首頁 > 技術文章
美國能源部2009年智能電網報告中特別指出：智能電表是智能電網的基礎。它不僅向電力公司和消費者提供用電量和用電時間的相關信息，而且還會獲取市場用電狀況，幫助協調用電設備的運行并調整能耗。
如果不能廣泛、深入地向每個家庭提供這種成功的計量技術和相關服務，就會拉大能量供給與需求之間的差距，從而削弱智能電網基礎設施運轉效率，使公眾利益受到損害。另一方面，按照愛迪生電氣學會會長Tom Kuhn的觀點，成功開發計量系統需要采用新的通信方案、加密技術，充分利用新一代高度可靠、高度安全的低成本智能電表集成方案。智能電網開發所面臨的重大挑戰之一是成本問題，據不*統計，電力公司在計量設備的花費就高達270億美元。
智能電網中，電能消費者即使不是zui重要的因素，也是設計中需要關注的因素。這里面臨的挑戰是必須轉變消費者的消費習慣和態度，通過提高重要信息的透明度和互通性，幫助消費者有“選擇”地使用電能，并充分了解合理“選擇”帶來的益處。值得慶幸的是，能源危機使得人們開始重視能效問題，各行各業也開始參與節能產品的開發，以及面向消費者的能量管理和自動化產品（諸如智能設備、互聯網入口以及類似服務）的開發。因此，這也是大勢所趨。從范圍看，當前安裝的16億電表中僅有6%屬于具有雙向通信功能的智能電表。
消費者在動態價格信息或其它經濟利益的驅使下，開始青睞能夠幫助降低并調整能耗的“智能器件”。價格信息不一定通過的智能電表獲得，也可通過寬帶路由器/網關等用戶互聯網設備傳送。對于電力公司及其用戶來說，兩種傳輸渠道各有利弊，需要權衡信息安全性（隱私）、網絡安全性以及各種設備之間的互操作性和商業流通性等因素。zui基本的要求是：兩種技術既可以單獨工作，也可以協同工作。目前主要關注智能設備的有效性，集成了智能電表和動態價格調整架構的器件能夠給出更明確的結果，大幅降低高峰期的用電量，進而有效降低電能成本。絕大部分初期工作基于簡單的判決算法，根據收到的價格信息可以更有效地控制設備的運行/關閉狀態。狀態控制也可以基于更多細節，例如設備的分類計量結果，這里消費者可以更靈活地操控電能的使用，做出更明智的選擇。這項工作還處于開發階段，很大程度上取決于消費者對測量設備的成本效益要求。
一些主要的電表廠商已經開始研發智能產品，這一舉措不僅受到聯邦激勵基金計劃的推動，還受消費者期待參與并要求提高透明度的影響。從電力公司的角度看，如果增強這種透明度，消費者能夠更好地了解設備運行的真正成本，培養良好的用電習慣，或者依靠系統（比如，由微軟和Google開創的網絡服務）控制并降低設備能耗，降低相關開銷，從任何方面看，這都不失為一個雙贏的結果。復雜產品的設計需要關注可靠性、成本、剪裁靈活性等問題。因此，用于能量測量的半導體產品不再像*代產品那樣只是簡單地累計能量，而是具有更強的功能。
發展進程
即使2010年有4億美元激勵資金的支持，對于中、小規模的電力公司而言，開發成本仍是阻礙開發進程的屏障。智能電表硬件成本的增加加大了率的風險。這些成本主要涉及到一套復雜的與通信相關的功能裝置，諸如數據存儲、加密、連接電網和家用電器的多重加密雙向通信功能，以及遠端繼電器和附加印制電路板（PCB）斷開狀態的顯示。另外，如果不能向公眾成功展示這些新產品的工作狀況，也很難得到公眾的支持和理解。
另外一個附加成本是這些系統缺乏足夠的可編程能力，產品升級困難、不能勝任未來智能電網發展對安全性和互操作性方面的需求。考慮到這些因素，為安全起見需要在設計中嵌入更大容量的存儲器和更強大的通信功能，這遠遠超出了近期的使用需求，當然也提高了系統成本。
沒有人希望在把設備大規模推向市場后，很快發現由于對智能電發展進程的認識不足，而導致產品存在缺陷并很快遭到市場淘汰。草率地把不夠成熟的產品推向市場，勢必造成頻繁更換基礎設備，這將為電力部門帶來*的運行成本，造成極大浪費。人們所面臨的更嚴重的設計挑戰，應該是這些復雜的電氣基礎架構較短的使用壽命和較低的可靠性。與二十多年以前的老舊、簡單設備相比，新設備包含了更多的元器件和互連單元，這也容易導致設備的頻繁更換。
半導體器件的設計考慮
住宅電表開始大規模采用半導體技術的歷史，也反映了產品工作壽命的問題。這項技術始于十多年以前，目前在大概1.2億塊新電表中，大約有85%的電表采用半導體技術，其余則是傳統的機械式法拉盤電表。
2004年，我在印度海德拉巴市的ECE工業設備有限公司參觀了一個這樣的工廠，這曾經是一家生意興隆的機械電表制造廠，利用從德國計量公司引進的技術，每年的zui高產量達到八百萬套。這個重要的工業制造廠坐落在美麗的花園綠洲之中，值得一提的是這里曾經拍攝了多部寶萊塢時期的經典影片。但在我參觀這座廠房是，它已經是“人去樓空”，堆積著一些閑置設備，我的向導（曾經在這家工廠擔任過領班）悲哀地向我解釋說，由于具有防篡改功能的低成本半導體電表的快速發展，這座工廠已經處于*停產狀態。
而就在那個時候，中國也推出了*代集成了模/數轉換器的表面貼裝計量ASIC，該器件把電壓和電流的乘積轉換成數字脈沖輸出，脈沖信號送入千瓦時計數器進行計量。這一代產品在當時對電器設備以及基本電費計量高度需求的環境下，對于開發新興電表工業起到了一個重要的過渡作用。許多本地OEM廠商考慮到低成本的PCB制造工藝，都采用了這種技術。
隨著電力行業從傳統的基本費率管理體制轉向以市場調控為主導的競爭機制，驅使電表計量結構的第二次變革。由于電力公司開始引入分時計費體制，增添了自動抄表（AMR）、微控制器、無線電通信、LCD以及實時時鐘（RTC）等器件，這些器件被集成到計量ASIC（也稱為模擬前端或AFE），促進了多芯片標準化方案在住宅電表設計中應用。
特殊的應用和計量要求通常需要更高的設計水準，隨著電力行業需求的改變以及設計標準的化，加上復雜電子系統整合的設計挑戰，提高了進入這一行業成為供應商的門檻，也大大減少了專業制造商的數量。而在計量設備中增加基本通信功能的日趨重要性，也進一步加劇了這一趨勢。當然，并不是世界各地所有的供應商都在同時經歷這一轉折。
|
|||
|
|
|||
 |
 |