傳統(tǒng)電表被智能電表逐漸代替的初衷和原因是為了節(jié)能。電力企業(yè)通過使用智能電表將最終形成一個規(guī)劃完善的電網(wǎng)，比如規(guī)劃發(fā)電能力、更加有效地管理電網(wǎng)資源等等。從全球趨勢數(shù)據(jù)來看，為了使電力狀況穩(wěn)健并被掌控，各國都在積極部署使用智能電表。目前在我國，智能電表已成為智能電網(wǎng)的基礎配備之一，承擔起智能電網(wǎng)先行者的責任。智能電表不僅具備基本的電能表計量用電量的功能，而且為配合智能電網(wǎng)及新能源的使用，還具有雙向多費率計量功能、用戶端控制功能、防竊電功能以及支持多種數(shù)據(jù)傳輸模式的雙向數(shù)據(jù)通信等智能化功能。
智能電表市場被普遍看好，與之相關的半導體元器件就搭上了這趟順風車。在智能電表整體成本上占據(jù)最大份額的半導體器件當屬邏輯集成電路，比如微控制器、數(shù)字信號處理器等。如此龐大的市場正引導著全球各個智能電表解決方案供應商加大研發(fā)力度，作為該市場的領先供應商，瑞薩推出的RL78系列微控制器目前已成為市場上智能電表(包括單相和三相)解決方案的重要選擇對象。
那么智能電表是怎么工作的?通俗地說，智能電表發(fā)送電表讀數(shù)就和我們用手機發(fā)送信息一樣!智能電表全天候記錄用電量并存儲，電力公司通過通信基礎設施將這些數(shù)據(jù)從電表傳送到變電站或者收集設備。世強市場經(jīng)理呂駿奇指出：“智能電表的良性發(fā)展離不開產(chǎn)業(yè)鏈的支持，世強在工業(yè)電子市場布局多年，可為智能電表解決方案提供更安全、更節(jié)能的核心器件，如MCU等，讓智能電表的未來越來越清晰。”如下圖所示。
圖：世強三相智能電表原理框圖及拓撲結構
用“芯”做：在單一器件中實現(xiàn)多種設計的最快速方法
瑞薩多年來對智能電表行業(yè)持續(xù)關注和研究，在加大全球研發(fā)力量的同時，不斷創(chuàng)新出能夠促進電能表行業(yè)發(fā)展的各種技術，以支持電網(wǎng)改造給行業(yè)帶來的不同挑戰(zhàn)?；赗L78系列MCU R5F100PJ研發(fā)設計的三相智能電表解決方案不但使制造商成本降低、產(chǎn)品上市時間加快，而且還將進一步推進智能電網(wǎng)的一體化建設。此方案給出了豐富的功能性，狀態(tài)指示、分時計量、多費率、歷史數(shù)據(jù)、事件記錄存儲、自檢、糾錯、停電抄讀、多級密碼保護、主動上報等等。
開發(fā)智能電表產(chǎn)品的企業(yè)，越來越傾向于在一個或者多個高集成度器件中實現(xiàn)所需的功能性。呂駿奇表示：“基于R5F100PJ的智能電表方案，可同時實現(xiàn)電流、電壓、功率采樣，支持電能測量和數(shù)據(jù)處理如記錄、凍結、上傳、分析，適合用來測量頻段為45Hz~65Hz的三相有、無功分時電能量及電流電壓等參數(shù)，配有PLC、微功率無線、RS485及紅外通訊等多種通信接口，性能指標符合GB/T17215.211-2006和GB/T17215.301-2007標準，技術指標符合國網(wǎng)和南網(wǎng)發(fā)布的相關技術規(guī)范。”
另外，三相智能電表設計需要更高的安全性、總體低功耗、高可靠性性能的專有系統(tǒng)集成，并且這些因素是非常關鍵的。RL78系列可集中提供所有這些功能，基于16位CISC架構，是豐富模擬外設、小型、高效系統(tǒng)的低功耗微控制器。R5F100PJ也在瑞薩原有產(chǎn)品的基礎上，完善了功能性、尺寸和內置功能，性能更高，功耗更低。
低功耗：在過去相當長的一段時期內，許多先進的MCU都構建了不同的節(jié)能模塊，以此應對較高頻率和高集成度引起的功耗問題。R5F100PJ也比例外，其處理器性能可達1.27DMIPS/MHz，處于運行模式時功耗可低至66uA/MHz，STOP模式下功耗為0.57uA(RTC、WDT、LCD工作)，HALT模式下功耗在0.92uA@32.678KHz(RTC、WDT、LCD工作)。
系統(tǒng)高度集成：R5F100PJ配有獨立低速晶振(15KHz)和高速晶振(最高24KHz，精度保持在±1%)，內置硬件RTC和乘除法器、蜂鳴器驅動、串行通信接口，同時配備片上調試功能、低電壓檢測、數(shù)據(jù)閃存及1.45V參考電壓。
此外，R5F100PJ的ADC和串行接口在STOP模式下可進行操作，支持IEC60730安全機制，具有1.6~5.5V的寬范圍工作電壓，可在高溫環(huán)境下工作，256k flash，20k RAM，GPIO有92個。
對于智能電表來說，如何實現(xiàn)“小目標”一個億?
智能電表作為計量和管理電力能源的終端，可跟蹤每戶電能使用情況并能隨時調節(jié)使用量，并且采用分時計費功能，在不同時間段使用不同的電價計算，即一天24小時按照用電配比的不同、不同時間區(qū)間執(zhí)行尖峰平谷的判別和計算。這就需要實時時鐘RTC在電表中計時。若是以每戶為單位使用數(shù)字工具控制電能使用量，在用電高峰時段，電網(wǎng)的最大負荷就可減少15%的用電量，那么在將來就可不用再建造新發(fā)電廠極其配套基礎設施，大約就可節(jié)省700億美元。
RTC能為智能電表計費、計時、遠程抄表等等的智能化功提供準確的時間保障以及時鐘，同時還有基本的日歷功能。因此智能電表對RTC的精度要求很高，1Hz需要的精度大約為±10ppm，若誤差大于這個參考值，則會使電能的分段計費或者超標所產(chǎn)生的電量使用量結果不準確，其誤差對用戶就會造成損失。此外，由于我國氣候分布不同，智能電表所處的環(huán)境也各不相同，這就需要RTC具備全溫工作的能力。
智能三相電表的RTC推薦使用EPSON推出的實時時鐘RX-8025T，其可針對性地解決上述問題，內置32.768KHz的數(shù)字溫度補償晶體振蕩器，滿足高精度要求，在全溫范圍內滿足國網(wǎng)提出的電表要求。另外，RX-8025T具有定時報警功能、固定周期定時中斷功能、時間更新中斷功能、閏年自動調整功能、支持I2C總線高速模式，低電流功耗僅為0.48uA/3V。
智能電表使用電池直接給MCU和其他電路進行供電，如此一來電池使用時間長造成的輸出電壓不穩(wěn)定便會使測量精度和穩(wěn)定性降低。因此，在該三相智能電表方案中，電源單元加入Ricoh超低靜態(tài)功耗LDO Rx5RL進行穩(wěn)壓控制，在穩(wěn)定供電電壓的同時提高智能電表的測量精度。采用CMOS工藝的Rx5RL集成了參考電壓單元、誤差放大器、驅動晶體管，輸出電壓的電阻可以設置并且具有固定的高精度。
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