智能电网中智能电表的重要性

的机械式法拉盘电表。

　　2004年，我在印度海德拉巴市的ECE工业设备有限公司参观了一个这样的工厂，这曾经是一家生意兴隆的机械电表制造厂，利用从德国计量公司引进的技术，每年的最高产量达到八百万套。这个重要的工业制造厂坐落在美丽的花园绿洲之中，值得一提的是这里曾经拍摄了多部宝莱坞时期的经典影片。但在我参观这座厂房是，它已经是"人去楼空"，堆积着一些闲置设备，我的向导(曾经在这家工厂担任过领班)悲哀地向我解释说，由于具有高级防篡改功能的低成本半导体电表的快速发展，这座工厂已经处于完全停产状态。

　　而就在那个时候，中国也推出了第一代集成了模/数转换器的表面贴装计量ASIC，该器件把电压和电流的乘积转换成数字脉冲输出，脉冲信号送入千瓦时计数器进行计量。这一代产品在当时对电器设备以及基本电费计量高度需求的环境下，对于开发新兴电表工业起到了一个重要的过渡作用。许多本地OEM厂商考虑到低成本的PCB制造工艺，都采用了这种技术。

　　随着电力行业从传统的基本费率管理体制转向以市场调控为主导的竞争机制，驱使电表计量结构的第二次变革。由于电力公司开始引入分时计费体制，增添了自动抄表(AMR)、微控制器、无线电通信、LCD以及实时时钟(RTC)等器件，这些器件被集成到计量ASIC(也称为模拟前端或AFE)，促进了多芯片标准化方案在住宅电表设计中应用。

　　特殊的应用和计量要求通常需要更高的设计水准，随着电力行业需求的改变以及设计标准的全球化，加上复杂电子系统整合的设计挑战，提高了进入这一行业成为全球高端供应商的门槛，也大大减少了专业制造商的数量。而在计量设备中增加基本通信功能的日趋重要性，也进一步加剧了这一趋势。当然，并不是世界各地所有的供应商都在同时经历这一转折。

　　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。电路通过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