèi)其它計量表或設備之間的通信。Google地圖中有一個顯示全球AMR/AMI部署10和現(xiàn)場試驗的很有意思的頁面，它顯示了最新的部署信息。