[行业技术文章]电子电度表带来电力计量应用的变革

与传统的机械电度表相比，电子电度表能实现记实用电时间、预支费、自动读表三种重要的功能，而且具有精度高、低功耗、低功率身分检测和切确的有功功率丈和防乱接行为检测等功能特征。经由过程本文，你可以进一步深进领会电子电度表若何实现这些功能特征，和基于单片模拟前端芯片MCP3905/6和闪存微控制器PIC18F8490的电子电度表设计方案。

配电网络的设计由两个同等重要的部门组成：网络的物理布线；丈用电的电度表系统。电子电度表已成为那些新用户增加快速的地域的自然选择，由于这些地域没有沿用下来的机械式电度表，为充实哄骗电子方案所具有的新功能势提供了理想的情况。

电子电度表的灵活性答理实现曩昔机械式电度表所做不到的三项重要的计费功能，即记实用电时间、预支费、自动读表。

记实用电时间技术的根蒂根基是电度表具有记实天天分歧时间段的能耗，并针对每一个时段采用分歧费率的功能。这类功能是电力公司的重要工具，由于它有助于鼓动勉励用户天天合理地使用电力、平衡能耗并下降用电高峰，从而化整个电网的使用。

预支费技术要求电度表现实控制供电，只要证实客户提供的付款(经由过程磁卡、智能卡和其它技术)严酷到达授信额度的要求。显然，电力公司因免往了现金的征收成本而获益匪浅。

为了执行记实用电时间和/或预支费功能，电子电度表采用时钟和日历切确地跟踪用电时间，如的每个小时和一周的每天(周末凡是都不是用电高峰期)。

自动读表(AMR)技术指的是电度表哄骗用线路和/或现有的网络根蒂根基举措措施将读数传送到全自动计费和通讯中心的技术。今朝，在各地域实现AMR的技术有以下几种，包括：短距离RF运用，ZigBee协议起头成为重要的竞争技术；长距离RF运用，例如接进现有的蜂窝电话网络；数据调制解调器，经由过程尺度的电话线；电力线载波(PLC)，哄骗配电网络实现短到中距离数据通讯。

更常见的情况是采用部门自动收集系统，由于这类方式提供了成本和靠得住性的更佳折衷。在成长中地域尤其如斯，那里在安装电度表时还没有完整的通讯根蒂根基举措措施，劳动力可能依然相对廉价。电力公司不需要电度表直接与计费中心通讯，在统一建筑中一个或多个电度表的读数被收集到一个点，在那里由工作人员经由过程毗连电子读表装备来读取。电度表和电子读表装备之间的数据传输靠得住(于手工抄表)，速度、精度和整个抄表进程的总效率提高，这就证实采用AMR技术的可行性，即使采用这类方式有可能一次仅抄取一只电度表的读数。部门自动收集方案凡是采用下列技术来实现与读表装备之间的毗连：串行端口(RS-485)用于联网一个位置(如年夜楼)内的所有电度表；红外毗连用于实现到现实读表装备的毗连，凡是经由过程电度概况板。

今朝，在中国红外毗连运用已被编撰到针对电度表的用DL/T645规范之中的情况，它界说的红外协议物理层与其它常见的红外运用有很年夜差异。

其它重要的功能特征

提高精度：电子电度表可以轻松地到达0.2的精度，而机械电度表的典型精度是2。是以，一个单一的电子硬件平台能知足年夜电度表运用的需求，能提高产并下降成本。

用的32kHz振荡器和按时器用于RTCC运用。

低功耗：电力行凡是接受耗电多为2W的电度表方案。显然，即使如斯少的耗电，当安装到达数百万只时，仍会致使庞大的电力成本。

低功率身分检测和切确的有功功率丈：近年来，机电、公路照明和其它低功率身分运用的耗能比例增幅庞大(据称仅机电就占平均负载的40)，由于无功功率成份(未丈)浪费了贵重的电能，给电力举措措施带来了繁重的负担。

防乱接行为检测：反接电度表实施盗电在某些地域可能相当疯狂，是以现在的电度表都门设计了识别盗电的功能，例如：负载接地-检测回路电流(和不服衡负载)；电流路径逆转-检测改接电度表的贪图；磁铁线圈饱和-哄骗分路和分歧通道上的线圈并比力成效；主电压断开-能检测到主电压断开，还能提供次电压源。

电子电度表便于检测

为了知足电力行的需要，并扶助设计进步前辈的电子电度表，一些半导体系体例造商已开发了更为新奇、简单和灵活的解决方案。这些方案中的个配套电路就是将执行电压和电流乘积需要的所有模拟功能集成到单片模拟前端(AFE)之中，例如Microchip技术公司的MCP3905/6器件，这类电度表AFE的功能包括：

两个16位delta-sigmaA/D转换器提供高达1000:1的动态范围(在MCP3906中)和0.1的典型精度；

提供极小的28引脚SSOP封装，当工作在-40到 85℃温度范围内时，它仅仅消耗5mA的典型电流(功耗的典型值是25mW或仅仅是2W预算的一小部门)，参考热漂移仅仅为15ppm/℃；

可编程增益放年夜器与电流感应通道的高活络度相连系，答理使用很低的分路电阻值(低于200μΩ)；

当检测到负功率的情况(线路反接)时，提供反接自动报警。

MCP3905/6只要几个外部元件就能实现完整和廉价的单相电度表设计。而假设将其与进步前辈的闪存微控制器如PIC18F8490配合使用，则可增强性能。

PIC18系列高性能8位微控制器有100多个基于闪存技术的型号，配备了对电度表运用相当重要的各类功能和外设，以PIC18F8490为例，可用的功能包括：

直接与MCP3905/6AFE(具有调频有功功率输出)接口的输进捕捉和比力逻辑；

片上LCD显示驱动器，答理对复杂LCD显示(高达192段显示)实现低功耗和廉价的控制；

16KB增强型闪存法式存储器，答理在线(生产)编程和校准及利便的现场固件升级；

灵活的编码庇护机制，为实现计费和AMR运用所使用的密码提供需要的平安措施；

用于功率治理的纳瓦技术，答理电度表以很是低的功耗工作，以维持电度表的使用寿命，并在执行AMR和记费功能时维持高性能；

片上低功耗32kHz振荡器用做实时钟和日历，以支持“用电时间”和其它进步前辈的计费功能；

灵活的异步串行端口，能够支持RS485及DL/T645红外自动电度表读表运用；

灵活的同步串行端口，支持毗连到外部使用I2C和/或SPI协议的非易失性存储器件(串行EEPROM)；

片上10位A/D转换器，支持防反接功能和/或温度感应功能；

断电检测和低压检测电路，提高鲁棒性并增加防反接功能。