论文摘要：智能电能表的全面推广使用是国家电网公司智能电网战略的重要目标之一。本文以基于ATT7022B电能计量芯片的三相费控智能电能表为例，介绍了智能电能表内部的硬件电路设计和电路中配置的主要元器件，并结合目前正在开展的智能电能表质量监督检验工作着重分析了各元器件的功能；介绍了智能电能表检验工作的一般分类、发现的问题与分析解决方案。
论文关键词：智能电能表,硬件电路,元器件,质量监督检测
国家电网公司在2009年特高压大会上提出建设以特高压电网为骨架、各级电网协调发展的统一坚强智能电网的“三步走”规划，其关键技术支持包括高品质的基础电力设施、集成通信、高级计量体系、高级管理及服务系统。作为智能电网中高级计量体系（AdvancedMeteringInfrastructure,AMI）的用电信息采集系统的基础设备，智能电能表（SmartMeter）是供电企业和电力用户之间的联通渠道。它的推广使用是实现电力营销集约化、信息化和智能化管理的重要保证，并促进用户科学合理用电。按照国家电网公司的企业标准，智能电能表应具有有功无功功率计量、用电信息管理、事件记录、费控与时段投切、安全认证等20类功能。为实现上述功能，智能电能表在硬件电路设计和元器件选用上需要执行了更高的要求和标准。对于承担电能表检验工作的网省电力公司和地市县供电公司的计量技术人员而言，掌握智能电能表的内部电路原理与各元器件功能将会极大提高智能电能表检验结果的公正性、可靠度和检验效率，也会促进生产厂家不断完善技术，保障电力用户的切身利益。
1.智能电能表的硬件电路
智能电能表按照应用环境划分可以简单分为应用于一般居民用户的单相智能电能表和应用于100kVA以上和以下的专用变压器用户等三相用电环境的三相智能电能表，按照费控方式划分可分为本地费控和远程费控两种。智能电能表的硬件电路构成可分为电能计量电路、微控制器（MicroControllerUnit,MCU）、供电电源电路、通信电路、基于EPROM存储器或Flash存储器的用电信息存储电路、基于ESAM模块的密钥信息管理电路以及其它外围辅助电路包括液晶显示驱动电路、功能按键与报警电路等，利用MCU对各功能电路进行协调控制，实电能计量、费控控制、信息管理与存储、事件记录、异常报警、人机交换等功能。图1所示为三相费控智能电能表的硬件电路原理图。相对于单相费控智能表，三相费控智能表的特点在于计量电路较复杂、存储空间大、事件记录种类多、具有电网监测的功能等。
图1三相费控智能电能表硬件电路原理示意图
2.智能电能表主要元器件与功能分析
以三相远程费控智能电能表（负荷开关内置）为例，主要元器件包括：电能计量专用芯片、微控制器、ESAM模块、互感器（电流、电压）、光电耦合器、片式二极管、压敏电阻等。
2.1电能计量专用芯片
电力线经过电压、电流采样、由强电信号转化成相应的弱点信号输入计量专用芯片。通过AD转换和乘法器运算，测量各相以及合相有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能；同时还能测量供电频率、电压有效值、相电流、功率因数以及相角等用电参数，电量信息以计数脉冲形式输出。考察计量芯片优劣的主要指标是输入动态范围内的非线性误差、测量值精度、一致性与芯片温度影响度。以中标安徽电网的首批三相费控智能电能表为例，使用的计量芯片为工业级ATT7022系列，图2所示为ATT7022B内部结构框图。
图2电能计量专用芯片ATT7022B内部结构框图
ATT7022B内部集成了六路二阶Σ-Δ模拟-数字转换，提供一个SPI接口与外部微控制器进行计量参数与校表参数的传递，适用于三相三线和三相四线智能电能表。计量变差范围为±0.1%，在输入动态工作范围（1000:1）内，非线性测量误差小于0.1%，芯片内部参考电源温度变化小于30ppm，工作温度范围为-40℃—85℃。
2.2微控制器
微控制器是智能电能表硬件电路的控制中心。它对电能计量芯片中的电能数据进行读取并存储至存储器，根据表内设置的常数和时段费率表对电量进行复费率处理，控制液晶驱动电路使液晶显示电能、费率等信息。支持ISO7816、DL/T645-2007协议，通过RS485、红外、载波等方式进行通信、控制报警器、接收功能按键的命令信息并执行操作。主要性能指标为：运行速率、RAM空间大小和工作温度。目前，中标安徽电网的三相智能电能表多使用德州仪器生产的MSP430F5438芯片作为微控制器，支持16位AD转换、16kBRAM和256kBFlash，工作温度为-40℃—85℃，与计量芯片ATT7022匹配。
2.3ESAM模块
ESAM是嵌入式安全模块（EmbeddedSecureAccessModule）的简称，多用于水、电、气表中，完成与表的本地或远程控制系统的双向认证。对于智能电能表，ESAM是用电信息密钥管理系统在智能电能表内部的认证、执行终端，主要用于智能表与远程控制主站的通讯数据的加密和解密以及特殊数据的存储，防止线路上的恶意侦测，以保证远程控制的数据安全。
2.4电压、电流互感器
电压、电流互感器在智能电能表中，用于将电力线输出的强电信号降至可供采样测量的弱电信号，同时起到强电电路和弱电电路之间的电气隔离作用。 1/2 1 2 下一页 尾页 |
