在市場(chǎng)的推動(dòng)下，數(shù)字電能表發(fā)展迅猛，中國目前已成為世界電能計(jì)量行業(yè)最具有活力的市場(chǎng)。城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造結(jié)束后，電能表市場(chǎng)需求從高速增長(zhǎng)期逐步向平穩(wěn)發(fā)展期過渡，居民新增表、網(wǎng)改輪換表以及對(duì)外出口的推動(dòng)使電能表仍有巨大的市場(chǎng)容量。同時(shí)電能表也從普通功能型向長(zhǎng)壽命、高精度、分時(shí)段、多功能、網(wǎng)絡(luò)化等高科技含量和高附加值的方向發(fā)展。 圖1：?jiǎn)蜗喽喙δ茈娔鼙砉δ芸驁D。

     單相多功能電能表 本文介紹的方案的電能計(jì)量芯片選用美國adi公司的ade7753。ade7753集成了2路16位δ-σadc、高性能dsp、電壓基準(zhǔn)及溫度傳感器等電路，在1000:1動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)誤差小于0.1%；提供有功、無功及視在電能、電壓、電流有效值及波形采樣等數(shù)據(jù)；功率、相位及輸入失調(diào)可實(shí)現(xiàn)數(shù)字校準(zhǔn)；在環(huán)境條件變化很大和長(zhǎng)時(shí)間使用條件下，采用專利技術(shù)的adc及dsp仍能保證高精度。實(shí)時(shí)時(shí)鐘(rtc)選用epson公司的rx8025，單片機(jī)每隔一段時(shí)間根據(jù)環(huán)境溫度的變化對(duì)rx8025的內(nèi)置晶體進(jìn)行補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 下面對(duì)基于以上芯片方案在單相多功能電能表應(yīng)用中的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行討論。 1．如何選擇電流傳感器 電流傳感器具有多種選擇，各自具有不同的特點(diǎn)：電流互感器(ct)的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)大、精度高、信號(hào)完全隔離，缺點(diǎn)是成本高、存在相差，并且在大電流或電網(wǎng)中存在直流分量時(shí)容易飽和；錳銅分流器的優(yōu)點(diǎn)是成本低，不受直流分量影響，缺點(diǎn)是信號(hào)小，存在寄生電感，并且不隔離；di/dt微分電流傳感器徹底消除了錳銅分流器不隔離、存在寄生電感的缺點(diǎn)，也消除了傳統(tǒng)的電流互感器的相位誤差和大電流時(shí)過飽和的缺點(diǎn)，而且成本非常低廉。 2．如何實(shí)現(xiàn)防竊電功能 ade7753只有1路電流通道，要實(shí)現(xiàn)防竊電功能，必須使用模擬開關(guān)在零線和火線ct之間進(jìn)行切換。使ade7753工作于line cycle(整數(shù)電壓周期)工作模式(lincyc=2)，計(jì)算電能及電流等數(shù)據(jù)。隔一段時(shí)間把電流切換到另一通道，比較兩路的電流大小是否超出一定值，如超出則給出竊電標(biāo)志，電能按電流較大的通道計(jì)算。切換期間的電能數(shù)據(jù)使用上個(gè)lincyc數(shù)據(jù)。 3．如何對(duì)無功電能進(jìn)行補(bǔ)償 ade7753的無功計(jì)算是將電流移相90°與電壓進(jìn)行相乘得到的。由于移相存在有微小角差，要得到高精度的無功電能，可進(jìn)行相位補(bǔ)償。補(bǔ)償公式：q=s×sin(f+d)=s×sinf×cosd+s×cosf×sind=qr+pr×c，即相位補(bǔ)償只需將有功寄存器值乘一常數(shù)加到無功寄存器值上即可。當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生變化時(shí)，移相器的角差也會(huì)發(fā)生線性變化，此時(shí)無功電能的頻率補(bǔ)償方法是：q(f0)=q(fl)×fl/f0，其中f0為基準(zhǔn)頻率、fl為電網(wǎng)頻率。 4．如何輸出無功電能脈沖 圖2：三相多功能電能表框圖。

     ade7753只有有功的電能脈沖輸出，無功電能脈沖必須由mcu發(fā)出。有兩種方法：1. 不斷讀取電能值進(jìn)行累加，達(dá)到脈沖當(dāng)量時(shí)即發(fā)出脈沖；2. mcu根據(jù)功率值，定時(shí)發(fā)出脈沖。前者受讀數(shù)據(jù)間隔及mcu速率影響，會(huì)造成精度有一定跳動(dòng)；后者的脈沖跳動(dòng)很小，但要占用mcu的定時(shí)器資源。 5．為何選用rf通訊而不是紅外通訊 紅外通訊在實(shí)際應(yīng)用中存在一些缺點(diǎn)：通訊距離小于10米、具有方向限制、通訊速率低、易受太陽光、日光等光線干擾影響通訊。這里選用了adi公司的rf芯片adf7020，它克服了紅外通訊的缺點(diǎn)，其通訊距離可超過200米、無方向限制、波特率可達(dá)9,600、抗干擾強(qiáng)，并可通過軟件協(xié)議進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。 三相多功能電能表 精度為0.5級(jí)和0.5s的三相多功能電能表可以采用ade7758。ade7758內(nèi)部集成了6路16位δ-σadc、高性能dsp、電壓基準(zhǔn)及溫度傳感器等電路，在1000:1動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)誤差小于0.1%；提供有功、無功及視在電能、電壓、電流有效值及波形采樣等數(shù)據(jù)；三相三線/三相四線兼容；dsp內(nèi)部對(duì)無功電能進(jìn)行了補(bǔ)償；提供獨(dú)立的有功電能及無功電能脈沖輸出。這些功能特點(diǎn)大大減少了mcu的軟件開發(fā)工作量。 三相多功能電能表面臨以下的問題：不斷增加的功能要求(四象限有功、無功電能計(jì)量、諧波分析、智能抄表、用電管理及負(fù)荷控制等)；不斷提高的精度要求；不斷升級(jí)的通訊協(xié)議；越來越嚴(yán)格的成本控制。下面介紹采用blackfin高性能dsp處理器實(shí)現(xiàn)的0.2級(jí)三相多功能電能表的方案。 高精度電能表對(duì)處理器的要求：乘法速度快，能滿足每個(gè)周期160點(diǎn)6個(gè)通道的計(jì)算；比較大的ram空間，可以輕松完成fft(傅立葉變換)和其它濾波處理；具有比較高的數(shù)據(jù)接口，6個(gè)通道8khz采樣數(shù)據(jù)能順利傳輸?shù)教幚砥�；能夠方便增加功能，滿足電能表不斷變化的需求；電磁兼容性好，產(chǎn)品做出來不僅指標(biāo)高，還要耐用；開發(fā)環(huán)境好，能比較快上市；比