引言

我們都很熟悉那些隱藏在車(chē)庫(kù)、地下室或其它隱蔽之處的電表了。我們甚至可能每月會(huì)檢查它一次或兩次，并將電表上的最新讀數(shù)打電話告訴電力公司，而不是估算一個(gè)數(shù)字。隨著技術(shù)的發(fā)展，一場(chǎng)靜悄悄的革命正在這普普通通的電表上發(fā)生。

圖1顯示的是一款在19世紀(jì)后期開(kāi)發(fā)的傳統(tǒng)機(jī)電式電表，它帶有一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)和一個(gè)機(jī)械計(jì)數(shù)顯示器。這種電表通過(guò)計(jì)算該轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)來(lái)計(jì)量電能，金屬轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度與所用電能成一定比例。轉(zhuǎn)盤(pán)周?chē)木€圈通過(guò)施加一個(gè)與瞬時(shí)電流和電壓成比例的渦電流和推力轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，它利用一個(gè)永久磁鐵在轉(zhuǎn)盤(pán)上施加阻尼力，以在斷電后使之停止旋轉(zhuǎn)。

圖1：機(jī)電式電表。

電表發(fā)展的第一個(gè)里程碑是機(jī)電式電表被固態(tài)電子式電表所代替。電子式電表利用高度集成的器件(如ADE516x1、ADE556x2 、ADE716x3、ADE756x4和ADE77xx5系列電能計(jì)量IC6來(lái)計(jì)量電能。這些器件通過(guò)一個(gè)高精度的Σ-ΔADC來(lái)將瞬時(shí)電壓和電流轉(zhuǎn)成數(shù)字量，然后計(jì)算電壓和電流的乘積，就能到以瓦特為單位的瞬時(shí)功率 。對(duì)瞬時(shí)功率按時(shí)間進(jìn)行積分就可以得出已消耗的電能值，它通常以千瓦時(shí)(kWh)為單位計(jì)量。消耗的電能數(shù)據(jù)顯示在一個(gè)液晶顯示屏(LCD)上，如圖2所示。

電子式電表有很多優(yōu)勢(shì)。除了可計(jì)量瞬時(shí)功率以外，它還可以計(jì)量其它參數(shù)，如功率因數(shù)和無(wú)功功率。它能夠每隔一個(gè)特定時(shí)段計(jì)量并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這就允許電力公司提供分時(shí)段計(jì)費(fèi)服務(wù)。這樣一來(lái)，聰明的用戶在費(fèi)率較低的非高峰時(shí)期使用主要電器(如洗衣機(jī)和烘干機(jī))，這樣能節(jié)省電費(fèi)，而且高峰期的電能需求量減少了，電力公司也可以避免建設(shè)新的發(fā)電廠。電子式電表還不會(huì)受到外部磁場(chǎng)或電表本身放置角度的影響，因此它們的防竊電性能要優(yōu)于機(jī)電式電表。此外，電子式電表的可靠性也非常高。

ADI公司在機(jī)電式電表向電子式電表的演變過(guò)程中起到了關(guān)鍵的作用，迄今為止已經(jīng)銷售了超過(guò)2.25億塊電能計(jì)量IC。根據(jù)IMS Research公司的報(bào)告，2007年付運(yùn)的所有電表中，75%是電子式的，25%是機(jī)電式的7。

圖2：固態(tài)電子式電表。

電子式電表打開(kāi)新的機(jī)遇

一旦電表數(shù)據(jù)可以以電子形式得到，在電表上增加通信功能就變得很有意義了，因?yàn)檫@樣就允許電表通過(guò)通信鏈路使用自動(dòng)抄表(AMR)功能遠(yuǎn)程發(fā)送電表數(shù)據(jù)。電表制造商已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種不同的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)架構(gòu)，大致可分為近距離無(wú)線抄表系統(tǒng)、車(chē)載無(wú)線抄表系統(tǒng)和聯(lián)網(wǎng)抄表系統(tǒng)。圖3顯示了車(chē)載抄表系統(tǒng)。在該案例中，電力公司派出一部裝有無(wú)線數(shù)據(jù)收集器的汽車(chē)，該車(chē)只要經(jīng)過(guò)居住區(qū)就可高效地收集電表數(shù)據(jù)。車(chē)載抄表系統(tǒng)使一個(gè)電力公司員工能夠在一天內(nèi)抄到的電表數(shù)量是近距離抄表系統(tǒng)的五倍，是人工抄表數(shù)量的十倍。在聯(lián)網(wǎng)抄表系統(tǒng)中，電表數(shù)據(jù)被傳輸?shù)揭粋€(gè)固定的數(shù)據(jù)收集器，它通常位于某街道或居民區(qū)盡頭的一根電線桿上。然后數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)寬帶或無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)诫娏尽?/P>

圖3：車(chē)載抄表器。

從AMR到AMI

最初，以AMR系統(tǒng)取代人工抄表只被簡(jiǎn)單地看作是一種降低人工成本的途徑，但這一看法正在改變，因?yàn)闃I(yè)界認(rèn)識(shí)到AMR允許電力公司方便地提供更大的好處和更好的服務(wù)(如實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi))，從而進(jìn)一步提升能效、實(shí)現(xiàn)故障即時(shí)報(bào)告，以及提供更精確的數(shù)據(jù)來(lái)規(guī)范網(wǎng)絡(luò)內(nèi)用戶的用電習(xí)慣。AMI(先進(jìn)抄表基礎(chǔ)設(shè)施)有時(shí)會(huì)替代AMR，以突出與簡(jiǎn)單遠(yuǎn)程抄表的區(qū)別。AMI聯(lián)網(wǎng)抄表系統(tǒng)可以利用從衛(wèi)星到低成本無(wú)線電在內(nèi)的各種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中兩種主導(dǎo)性新興技術(shù)是RF技術(shù)(利用開(kāi)放的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)(ISM)頻段)和電力線載波技術(shù)(PLC)。

RF技術(shù)采用低功耗、低成本的無(wú)線電系統(tǒng)來(lái)無(wú)線傳輸電表信息，PLC則利用電力線本身來(lái)傳輸。ADI公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了針對(duì)這兩種技術(shù)的解決方案，ADF7xxx系列短距離收發(fā)器8可滿足ISM頻段RF應(yīng)用的需要，而基于廣泛使用的Blackfin?處理器9的SALEM?系列則可滿足PLC技術(shù)的需要。這兩種技術(shù)都各有利弊。特別對(duì)于水表和氣表來(lái)說(shuō)，基于在水或氣旁邊部署電力線的安全問(wèn)題考慮，RF技術(shù)正變成主要的選擇。水表由于經(jīng)常被埋于地下，情況也更復(fù)雜一些。對(duì)于電表而言，混合使用這兩種技術(shù)看起來(lái)可能性最大，北美青睞RF，而歐洲則傾向于PLC。在美國(guó)，一小部分家庭通常只連接到一個(gè)變壓器，這使得PLC方案不太經(jīng)濟(jì)。在某些情況下，電力公司采用混合方案部署AMI，電力線用于數(shù)據(jù)收集器和電表之間的通信，RF用于電表和室內(nèi)其它計(jì)量表或設(shè)備之間的通信。Google地圖中有一個(gè)顯示全球AMR/AMI部署10和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的很有意思的頁(yè)面，它顯示了最新的部署信息。