介紹

經過一百多年的能源運輸，技術變化很小，配電網絡最近發生了巨大的變化。在一個由技術發展主導的世界中，能源部門已經發展到包括風能和太陽能等可再生能源。我們面臨著新的挑戰，例如能源的雙向流動，可再生能源發電的間歇性，電力分配以及電力線上的噪聲排放，從而導致潛在的網絡穩定性問題。為了保證為最終客戶提供持續和優質的服務，能源分配公司正在整合智能電表，以實現實時網絡診斷和即時故障檢測。這項技術為公用事業公司和最終用戶提供了眾多好處。本文介紹了智能電表的基本原理和現場診斷的進步。

智能電表

智能電表是能源分配網絡的基本組成部分。除了監控能耗外，智能電表還可以收集有關所供電質量的數據。例如，它可以測量無功電能、總諧波失真、諧波含量、電壓浪涌和瞬變的存在以及頻率變化，所有這些都是網絡狀態的指標。但是電表是如何工作的呢？

圖1顯示了單相系統和三相系統電表的主要組件框圖。

圖1.單相和三相智能電表框圖。

在智能電表中，基本電氣質量來自電壓和電流測量。這些測量值由特殊的模擬前端（AFE）處理并提供給微控制器，微控制器顯示它們或使它們可用于通信節點進行遠程傳輸。電源管理單元完成結構。

用于測量電壓和電流的傳感器

電表的一個關鍵方面是電流測量。與電壓測量不同，電壓測量可能僅與標稱值有很小的偏差，電流具有非常寬的動態范圍，從幾毫安到數百安培，并且必須在整個范圍內以最高的精度進行測量。雖然使用簡單的電阻分壓器（很少使用變壓器）進行電壓測量，但用于讀取電流的傳感器可能會有所不同。通常使用以下四種類型的傳感器：分流器、電流互感器（CT）、羅氏線圈和霍爾效應傳感器。這些傳感器中的每一個都有優點和缺點。例如，廣泛用于家用儀表的分流器具有經濟優勢和實用性。分流器的最大缺點是焦耳效應加熱，這限制了其在大電流下的使用。

相比之下，電流互感器在最大電流方面超越了分流器的限制，并且本質上是隔離的，這是非常有利的。CT以環形線圈的形式出現，其初級繞組由導體表示，您要測量的電流流過環。次級繞組纏繞在鐵磁材料上，匝數確定變壓器匝數比。與分流器相比，CT具有更高的成本和更大的占地面積。電流互感器的一個重要限制是其鐵磁芯，如果飽和，會嚴重影響智能電表的運行。飽和可能是由交流電中的直流偏移、高電流峰值或外部磁場（例如永磁體產生的磁場）引起的。由于此限制，使用電流互感器的系統必須提供屏蔽或其他保護機制以避免篡改。

霍爾效應傳感器具有出色的頻率響應，可以測量高強度電流。然而，高溫漂移減輕了這些優勢，需要在多個點進行系統校準才能獲得所需的精度。

與電流互感器和霍爾效應傳感器一樣，羅氏線圈本質上是隔離的。羅氏線圈是一種與導體相互耦合的電感器，待測電流流經導體。磁耦合通過空氣芯進行，因此不會引入鐵磁材料的典型飽和問題。羅氏線圈的特點是傳感器產生的信號與電流的導數成正比，因此需要積分器來重建原始信號。

為了實現寬動態范圍和高線性度，以及測量非常高電流的能力，使用羅氏線圈進行電流檢測需要使用穩定的積分器。此外，Rogowsi線圈特別容易受到外部磁場的影響，這些外部磁場允許通過最終用戶操縱功率測量。

為下一代智能電表介紹 mSure 技術

智能電表必須能夠在相對較長的時間內準確執行其功能，這可能超過 10 年。良好的設計和硅電子元件的穩定性使其能夠多年保持高水平的精度。但是，雷電、電流尖峰或電壓瞬變等環境事件會永久改變傳感器的性能。如果沒有先進的診斷系統，這種影響很難被發現，如果有的話。米當然，ADI公司開發的新型儀表診斷技術可以實時檢查測量鏈的狀態，并防止傳感器受到環境影響。米當然，技術不受環境影響，可以通過診斷來檢測操縱。?

mSure技術的工作原理如圖2所示。標準儀表在沒有反饋路徑的情況下在開環中工作。電流和電壓由傳感器轉換，有一個增加增益的處理鏈，最后，有一個模數轉換，直接在數字域中提取數據。每個組件都會增加總誤差;下線校準用于補償初始誤差，并確保儀表保持在特定精度等級的規格范圍內。

圖2.采用mSure技術的開環和閉環系統之間的比較。

對于標準儀表，一旦安裝在現場，測試其準確性的唯一方法是將其物理移除以進行實驗室測試。侵入性較小的替代方法是驗證生產批次的性能，但這代價高昂。與標準儀表相比，配備mSure技術的儀表可以通過更復雜的閉環系統在現場進行實時精度驗證，如圖2所示。閉環系統包括增加一個參考塊，該參考塊可生成穩定且非常精確的信號以注入傳感器。該信號穿過整個測量鏈，從檢測模塊中拾取。實時監控整個信號鏈，捕獲任何誤差（如增益、漂移等），并允許連續校準以調整這些誤差。此外，mSure技術的最大優勢之一是檢測欺詐行為。由于大多數篡改包括改變測量鏈的增益，因此mSure可以立即檢測到這種變化，這與開環系統不同。

米Sure 是非侵入式的，可以在儀表運行時激活。為了確保讀數準確，適當的模塊會檢測并扣除mSure設備對最終能量測量的貢獻。因此，儀表的精度取決于參考塊的精度。根據定義，與系統中使用的傳感器相比，基準電壓源具有更好的精度。

可以隨時激活自動校準功能。校準數據由電流和電壓測量鏈的增益組成。米當然，技術可以高精度地提取這些數據，而不必求助于昂貴的校準臺。自校準從將儀表連接到電壓源開始。負載的存在是可選的。

一旦智能電表配備mSure技術并安裝在現場，您就可以連續或按預定的時間間隔檢查電表的精度。如果儀表有精度漂移，則可以校正校準數據，以使能量計數準確。到目前為止，政府法規不允許在現場更改標準儀表的校準數據。借助mSure技術，公用事業公司將能夠在需要時及時進行干預，并且在擴展干預的情況下，將準確估計能源差異。

ADE9153B和ADE9322B均為支持Sure的電能計量IC，具有傳感器監控和自校準功能，適用于ADI公司的下一代智能電表。?

能源分析工作室

mSure產品組合附帶Energy Analytics Studio（EAS）。EAS 是支持 mSure 技術的云分析服務，可驗證每個儀表的運行狀況（運行狀況監控），并最終保護收入。在系統微控制器上運行的 mSure Manager 軟件報告與儀表參數相關的數據。報告頻率可以由操作員確定。米Sure Manager 允許您檢查單個計量表的狀態、屬于特定地理區域的所有計量表（例如，受到某些特殊天氣事件的計量表）或屬于某個生產批次的所有計量表的狀態。

圖3.面向電力公司的邊緣到云解決方案。

結論

創新的mSure技術可實現現場電表的實時診斷。結合能源分析工作室，它可以監控儀表的健康狀況，無需對實際故障情況進行干預，并防止欺詐。其結果是通過優化儀表管理來限制損失，同時最終延長儀表的平均使用壽命，從而為公用事業公司節省經濟成本。

審核編輯：郭婷