智能电网中智能电表的重要性(2)

智能电网的优势

当IC供应商意识到，为了在更短的时间内满足大批量生产低成本、高复杂度、高可靠性产品需要大量的表计OEM厂商支持时，IC供应商从2003年左右开始推出了高度集成的专用片上系统(SoC)产品。片上系统集成了AFE、RTC、LCD驱动器以及MCU等通用模块，并提高了可靠性、灵活性以及测量性能，使得全球各地的OEM厂商能够以更快的速度开发出可靠的低成本电表。仅仅使用单片SoC，配合通信模块，即可快速满足专用的电力行业的基本要求。

智能电网概念的引入以及电力行业标准要求的不断提高，需要在智能电网应用中增加更多的存储器、安全和通信功能，这就要求器件中集成更多的数字电路，集成度按照摩尔定律不断攀升的半导体制造工艺的发展也顺应了这一应用需求。这是代表了半导体工艺发展价值的一个经典案例，它加速了计量工业的变革。

整体大于部分

IC制造商可以按照部分与整合确立自身的定位，这种区别可能非常细微，但却非常重要。初看起来，Teridian的计量SoC只是对传统模块的整合，其中也包括了基本计量表。这种快速的复制-粘贴方案类似于分离式数/模转换器(ADC)或微控制器供应商提供的相当通用的设计。而分离式设计是针对特殊应用提供参考设计和相关程序，并非芯片级设计。

按照市场需求，Teridian拥有专利的“单转换器技术”集成了一个21位、2阶Σ-? ADC，七个多路复用模拟输入和一个可编程计算引擎(CE)，如图1所示。这种架构解决了多路数据采集方案存在的众多问题，比如噪声和不均衡。在工业温度范围内，该ADC仍可保持由于2000:1的动态范围，具有业内最佳指标。32位CE为信号处理器，通过硬件实现标准测量功能，并可对系统进行升级支持新的用户功能。

图：Teridian最新一代计量IC，在单芯片中集成了计量和接口功能。

通过ADC前端的多路复用器实现多相测量，同时集成了计算引擎实现测量功能。

第四代Teridian器件采用专有的隔离技术(见图)，利用低成本电流分流器替代电流变压器和铜馈线。Teridian的最新一代计量IC集成了计量和接口功能，结构区别主要在于多路复用ADC和用于测量的专用计算引擎。

集成通信功能?

到目前为止，绝大多数分离式和基于SoC的计量方案，均采用传统的计量与通信模块相分离的方案。这种系统分割主要依据了AMR行业的惯例。许多通信基础设施运营商作为独立的商业实体运作，并通过专用的通信模块提供电表的连接。然而，这种惯例在大型电网中正在开始改变，把通信功能集成到单板设计或更高集成度SoC，可以有效降低硬件成本。这不仅降低了智能电表的成本，同时也提高了产品的可靠性。

我们目前看到的智能电网在设计架构上发生了根大变革，涉及不同的行业和边缘技术，特别是把计量与通信功能整合到了单一器件。截止2009年，接近50%的智能电表是基于单板设计，SoC取代了许多冗余微控制器、存储器件和接口。此外，许多设计中低端收发器被RF/电力线通信(PLC)调制解调器所取代，并将功能强大的协议处理集成到SoC。

如上所述，智能电网正在开发RF和PLC技术的应用。在美国，家庭连通方案主要采用ZigBee、Homeplug和Wi-Fi (IEEE 802.15.11)技术。网络连通(电网)可能采用任何非标准方案，而在通信模块和设备(诸如智能电表和家用电器)之间将制定一套标准接口(详细信息请参考www.usnap.org)。

电网设备中不可或缺的是安全性和高层互通性(定义为ANSI12.19)，以确保各种智能电网子系统成为互通、安全网络。正在开发的SUN PHY (IEEE 802.15.4修订)和IEEE 1901技术致力于制定统一的PLC技术(http://grouper.ieee.org/groups/1901/)。这些技术开发使得人们目前很难预测主导未来市场的标准。但有一点是确定的，家庭网络(HAN)中消费者在市场上会有多种选择方案，通信链路之间的桥接方案将很快投放市场。

至于安全性，目前HAN(ZigBee、Homeplug)采用的是128位加密方案，电网中可能采用256位加密方案，例如：ZigBee智能能量管理2和802.16 WiMAX。许多AMI设备的数据传输速率达到了50至100kbps。

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