智能电表简介
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2. 美国飞思卡尔半导体公司 美国的飞思卡尔半导体（Freescale Semiconductor, Inc.,）是全球领先的半导体公司，为汽车、消费电 子、工业控制和网络市场设计并制造嵌入式半导 体产品。在全球拥有设计、研发、制造和销售机 构。飞思卡尔利用在嵌入式领域的专业知识，在 充分研究中国国网新标准有关单相电表设计要求 的基础上，飞思卡尔推出了MZ系列8位微控制器 （MCU）芯片，集成了60kB、96kB或128kB闪 存，提供64引脚LQFP封装。MZ系列微控制器还 提供32位处理器芯片，集成256kB闪存。 飞思卡尔根据中国国网新标专门推出的64引脚 的单项电表用9S08MZ60、MZ96、MZ128MCU， 三项电表用51MZ256等产品，并已完成了样 机制造。
72 装 备 机 械
3. 欧洲恩智浦半导体公司 总部位于荷兰Eindhoven的世界前十大半导体 公司——恩智浦半导体（NXP Semiconductors ) 以 其领先的射频、模拟、电源管理、接口、安全和 数字处理方面的专长。产品应用涉及汽车、智能 识别、无线基础设施、照明、工业、移动、消费 和计算等领域。 根据智能电表发展蓝图，NXP推出了基于 ARMCortex的MCU解决方案——LPC1700系列。 LPC1700在智能电表系统中的应用主要包括三相(多 功能)表、单相复费率/多功能表和多功能终端。 具体来看，LPC1700的主要特点有：具有 100MHz处理速度的ARMCortex-M3控制器、嵌套向 量中断处理器、内存保护单元、唤醒中断处理器， 可以满足各种优先级中断的自动唤醒，四种省电模 式：睡眠、深度睡眠、掉电、深度掉电。 NXP智能电表外围采用了优化设计，具有防 窃电等多种功能，可使用非接触式读卡技术完成 预付费。其智能MX安全解决方案中，可配有室内 多计量表无线连接用ISM-band收发器，并有多种 标准芯片可选，诸如SMPS（开关电源）芯片、低 功耗实施时钟、显示驱动器、小信号分立器件和 标准逻辑器件等。
4. 德国西门子公司 西门子自动抄表信息系统（AMIS），ANIS利 用ADI公司的Blackfin处理器。西门子公司选择了 Blackfin汇聚式处理器，这是因为该处理器具备同 时作为DSP和MCU进行无缝工作的能力，特别适 合西门子AMIS的高处理和动态通信应用要求。 Blackfin处理器具备处理仪表级原始实时用电数据 以及实现仪表和电网之间通信的能力，可提供一 站式、低成本、易于配置的解决方案。由于供电 公司的AMIS智能电表的部署范围不仅仅覆盖本地 电网，因此西门子基于Blackfin的电表部件还能按 本地或国家特有的不同通信标准方便地通过软件 轻松升级。 AMIS可以实现全电网范围的数据采集以及
国电网的拨款中，就有一部分专门用于在未来3年 致使13%的美国家庭(1800万户家庭)能装上智能电 表。在欧洲，意大利及瑞典已经完成先进计量基础 设施的部署，将所有普通电表更换为智能电表。法 国、西班牙、德国和英国预计在未来10年内完成也 将完成智能电表的全面推广和应用。
二、传统电能表简介
最传统的用户终端-电能表是电磁式的，安装 在用户端，用于计量用户的用电量，计量单位为 度（kWh）。
标准，标准编号分别为“DL/T 614-2007”和“DL/T 645-2007”。此外还有国家质量监督检验检疫总局 和国家标准化管理委员会联合发布的《多功能电能
表特殊要求》（GB/T 17215.301-2007）等国家标准。 到2009年10月，国家电网公司公布了智能电表新标
准，新标准对电表在计量、费控、通信、功耗、电 子线路布线等技术指标要求均有了大幅提高，以 前对于微控制器MCU（Micro Controller Unit）附加 功能由可选变成了必选项，要求有更高的计算能力 DMIPS(Dhrystone Million Instructions Per Second)以满 足智能电表的高性能要求；要求有更大的存储容量 以满足复杂的数据处理需求；更多的输入输出I/O方 式以应对与日益增多的外部设备的对接。可见，智 能电表是含有微控制器支持的比多功能表具有更多 功能的一种智能终端。
3. 控制功能 智能电表将会具备传统的电能表和多功能电能 表所无法企及的对智能化家电设备的控制功能。智 能电表的MCU可以带有强大的I/O接口，使得它可 以与更多的外部设备对接。借助远程通信的功能， 用户在异地通过计算机网络、移动通讯设备对自己 家里的各类智能化用电设备进行远程遥控、遥测将 会变成现实。比如：对空调、洗衣机 、电饭煲、电 热水器、照明、电控窗帘和百叶窗等实现在远端的 开关控制。当在居家安装了智能化安全系统以后， 通过智能电表的远程通信功能还可以实现异地的监 控和报警。可以说智能电表的功能也会不断地扩 充，未来的智能电表就可能成为一个智能化住宅 的控制中心（图5）。
智能电网
通信网络
I/O \
电 通讯接口
源
输 入
MCU
接
输
口
出 RAM和存储器
安全保护
图5 智能电表的应用
四、 国外智能电表的发展状况
1. 美国ADI公司 美国模拟器件公司ADI（Analog Devices Inc.，） 是国际著名的IC设计公司，公司在高性能模拟集成 电路（IC）、数字信号处理器（DSP）和微电子机 械系统（MEMS）技术领域居于业界领先地位，其 产品在整个IC行业占据了非常大的份额，他们的研 究方向代表了IC设计的发展方向。 2009年12月，美国ADI公司宣布推出四款高精 度电能计量IC，型号为ADE7878、ADE7868、 ADE7858及ADE7854，可用于提高商业、工业及 住宅智能电表的精度和性能。四款产品的进度达 到0.1%，可同时测量无功和有功功率。此外，其 中一款产品还具备基波电能测量功能，这对电能 质量监测而言至关重要。 ADE7878、ADE7858及ADE7854高精度电能 计量IC为多相配置而设计，包括三线及四线、Y 型及Δ型。 除了能测量每个相位和零线电能之 外，ADE7868及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。另 外，ADE7868和ADE7878具备各种防窃电功能。
新技术新产品 New Technology & New Product
智能电表简介
文/李保玮 上海电气集团股份有限公司中央研究院 ( 200070） 李保玮 (1951年～)，男，高级工程师，毕业于工业自动化专业。长期从事计算机应用，现服务于集团科 技战略研究工作。
摘要：智能电表是由传统电能表逐步发展起来的，它在智能电网中是重要的智 能终端。智能电表功能的扩充使得智能电表除了具有了双向计量的基本功能以 外，还具有分时分类计量、双向通信、多种控制的功能。智能电表的大量使用 将会使得智能电网的节能、高效、安全的性能得到更充分的体现。
为了提倡用电量的合理性分配，鼓励用户在用 电的低谷期用电，在我国已经逐步开始推广使用分 时电表（如图1），它具有简单的分时计量功能， 也就是可以分为白天和黑夜两个区间分别计量，为 峰期和谷期的分别计费提供了依据。
70 装 备 机 械
夜晚
白天
图1 分时电表
随着数字化技术在电能表中的应用，电能表的 功能逐步得到扩充，一批多功能的电能表相继诞 生。比如预付费电能表就是应用比较广泛的电能表 之一。它通过预付费卡为电能表充值，然后按照当 地的单位电价和用电量从预存费用中扣除，预存费 被扣除为零时，电表将不为用户提供电能除非你 再次充值。这种通过IC卡预付费的电能表也有称 为“智能IC卡预付费电能表”的，但它还不是真 正意义上的智能电表（如图2）。
三、智能电表简介
智能电表不同于一般的多功能表电能表，因 为它本身含有功能较强的微控制器（MCU），所 以它就像一台小型的电脑一样，自动化和智能化 的功能更丰富、更强大，通常它会具备以下的一 些主要功能。
1. 双向计量 作为智能电网的用户端，智能电表的主要功能 是为用户提供一个电网的入户接口，通过智能电表 可以将安全、高质量的电能输送到用户的用电设备 上。在新能源蓬勃发展的今天，许多分布式新能源 已经在用户端得到了充分的使用，用户自己产生的 清洁能源除了满足用户自身的需要以外会产生多余 的能量，也可以通过智能电表反馈到电网中去。所 以智能电表就要具备双向电能输送和计量的功能。 在计量的过程中，因为有MCU的支持，可以方便地 实现智能电网供电系统内精确、可靠的电能管理。 它不仅可以简单地实现分时管理，用户的用电情况 可以有更多的分类，更清晰明了。比如它除了可以 包含每个月的用电量，而且还可以按日期、时间以 及按耗电的电器分类分别计量不同的电费和电能使 用情况。这就为电网高效节能管理提供了有用的实 时信息。依据这些信息，管理方可以通过合理的手 段，为一些高耗能设备从用电高峰时段转到非用电 高峰时段提供优惠折扣，实现错峰避峰用电，提高 电网的运行效率。
71 No.3 2010
新技术新产品 New Technology & New Product
2. 双向通信 智能电表与智能电网之间的数据采集和发送都 离不开远程通讯，为此，智能电表的远程通信功能 就尤为重要。智能电网中的智能变电站除了可以接 受智能电表发出的用电信息以外，还可以向智能电 表发出调控信息，因此，智能电表一般要求具有双 向的通信功能。可以说通信功能是智能电表的主要 功能之一。 智能电表与远端的智能化变电站之间的通讯方 式可以有多种形式，如电力线路的载波通讯、无线 网络通讯、通信网络通讯以及借助其他专网的通讯 （如有线电视网络等）。未来三网合一的发展，也 会为智能电表的通讯带来更大的方便。
Abstract: Smart meter, evolving from watt-hour meter gradually, plays an important role of intelligent terminal in the intelligent electric grid. Smart meter has the basic function of bidirectional measurement, furthermore, time-sharing and classified measurement, bidirectional communication and multiple-control. Widely use of Smart meter will fully reflect its capability of energy saving, high performance and safety.
电力公司、电网和用户之间的通信。通过基于 Blackfin处理器设计的智能电表器件，系统不仅可 以测量各个家庭的用电情况，还可以扩展到从发 电厂到用户的整个系统，AMIS对电网进行监控并 将数据传送给控制站。系统采用电力线பைடு நூலகம்术来传 送数据，AMIS还可用无线电、互联网或本地交换 载波进行通讯。
随着智能电网的日益发展，世界各国对于智能 化用户终端的需求也日益增大，据统计，在未来5 年，随着智能电网在世界各国的建设，智能电表 在全球安装的数量将高达2亿只。同样，在中国， 随着国家坚强智能电网建设的进展，作为用户端的 智能电表的需求也会大幅度地增长，保守的预计， 市场将会有1.7亿只左右的需求。美国政府为升级本
除此之外，为了提高效率，减少上门抄表吃闭 门羹的的尴尬，也开始有了一些具有红外抄表和异 地抄表功能的电能表（图3）和防止窃电（图4）等 扩充功能的多功能电能表问世。但这些多功能的电 能表也还是电能表智能化的起步，与真正意义上的 智能电表还有很大的差别。
图2
图3
图4
早在2007年12月初，国家发改委就发布了《多功 能电能表》和《多功能电能表通信协议》两个行业
一、序言
智能电表是智能电网的智能终端，它已经不是 传统意义上的电能表，智能电表除了具备传统电能 表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网 和新能源的使用它还具有双向多种费率计量功能、 用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通 信功能、防窃电功能等智能化的功能，智能电表代 表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发 展方向。
72 装 备 机 械
3. 欧洲恩智浦半导体公司 总部位于荷兰Eindhoven的世界前十大半导体 公司——恩智浦半导体（NXP Semiconductors ) 以 其领先的射频、模拟、电源管理、接口、安全和 数字处理方面的专长。产品应用涉及汽车、智能 识别、无线基础设施、照明、工业、移动、消费 和计算等领域。 根据智能电表发展蓝图，NXP推出了基于 ARMCortex的MCU解决方案——LPC1700系列。 LPC1700在智能电表系统中的应用主要包括三相(多 功能)表、单相复费率/多功能表和多功能终端。 具体来看，LPC1700的主要特点有：具有 100MHz处理速度的ARMCortex-M3控制器、嵌套向 量中断处理器、内存保护单元、唤醒中断处理器， 可以满足各种优先级中断的自动唤醒，四种省电模 式：睡眠、深度睡眠、掉电、深度掉电。 NXP智能电表外围采用了优化设计，具有防 窃电等多种功能，可使用非接触式读卡技术完成 预付费。其智能MX安全解决方案中，可配有室内 多计量表无线连接用ISM-band收发器，并有多种 标准芯片可选，诸如SMPS（开关电源）芯片、低 功耗实施时钟、显示驱动器、小信号分立器件和 标准逻辑器件等。
4. 德国西门子公司 西门子自动抄表信息系统（AMIS），ANIS利 用ADI公司的Blackfin处理器。西门子公司选择了 Blackfin汇聚式处理器，这是因为该处理器具备同 时作为DSP和MCU进行无缝工作的能力，特别适 合西门子AMIS的高处理和动态通信应用要求。 Blackfin处理器具备处理仪表级原始实时用电数据 以及实现仪表和电网之间通信的能力，可提供一 站式、低成本、易于配置的解决方案。由于供电 公司的AMIS智能电表的部署范围不仅仅覆盖本地 电网，因此西门子基于Blackfin的电表部件还能按 本地或国家特有的不同通信标准方便地通过软件 轻松升级。 AMIS可以实现全电网范围的数据采集以及
国电网的拨款中，就有一部分专门用于在未来3年 致使13%的美国家庭(1800万户家庭)能装上智能电 表。在欧洲，意大利及瑞典已经完成先进计量基础 设施的部署，将所有普通电表更换为智能电表。法 国、西班牙、德国和英国预计在未来10年内完成也 将完成智能电表的全面推广和应用。
二、传统电能表简介
最传统的用户终端-电能表是电磁式的，安装 在用户端，用于计量用户的用电量，计量单位为 度（kWh）。
标准，标准编号分别为“DL/T 614-2007”和“DL/T 645-2007”。此外还有国家质量监督检验检疫总局 和国家标准化管理委员会联合发布的《多功能电能
表特殊要求》（GB/T 17215.301-2007）等国家标准。 到2009年10月，国家电网公司公布了智能电表新标
准，新标准对电表在计量、费控、通信、功耗、电 子线路布线等技术指标要求均有了大幅提高，以 前对于微控制器MCU（Micro Controller Unit）附加 功能由可选变成了必选项，要求有更高的计算能力 DMIPS(Dhrystone Million Instructions Per Second)以满 足智能电表的高性能要求；要求有更大的存储容量 以满足复杂的数据处理需求；更多的输入输出I/O方 式以应对与日益增多的外部设备的对接。可见，智 能电表是含有微控制器支持的比多功能表具有更多 功能的一种智能终端。
3. 控制功能 智能电表将会具备传统的电能表和多功能电能 表所无法企及的对智能化家电设备的控制功能。智 能电表的MCU可以带有强大的I/O接口，使得它可 以与更多的外部设备对接。借助远程通信的功能， 用户在异地通过计算机网络、移动通讯设备对自己 家里的各类智能化用电设备进行远程遥控、遥测将 会变成现实。比如：对空调、洗衣机 、电饭煲、电 热水器、照明、电控窗帘和百叶窗等实现在远端的 开关控制。当在居家安装了智能化安全系统以后， 通过智能电表的远程通信功能还可以实现异地的监 控和报警。可以说智能电表的功能也会不断地扩 充，未来的智能电表就可能成为一个智能化住宅 的控制中心（图5）。
智能电网
通信网络
I/O \
电 通讯接口
源
输 入
MCU
接
输
口
出 RAM和存储器
安全保护
图5 智能电表的应用
四、 国外智能电表的发展状况
1. 美国ADI公司 美国模拟器件公司ADI（Analog Devices Inc.，） 是国际著名的IC设计公司，公司在高性能模拟集成 电路（IC）、数字信号处理器（DSP）和微电子机 械系统（MEMS）技术领域居于业界领先地位，其 产品在整个IC行业占据了非常大的份额，他们的研 究方向代表了IC设计的发展方向。 2009年12月，美国ADI公司宣布推出四款高精 度电能计量IC，型号为ADE7878、ADE7868、 ADE7858及ADE7854，可用于提高商业、工业及 住宅智能电表的精度和性能。四款产品的进度达 到0.1%，可同时测量无功和有功功率。此外，其 中一款产品还具备基波电能测量功能，这对电能 质量监测而言至关重要。 ADE7878、ADE7858及ADE7854高精度电能 计量IC为多相配置而设计，包括三线及四线、Y 型及Δ型。 除了能测量每个相位和零线电能之 外，ADE7868及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。另 外，ADE7868和ADE7878具备各种防窃电功能。
新技术新产品 New Technology & New Product
智能电表简介
文/李保玮 上海电气集团股份有限公司中央研究院 ( 200070） 李保玮 (1951年～)，男，高级工程师，毕业于工业自动化专业。长期从事计算机应用，现服务于集团科 技战略研究工作。
摘要：智能电表是由传统电能表逐步发展起来的，它在智能电网中是重要的智 能终端。智能电表功能的扩充使得智能电表除了具有了双向计量的基本功能以 外，还具有分时分类计量、双向通信、多种控制的功能。智能电表的大量使用 将会使得智能电网的节能、高效、安全的性能得到更充分的体现。
为了提倡用电量的合理性分配，鼓励用户在用 电的低谷期用电，在我国已经逐步开始推广使用分 时电表（如图1），它具有简单的分时计量功能， 也就是可以分为白天和黑夜两个区间分别计量，为 峰期和谷期的分别计费提供了依据。
70 装 备 机 械
夜晚
白天
图1 分时电表
随着数字化技术在电能表中的应用，电能表的 功能逐步得到扩充，一批多功能的电能表相继诞 生。比如预付费电能表就是应用比较广泛的电能表 之一。它通过预付费卡为电能表充值，然后按照当 地的单位电价和用电量从预存费用中扣除，预存费 被扣除为零时，电表将不为用户提供电能除非你 再次充值。这种通过IC卡预付费的电能表也有称 为“智能IC卡预付费电能表”的，但它还不是真 正意义上的智能电表（如图2）。
三、智能电表简介
智能电表不同于一般的多功能表电能表，因 为它本身含有功能较强的微控制器（MCU），所 以它就像一台小型的电脑一样，自动化和智能化 的功能更丰富、更强大，通常它会具备以下的一 些主要功能。
1. 双向计量 作为智能电网的用户端，智能电表的主要功能 是为用户提供一个电网的入户接口，通过智能电表 可以将安全、高质量的电能输送到用户的用电设备 上。在新能源蓬勃发展的今天，许多分布式新能源 已经在用户端得到了充分的使用，用户自己产生的 清洁能源除了满足用户自身的需要以外会产生多余 的能量，也可以通过智能电表反馈到电网中去。所 以智能电表就要具备双向电能输送和计量的功能。 在计量的过程中，因为有MCU的支持，可以方便地 实现智能电网供电系统内精确、可靠的电能管理。 它不仅可以简单地实现分时管理，用户的用电情况 可以有更多的分类，更清晰明了。比如它除了可以 包含每个月的用电量，而且还可以按日期、时间以 及按耗电的电器分类分别计量不同的电费和电能使 用情况。这就为电网高效节能管理提供了有用的实 时信息。依据这些信息，管理方可以通过合理的手 段，为一些高耗能设备从用电高峰时段转到非用电 高峰时段提供优惠折扣，实现错峰避峰用电，提高 电网的运行效率。
71 No.3 2010
新技术新产品 New Technology & New Product
2. 双向通信 智能电表与智能电网之间的数据采集和发送都 离不开远程通讯，为此，智能电表的远程通信功能 就尤为重要。智能电网中的智能变电站除了可以接 受智能电表发出的用电信息以外，还可以向智能电 表发出调控信息，因此，智能电表一般要求具有双 向的通信功能。可以说通信功能是智能电表的主要 功能之一。 智能电表与远端的智能化变电站之间的通讯方 式可以有多种形式，如电力线路的载波通讯、无线 网络通讯、通信网络通讯以及借助其他专网的通讯 （如有线电视网络等）。未来三网合一的发展，也 会为智能电表的通讯带来更大的方便。
Abstract: Smart meter, evolving from watt-hour meter gradually, plays an important role of intelligent terminal in the intelligent electric grid. Smart meter has the basic function of bidirectional measurement, furthermore, time-sharing and classified measurement, bidirectional communication and multiple-control. Widely use of Smart meter will fully reflect its capability of energy saving, high performance and safety.
电力公司、电网和用户之间的通信。通过基于 Blackfin处理器设计的智能电表器件，系统不仅可 以测量各个家庭的用电情况，还可以扩展到从发 电厂到用户的整个系统，AMIS对电网进行监控并 将数据传送给控制站。系统采用电力线பைடு நூலகம்术来传 送数据，AMIS还可用无线电、互联网或本地交换 载波进行通讯。
随着智能电网的日益发展，世界各国对于智能 化用户终端的需求也日益增大，据统计，在未来5 年，随着智能电网在世界各国的建设，智能电表 在全球安装的数量将高达2亿只。同样，在中国， 随着国家坚强智能电网建设的进展，作为用户端的 智能电表的需求也会大幅度地增长，保守的预计， 市场将会有1.7亿只左右的需求。美国政府为升级本
除此之外，为了提高效率，减少上门抄表吃闭 门羹的的尴尬，也开始有了一些具有红外抄表和异 地抄表功能的电能表（图3）和防止窃电（图4）等 扩充功能的多功能电能表问世。但这些多功能的电 能表也还是电能表智能化的起步，与真正意义上的 智能电表还有很大的差别。
图2
图3
图4
早在2007年12月初，国家发改委就发布了《多功 能电能表》和《多功能电能表通信协议》两个行业
一、序言
智能电表是智能电网的智能终端，它已经不是 传统意义上的电能表，智能电表除了具备传统电能 表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网 和新能源的使用它还具有双向多种费率计量功能、 用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通 信功能、防窃电功能等智能化的功能，智能电表代 表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发 展方向。