智能化电能计量技术提升能效,让世界变得更环保

2010-06-01 17:23:30来源: ADI 关键字:AMR  AMI  ADI  RF

引言

      我们都很熟悉那些隐藏在车库、地下室或其它隐蔽之处的电表了。我们甚至可能每月会检查它一次或两次,并将电表上的最新读数打电话告诉电力公司,而不是估算一个数字。随着技术的发展,一场静悄悄的革命正在这普普通通的电表上发生。

      图1显示的是一款在19世纪后期开发的传统机电式电表,它带有一个转盘和一个机械计数显示器。这种电表通过计算该转盘的旋转圈数来计量电能,金属转盘的旋转速度与所用电能成一定比例。转盘周围的线圈通过施加一个与瞬时电流和电压成比例的涡电流和推力转动转盘,它利用一个永久磁铁在转盘上施加阻尼力,以在断电后使之停止旋转。

      图1:机电式电表

      图1:机电式电表。

      电表发展的第一个里程碑是机电式电表被固态电子式电表所代替。电子式电表利用高度集成的器件(如ADE516x1、ADE556x2 、ADE716x3、ADE756x4和ADE77xx5系列电能计量IC6来计量电能。这些器件通过一个高精度的Σ-ΔADC来将瞬时电压和电流转成数字量,然后计算电压和电流的乘积,就能到以瓦特为单位的瞬时功率 。对瞬时功率按时间进行积分就可以得出已消耗的电能值,它通常以千瓦时(kWh)为单位计量。消耗的电能数据显示在一个液晶显示屏(LCD)上,如图2所示。

      电子式电表有很多优势。除了可计量瞬时功率以外,它还可以计量其它参数,如功率因数和无功功率。它能够每隔一个特定时段计量并存储数据,这就允许电力公司提供分时段计费服务。这样一来,聪明的用户在费率较低的非高峰时期使用主要电器(如洗衣机和烘干机),这样能节省电费,而且高峰期的电能需求量减少了,电力公司也可以避免建设新的发电厂。电子式电表还不会受到外部磁场或电表本身放置角度的影响,因此它们的防窃电性能要优于机电式电表。此外,电子式电表的可靠性也非常高。

      ADI公司在机电式电表向电子式电表的演变过程中起到了关键的作用,迄今为止已经销售了超过2.25亿块电能计量IC。根据IMS Research公司的报告,2007年付运的所有电表中,75%是电子式的,25%是机电式的7。

      图2:固态电子式电表。

      图2:固态电子式电表。

电子式电表打开新的机遇

      一旦电表数据可以以电子形式得到,在电表上增加通信功能就变得很有意义了,因为这样就允许电表通过通信链路使用自动抄表(AMR)功能远程发送电表数据。电表制造商已经开发出多种不同的远程抄表系统架构,大致可分为近距离无线抄表系统、车载无线抄表系统和联网抄表系统。图3显示了车载抄表系统。在该案例中,电力公司派出一部装有无线数据收集器的汽车,该车只要经过居住区就可高效地收集电表数据。车载抄表系统使一个电力公司员工能够在一天内抄到的电表数量是近距离抄表系统的五倍,是人工抄表数量的十倍。在联网抄表系统中,电表数据被传输到一个固定的数据收集器,它通常位于某街道或居民区尽头的一根电线杆上。然后数据会通过宽带或无线蜂窝网络传输到电力公司。

      图3:车载抄表器。

      图3:车载抄表器。

从AMR到AMI

      最初,以AMR系统取代人工抄表只被简单地看作是一种降低人工成本的途径,但这一看法正在改变,因为业界认识到AMR允许电力公司方便地提供更大的好处和更好的服务(如实时计费),从而进一步提升能效、实现故障即时报告,以及提供更精确的数据来规范网络内用户的用电习惯。AMI(先进抄表基础设施)有时会替代AMR,以突出与简单远程抄表的区别。AMI联网抄表系统可以利用从卫星到低成本无线电在内的各种技术来实现,其中两种主导性新兴技术是RF技术(利用开放的工业、科学和医学(ISM)频段)和电力线载波技术(PLC)。

      RF技术采用低功耗、低成本的无线电系统来无线传输电表信息,PLC则利用电力线本身来传输。ADI公司已经开发出了针对这两种技术的解决方案,ADF7xxx系列短距离收发器8可满足ISM频段RF应用的需要,而基于广泛使用的Blackfin®处理器9的SALEM®系列则可满足PLC技术的需要。这两种技术都各有利弊。特别对于水表和气表来说,基于在水或气旁边部署电力线的安全问题考虑,RF技术正变成主要的选择。水表由于经常被埋于地下,情况也更复杂一些。对于电表而言,混合使用这两种技术看起来可能性最大,北美青睐RF,而欧洲则倾向于PLC。在美国,一小部分家庭通常只连接到一个变压器,这使得PLC方案不太经济。在某些情况下,电力公司采用混合方案部署AMI,电力线用于数据收集器和电表之间的通信,RF用于电表和室内其它计量表或设备之间的通信。Google地图中有一个显示全球AMR/AMI部署10和现场试验的很有意思的页面,它显示了最新的部署信息。

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关键字:AMR  AMI  ADI  RF

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2010/0601/article_3062.html
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