智能电网智能电表计量芯片(2010126)

电能计量芯片的研发热点 • 更高的可靠性
– EMC/EMI试验 – 长期稳定性
• 更多的电能质量测试
– 分次谐波分析、基波/谐波电能计量、电压夹角等
• 更低的功耗
– 节能，防窃电
• 更大的动态范围
– DL/T 614-2007要求能够做到10倍表以上，而失压、失 流等功能需要对启动电流（0.1%Ib）能够准确测量。
智能电网、智能电表、 计量芯片及其发展方向
讨论会
昊昱集团
武汉昊昱微电子有限公司技术部
2010年1月27
讨论会的目的
会议的背景：随着全球智能电网概念的提出并实施，中国的 智能电网的建设也如火如荼的展开。 中国国家电网公司智能电网规划即将出台，部分智能电网标 准和研究框架有望在春节前出台，这意味着中国智能电网今 年将正式进入可操作阶段 。 中国国家电网2010年的电网投资将在2700亿元左右，而未来 电网智能化建设的投资总额预计将达到4000多亿元，可能还 会有追加，而这些投资最大的受益者就是电力设备制造商和 元器件供应商 。
目前主流电能计量芯片对比
型号 ADE7755 电压1通道 电流1通道 CS5464 电压1通道 电流2通道 无 通道个数 接口 精度 500:1 动态范围 误差0.1% 1000:1 动态范围 误差0.1% 参数 输出方式 电能质量 功耗 封装
正向 有功 瞬时电压电流 电压电流有效值 视在、有功、无功 功率因素 电压电流有效值 视在、有功、无功 线频率 电压电流有效值 视在、有功、无功 电压频率 电压电流相位 瞬时电压电流 电压电流有效值 视在、有功、无功 功率因素
昊昱公司与智能电表
智能电表概念
电表：这个是用电单位与电力公司之间连接点的一个量测装置。电
力公司就是依据电表的数据来向各个用电单位收费。
智能电表：则是利用了网络通讯做一个类似电力公司与家庭之间
的闸门。就像是家里利用 ADSL或是 Cable与电信公 司或有线电视公司的连接点一样。
智能电表概念的理解
其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供 满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的 接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。
从整个过程建立智能电网概念
‘新的设备增加更多新的应用’ 更高级的管理 系统
经济的 分配 能源 优化 资产 优化 需求 优化
传输 优化
家庭 用户
各级控制 系统
国内智能电表发展情况
智能电表标准的制定
中国电科院参与国网电表标准的制定，该标准是中国电科 院（北京）和国网电科院（南京）共同制定，并且提交进 行审批。具体的各个方面标准的制定，由电科院下面负责 的具体的研究所和相关科室负责制定和撰写。 制定流程：
国网电科院
中国电科院
下达任务
具体负责部门
制定提交
国网电科院
国内智能电表发展情况
目前中国智能电表技术研发情况：
北京工业大学数字社区教育部工程研究中心研究情况：
其最早设计的智能电表方案重点主要在通信方面，家庭的局 域网络采用Zigbee的局域网连接方式，组成家庭各个用电器 和电表之间的通信方式。电表和外界的通信使用网线采用网 络通信方式。
主要工作重点：放在电表的通信方面 认为的难点：是电表用户处的计量值和控制中心采集的计量 值会存在偏差，他们猜测是通信中问题造成的 解决电表用户处的计量值和控制中心采集的计量值 之间偏差的问题，可以成为下一步共同的研究方向。
智能电表将是建立家庭和供电企业双向 。
智能电表被采用用于构建家庭局域网络，家庭局域网将帮助创建一个
能源网关来连接到智能电器和其他用电密集的设备。 随时根据实时的电价控制用电，实现用电最优化。 其它可再生能源如风能、太阳能、氢电池、生物沼气等输出电力赚钱 ，同时增加能源利用效率以及减少碳排放。
还具备基波功率测量功能，这对电能质量监测至关重要。
智能电表后期工作
对于智能电表领域我们首先需要找到“切入”的机会
1、设计出兼容CS5464和RN8209的计量芯片，并克服当前两款芯 片出现的应用问题，初步切入市场。制定一个系列的计量芯片产 品的计划，系列中的高端产品需要注重电能质量的测量。
2、解决电表用户处的计量值和控制中心采集的计量值之间偏差 的问题。提供给电力公司更多的技术支持。 3、以集成计量芯片到MCU中为突破口，与中国电科院进行合作， 争取成为国网标准中指定的MCU芯片。
ATT7051 ATT7053
电压1通道 电流2通道
SPI
存储器 脉冲
无功功率 电压电流 相位 SAG、峰值 周期、角度 电压电流 相位 基波功率
23mW
24pin SSOP 28pin SSOP
昊昱希望携手三洋
寻找
智能电网更多的合作机会
大纲
智能电网和智能电网的发展趋势 智能电表和智能电表的发展趋势 当前电表的技术水平和标准
昊昱
当前计量芯片的情况 合作讨论关于计量芯片的技术指标 寻找电表中其它的机会 下一步工作计划的确定
智能电网 将能够…
何为智能电网？ 智能电网的发展目标 智能电网的主要特征 智能电网的主要技术 智能电网的国际标准 各国的情况
目前主流电能计量芯片应用情况
主要公司 杭州华立 宁波三星 许继电气 泰瑞捷 浩宁达 江苏林洋 杭州西力 科陆电子 思达高科 北京博纳 北京煜邦 使用的计量芯片 型号 RN8209 RN8209 CS5464 RN8209 RN8209 RN8209 RN8209 RN8209 RN8209 CS5464 CS5464 没有反馈CS5464的使用问题 反映了CS5464的使用问题，后期使用RN8209 反映8029有应用问题 备注
脉冲
无
15mW
SPI
存储器 脉冲
功率因素
25mW
24pin SSOP 28pin SSOP
RN8209
电压1通道 电流2通道
SPI RSIO
1500:1 动态范围 误差0.1% 2000:1 动态范围 误差未说 明 1000:1 动态范围 误差0.1%
存储器 脉冲
无功功率
32mW
24pin SSOP 28pin SSOP
国内智能电表发展情况
国内电表市场情况
招 标 信 息
国网表(KK/PCS)
总量(KK/PCS) 2010年 130 20 30
南网表(KK/PCS)
90 10 20
农网(KK/PCS)
100 20 20
2011年
2012年
30
20
20
30 2013年 20
30
20
10
20
2014年
国内智能电表发展情况
信息和传输 管理 传输 自动化 先进的 传感器 终端 管理 分配 自动化 先进的 计量
各种能源以及 先进的输配电
火电站
电力线 变电站 终端 设备 电压 控制 可再生 能源
‘智能电网将实现整个过程的自动、可视、可控、互动’
智能电表
智能电表概念 智能电表标准 国内智能电表的情况
后期关于智能电表方面的发展规划
时钟部分：采用具有温度补偿功能的内置硬件时钟电路，在正常工作 温度及工作电压范围内，内部时钟准确度应优于0.5s/d；在使用温度 （-25℃～60℃）范围内，在交流供电和直流电池供电条件下，时钟 准确度优于1.0s/d。 RS485通信：有电气隔离的RS-485 接口，且波特率可设置，其范围 为1200-9600bps 或以上，通信规约应符合DL/T 645 的要求。 计量部分：具有正向有功电能、反向有功电能计量功能能测量、记录 、显示当前电能表的电压、电流（包括零线电流）、功率、功率因数 等运行参数。测量误差（引用误差）不超过± 1％。 （其它方面以及具体标准可参见最新的国网关于各类智能电表的要求）
华北电科院希望能够将计量芯片集成进MCU中，并愿意进行前期方案 讨论和后期样片的试用，这也成为下一步共同的研究方向。
国内智能电表发展情况
后期中国智能电表技术发展趋势
研究机构情况： 华中科技大学电机系主任电工仪器仪表协会SC2主任委员， 清华大学电机系党委书记、电工仪器仪表协会SC1主任委， 都认为“按质论价”一定会执行。后面的电表一定会更加的关 注电能质量的测量。后期会更加关心电能质量的问题 企业情况： 国内企业产品，都开始测量功率因素、电压电流相位等初步 的关于电能质量的参数。 美国ADI公司根据这个情况在2009年底，推出的四款计量芯 片产品中，其中的ADE7868和ADE7878还能监测电能质量 参数，如SAG、峰值、周期、角度测量及相序等。ADE7878
上述相关标准 的扩充或者彻 底改变
智能电表的创新工作
＋ 与电科院的合作 ＝
国内智能电表发展情况 国内电表市场情况
中国电网分为国网、南网，其中广东、海南、广西、云南及 贵州为南网，其它为国网。 电表是国家的电量计量产品，由于电表长期运行会造成计费 不准确的现象，所以国家基本上要求5-8年更换一次电表。 从最早的机械表演变为电子式电表，现在国家要改造成系统 性的智能化电网，电表将成为智能化电表。 招标方式由最早的地区招标演变为省级招表，现在要国家进 行招标。国家改造表总量约3.5-4亿只，09年国网率先启动, 2010年南网也将启动。在这波改造的浪潮中，我们也将迎来 新的机遇。
提高能源效率
更多可再生能源
中国目前现状
用户参与管理
智能电网概念 智能电网：（Smart Grid，部分地区译为智慧电网）
就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”
它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先 进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以 及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全 、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。
目前计量芯片的现状
目前，国际上电能计量芯片一直市场由ADI、Cirrus Logic、ST、 SAMES、TDK等公司占据 国内电能计量芯片设计公司主要有：复旦微电子、上海贝岭、珠海炬 力等几家
发展趋势：测量参数不断增加，多路测量，正反向有功电能计量，更 先进的防窃电功能，保护和稳定性能增加，内置寄存器器，增加通讯 接口方便与MCU通讯。
目前国网竞标电表所用芯片情况：
• 安全模块 ---- 融通公司提供 （国网指定） • 电力载波芯片(PLC) ---- 福星晓程公司提供 （国网指定） • MCU ---- 以NEC和TI为主。目前，中国电科院正与NEC洽谈定制MCU的 事宜，一旦最终达成协议，最终国网将制定NEC的某款或一个系列的单片 机专用于电表（有待指定，将存在很大的机会） • 计量芯片 ---- 主要是CS5464、锐能8209以及炬力的7051系列（未指定）
讨论 沟通
审核通过
下达任务
具体负责部门
制定提交
中国电科院
从调研情况看，智能电表部分标准的制定，通过一个或者几个部门的个别 或者几个有关人员即可完成。昊昱和三洋在电表智能化的道路上，所做的 创新工作，经过努力，最终都可带来智能电表标准的变化。
国内智能电表发展情况
国网目前关于智能电表的部分标准
三相电子式多功能表部分要求：
智能电网
能源管理
智能家庭
太阳能
智能照明
负载中心 发电站 变电和传输
智能电表
氢能源汽车 节能家电
智能电表将成为沟通智能电网和智能家庭的“桥梁 ”
目前的电表与最终的智能电表比较起来，还有很大的距离，只能称之为“电子式电能 表”。如何实现最终的智能电表，将是昊昱与三洋需要共同努力研究的方向。
百度文库
智能电表功能展望
国内智能电表发展情况
目前中国智能电表技术发展状况：
华北电力科学研究院设计并试运行的AMI智能配电网先进计 量体系
将表计放在户外（便于集中操作和防止窃电），用电显示放 在家庭内部（便于家庭用户随时关注用电情况），通过红外 等通信方式进行数据传输显示，通过家庭局域网监控每个用 电器的工作状态。 工作重点：考虑家庭监控方面，同时考虑到局域网和外部网络的通信 不足之处：没有考虑其他方式的电能和其他能源的共网问题
计量芯片部分
计量芯片的发展历史 目前计量芯片国内外现状 几款主流的计量芯片的对比 当前计量芯片设计Spec确定
计量芯片的发展历程
90年代以前：我国大量的使用机械式电表，没有使用计量芯片 90年代之后：逐步采用电子式电能表，此时使用较多的是国产的模拟 电能表计量芯片 90年代后期：国外的IC设计大厂介入，推出数字式电能表计量芯片， 并逐步占有绝大部分的市场份额 最近两年：随着智能电网以及智能电表概念和相关标准的提出，计量 芯片开始升级换代