原创 智能电网解决方案

绿色、环保的新能源技术，在刚开始的提出，到现在的改善，以及未来的发展，必将成为社会所需的核心，然而智能电网就成为了这个核心中的核心。有了智能电网，太阳能、风能等新能源发电才能及时的接入电网，其介入过程才能自动控制，由此才能大大的提高新能源技术的稳定性和利用率。

那么什么是智能电网呢？百度百科这样解释的：智能电网（smart power grids），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、使用安全的目标。其主要包括智能变电站、智能电表和智能交互终端。

智能电表作为智能电网中的一项重要智能终端，它已经不是传统意义上的电能表，智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能，防窃电功能等智能化的功能，智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。

大联大集团为此推出一系列的智能电网的智能终端解决方案。

       首先是一款Microchip公司的单相及三相多功能智能电表方案。其单相智能电表方案拥有高集成度和高精度的ADC采样计量电路，大屏的LCD显示，64或者128KB的闪存程序存储器和4KB RAM，分时计价和复费率功能，RTCC，针对Zigbee协议及其他专业的无线协议而设计的2.4GHz IEEE 802.15.4收发功能，高精度温度传感器，超低功耗工作电流等特点，为智能电表提供了一个有效而且安全的解决方案。

图1   Microchip单相智能电表方案框图

 

图2   Microchip三相智能电表方案框图

 

再让我们看看恩智浦在智能电表组合产品有哪些。恩智浦半导体拥有丰富的产品线，在MCU、数字外设，模拟外设，无线组网、RFID、等部分都有适合智能电表产品的芯片推荐，下面图3是智能表的功能框图。NXP能够提供丰富的ARM产品，主频从30MHz到270MHz，内部集成UART/USB/LCD/以太网/RTC等众多高级外设，可广泛的应用于智能电网的信号采集、检测、集中抄表、无线通信等各个功能。

 

图3  智能电表功能框图

 

恩智浦的一款电力集抄系统集中器是以ARM Cortex-M3为内核的LPC1700/1800系列MCU。LPC1700系列ARM Cortex-M3的外设组件：最高配置包括512KB片内Flash程序存储器、96KB片内SRAM、4KB片内EEPROM、4个32位通用定时器、一个8通道12位ADC、1个10位DAC、1路电机控制PWM输出（MCPWM）、6路通用PWM输出、一个独立供电的超低功耗RTC，还集成了大量的通信接口：1个以太网MAC、1个USB 2.0全速接口、5个UART接口、2路CAN、3个SSP接口、LCD控制器（只针对LPC178x）、外部存储器扩展接口（EMC）、专用的SD卡接口、最多达165个GPIO引脚。

 

图4  NXP ARM Cortex-M3电力集抄系统集中器方案框图

 

在LPC1700产品的基础上，LPC1800系列ARM是基于第二代Cortex-M3内核的微控制器，使得其基本功能大大的提高为进一步提高运算性能，恩智浦半导体推出的LPC40xx和LPC43xx系列ARM Cortex-M4产品，内置浮点运算单元，运算性能大幅提高，在硬件上与LPC18xx系列兼容，尤其是LPC43xx同时还内置一个M0内核用以管理低速失误处理，进一步降低系统功耗，给用户更多选择。其部分选型如图5和图6所示。

 

图5  LPC1700系列ARM Cortex-M3选型表

 

图6  LPC1800系列ARM Cortex-M3选型表

 

NXP的另外一款电力集抄系统集中器是以专用的电源调制解调芯片----- TDA5051A，单电源5V工作，数据速率600波特或1200波特，特别适用于ASK发送。TDA5051A具有全数字载波发生和整形，输出功率级具有过载保护，接收输入有自动增益控制（AGC），8位ADC和窄带数字滤波，容易和EN50065-1兼容网络兼容，主要用在家用电器控制，能量/热量控制，采用家庭电力网络的ASK数据发送。其典型应用如图7所示。

 

图7  TDA5051A的典型应用

 

对于新唐推出的一系列M0-NANO产品，主要特点是性价比很高Cortex-M0系列ARM MCU价格低，功耗低，片上资源丰富等特点，适合在电表产品应用。其部分选型表如下图8所示。

 

图8  新唐M0-NANO系列部分选型表

 

只有安全可靠的存储器，才能使智能电表涉及的数据存储问题得到保障。Microchip为智能电表应用提供了丰富的EEPROM存储器解决方案。其中的EEPROM主要用于智能电表的配置和校准，密度涵盖从128bit到1 Mb，编程/擦除周期高达100万次，可在扩展的温度范围内工作。这些产品采用I2C、SPI或MicroWire,UNI/O™等不同接口类型，数据保持期高达100年。这些串行EEPROM的最大工作温度范围（特定型号）为-40℃至+150℃，供电电压是宽范围的1.8V~5.5V，无疑是降低智能电表能耗的最佳选择。

Microchip为了让用户可以方便的进行开发产品和和评估其产品的数据存储的可靠性， 还推出一系列的EEPROM编程，测试，分析的工具Serial EEPROM PIM PICtail Pack 以及EEPROM使用寿命仿真评估软件Total Endurance™ Software。

 

图9  Micorchip EEPROM产品在电表应用产品的分类

 

总而言之，坚强智能电网的建设，将推动智能小区、智能城市的发展，提升人们的生活品质。上述的不同产品，都存在自己的优缺点，看你是要选择价格优势还是功能优势，但是大联大的丰富而充足的资源，能够满足你不同的需求。