智能电网智能电表计量芯片(2010126)

昊昱集团武汉昊昱微电子有限公司技术部2010年1月27智能电网、智能电表、计量芯片及其发展方向讨论会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。昊昱希望携手三洋智能电网更多的合作机会寻找大纲智能电网和智能电网的发展趋势当前电表的技术水平和标准合作讨论关于计量芯片的技术指标智能电表和智能电表的发展趋势当前计量芯片的情况昊昱下一步工作计划的确定寻找电表中其它的机会智能电网将能够…何为智能电网？各国的情况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智能电网的发展目标中国目前现状提高能源效率用户参与管理更多可再生能源智能电网概念智能电网：（SmartGrid，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。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’更高级的管理系统各级控制系统各种能源以及先进的输配电经济的分配能源优化资产优化需求优化传输优化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’家庭用户智能电表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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智能电网智能家庭智能电表能源管理太阳能智能照明节能家电氢能源汽车负载中心发电站变电和传输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。智能电表功能展望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。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下达任务具体负责部门具体负责部门制定提交制定提交国网电科院中国电科院讨论沟通审核通过从调研情况看，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：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/T645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）国内智能电表发展情况智能电表的创新工作＋与电科院的合作＝上述相关标准的扩充或者彻底改变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。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)南网表(KK/PCS)农网(KK/PCS)总量(KK/PCS)130901002010年2010202011年3020202012年3020202013年3030202014年201020国内智能电表发展情况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）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。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。对于智能电表领域我们首先需要找到“切入”的机会计量芯片部分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、CirrusLogic、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。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/T614-2007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。目前主流电能计量芯片应用情况主要公司使用的计量芯片型号备注杭州华立RN8209宁波三星RN8209许继电气CS5464泰瑞捷RN8209浩宁达RN8209江苏林洋RN8209反映8029有应用问题杭州西力RN8209科陆电子RN8209思达高科RN8209反映了CS5464的使用问题，后期使用RN8209北京博纳CS5464北京煜邦CS5464没有反馈CS5464的使用问题目前主流电能计量芯片对比型号通道个数接口精度参数输出方式电能质量功耗封装ADE7755电压1通道电流1通道无500:1动态范围误差0.1%正向有功脉冲无15mWCS5464电压1通道电流2通道SPI1000:1动态范围误差0.1%瞬时电压电流电压电流有效值视在、有功、无功功率因素存储器脉冲功率因素25mW24pinSSOP28pinSSOPRN8209电压1通道电流2通道SPIRSIO1500:1动态范围误差0.1%电压电流有效值视在、有功、无功线频率存储器脉冲无功功率32mW24pinSSOP28pinSSOPATT7051ATT7053电压1通道电流2通道SPI2000:1动态范围误差未说明电压电流有效值视在、有功、无功电压频率电压电流相位存储器脉冲无功功率电压电流相位23mW24pinSSOP28pinSSOPADE7878电压1通道电流3通道SPII2C1000:1动态范围误差0.1%瞬时电压电流电压电流有效值视在、有功、无功功率因素存储器脉冲SAG、峰值周期、角度电压电流相位基波功率40pinLFCSP目前主流电能计量芯片出现的问题1、CS5464的问题客户普遍反映，当电网频率变化时候，比如从50Hz变化到40Hz时候，CS5464计量精度发生偏差。进行EMI测试时候，容易死机，或者造成寄存器存储值的偏差。2、SN8209出现的问题目前，林洋反馈瑞能有产品问题，具体问题需要更进一步的跟进了解。两天会议总结两天的议题：1、电能表联合事业部工作汇报2、双方共同介绍了智能电网和智能电表以及计量芯片和新产品研发以及新的研究方向双方后面的工作：1、客户处的计量和计量中心的偏差（三洋看日本方面的损耗情况，并进行相关实验；昊昱的作业是调查国内的测量方法和误差有多大，这项工作可以成为重要的“切入点”和定制MC