基于智能电网AMI的智能电表系统开发应用
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[摘 要]近些年，智能电网得到了蓬勃发展，与此同时，电力行业也面临着前所未有的挑战和机遇。AMI（高级量测体系）与智能电网正在重新定义能源效率的另一种形式，于是建设安全、可靠、经济且环保的电力系统已经成为全球电路行业共同的目标。本文以多功能低功耗的计量芯片MAXQ3180为例，对智能电表的系统开发做了简要的阐述。
[关键词]智能电网 AMI 智能电表系统 开发应用
中图分类号：TM933 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）24-0395-01
顾名思义，智能电网就是将电网通过一定的技术智能化，说白了，智能电网就是建立在集成的高速双向通信网络上，将测量技术、通信技术、计算机技术、自动化技术等多种先进的IT技术，以及先进的决策和方法应用在智能电网中。将再生的能源接入智能电网，从而提高电力系统的能源转换以及传授效率，以确保实现智能电网安全、可靠、经济、环保、高效的目标，为用户提供最优质的服务以及高质量的供电。
一、智能电表的概念
智能电网的关键技术有高级量测体系AMI、高级配电运行体系ADOI、高级输电运行体系ATOT和高级资产管理系统AAMI四部分。智能电网只有具备灵活的网络结构和集成通信系统，智能电网的四个关键技术的体系才能够形成。
高级量测体系AMI的功能是向用户授权，是智能电网系统与负荷建立联系，使电网的运行得到用户的支持。高级量测体系AMI是由多种技术和应用集成的解决方案体系，其主要技术和功能如下：
1.智能电表。电能的价格是电力改革的关键点，智能电表得到了用户和电力系统的重视和好评，因为智能电表不仅能够显示用户用电量，而且还能显示电能价格。甚至可以说智能电表推动了现代社会的生活方式以及改变了电力公司对电能的管理机制。
2.通信网络。智能电表采用的是集成的、高速的、双向的通信网络。将采集到的数据信息实时的从智能电表传输到数据中心。因而，智能电表的高速双向通信网络也是智能电网四个关键技术的基础。
3.计量数据管理系统。计量数据管理系统是一个自带分析工具的数据库，其通过与高级量测体系AMI自动收集数据系统的配合工作，从而处理和存储智能电表的计量值。
4.用户室内网NAN。通过网关或者用户的入口将智能电表和用户户内的可控装置连接起来，使用户根据电力公司的需求，积极惨啊与并响应满足电力公司的需求及电力市场的需求。
5.为用户提供服务。例如分时电价或实时电价。
6.远程接通或者断开。传统的电表是单向通行电表，并且不能激励用户节约用电，导致用户缺乏节约用电的动机，在用电高峰时，电力公司经常超出供给，而在用电低谷时期，电力需求又不足。因此，先进的智能电表就是在这个环境下产生的。智能电表不仅能及时反映电力市场的电价、供给电量以及需求电量等信息，而且也能够在用电高峰时期让用户有节约用电的意识。同时，智能电表的应用不仅让智能电网具备了实时分析、做出决策和计划的多层智能，而且还使智能电网具备收集、电力信号的功能，在一定程度上优化了电力系统的所有投资和运行费用，同时也协调了发电机组和用户电器之间的关系。目前，智能电表不仅可以进行电能质量监测，而且还可以通过仪表的网络通信接口组成分布式测控的网络系统，从而实现双向数据的远程传输。总之，智能电表实现了用户和电力公司的实时通信，让用户基于环境和电力的价格，最大程度的优化了电能。
二、用户对智能电表计量领域提出的要求
随着高新技术以及市场的快速发展，使用电能的用户也对智能电表的计量提出了新的需求：
1.提供除了电能之外，智能电表还提供了电流、电压、功率、有功功率和无功功率、视在功率及电压相角等与电力系统相关参数，因为这些参数对电力系统的正常运作有着极其重要的意义。
2.提供谐波参数。谐波之所以能够对电网造成污染，则是因为电力电子设备和电气设备的使用，如整流器、USB电源、电子调速装备以及轧钢机等设备。总之，电力电子设备和电气设备不但会对电网造成功率严重损耗的后果，而且也会缩短电力电子设备及电气设备的使用寿命、接地保护及遥控功能失灵、电网过热等危害。所以基于谐波带来的危害影响，电力部门已经加强了对谐波参数的监测。
3.降低功耗。智能电表的功耗是有电力部门承担的，可以说其是计量表的负载。例如每只机械表所耗损的功率是1.8W，而电子表耗损的功率是0.6W。虽然电子表所耗损的功率小于机械表所消耗的功率，而且电子表的耗功也不算太大，但是全国大约有5亿台电表，所以总的算下来，全国所有电子表每年所耗损的功率都是一个庞大的数目。另外，防窃电也属于降低功耗，窃电者通过改变电表计量电压回路的接线方式，导致计量电压出现故障，降低电能表的额定电压，从而导致电能表不计量或者少计电量。
针对以上各种情况，通过使用多功能低功耗计量芯片MAXQ3180就可以满足设计低功耗智能电表的要求。
三、降低智能电表系统功能耗损的有效措施
主机作为智能电表的核心部分，对智能电表系统的管理有着重要的作用，由于智能电表使用的是MAXQ3180多功能计量芯片，所以主机只负责管理工作和通信工作，对于满足降低功耗的要求，选择低功耗的控制器就行了。低功耗产品可以选择STM32F107xx嵌入式控制器。在一般情况下，通信以及存储都是在需要时才工作，除了工作之外的其他时间都处于静态低功耗的状态，所以其平均功率也比较低，构不成低功耗的障碍。实时时钟只有在电池供电状态下运行，所以其设计理念也保证了低功耗。另外，LED显示器和驱动器本身就是低功耗的器件，所以也不是降低智能电表系统功耗的重点。电能计量是对功率进行积分的过程，所以计量芯片要一直持续不断的进行工作，因此，电能计量也就成为智能电表系统中功耗不受控制的一部分。
针对电能计量的所耗损的功率，可采取以下几种方法来降低智能电表系统的功耗：
1.采用功率小的供电电压。电能表的主流供电电压是5V，智能电表的计量芯片为了与主机的电源相匹配，所以也选择采用5V的供电电压。随着半导体技术的发展，3.3V的供电电压迅速成为主流，因此，应该将计量芯片5V的供电电压转换为3.3V的供电电压，从而有效降低智能电表系统的功耗。
2.采用间歇工作模式。由于当前工艺的技术水平，计量芯片在电池供电模式下，不能够持续的全速工作。但是使用间歇工作模式进行模拟也是一种较好的解决方法，不但可以降低智能电表的工作电流，而且也可以缩短工作的时间。
3.采用开关电源。在智能电表开发中，从成本和电磁兼容两方面进行考虑，都会选择传统变压器加线性稳压器，而在智能电表的开发设计中采用开关电源，不仅提高了电源效率，而且其可靠性也高、波纹也小。
四、总结
高级量测体系ami成为用户和电力系统之间的可靠桥梁，它通过网络将电网、用户以及电能量的储存等有效的连接成一个整体，既让用户参与了电力市场，同时又提升可电力公司的运行机制。因此，加强研发智能电表对智能电网的发展有着重要的意义。
参考文献：
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