在市场的推动下，数字电能表发展迅猛，中国目前已成为世界电能计量行业最具有活力的市场。城乡电网改造结束后，电能表市场需求从高速增长期逐步向平稳发展期过渡，居民新增表、网改轮换表以及对外出口的推动使电能表仍有巨大的市场容量。同时电能表也从普通功能型向长寿命、高精度、分时段、多功能、网络化等高科技含量和高附加值的方向发展。 图1：单相多功能电能表功能框图。

     单相多功能电能表 本文介绍的方案的电能计量芯片选用美国adi公司的ade7753。ade7753集成了2路16位δ-σadc、高性能dsp、电压基准及温度传感器等电路，在1000:1动态范围内误差小于0.1%；提供有功、无功及视在电能、电压、电流有效值及波形采样等数据；功率、相位及输入失调可实现数字校准；在环境条件变化很大和长时间使用条件下，采用专利技术的adc及dsp仍能保证高精度。实时时钟(rtc)选用epson公司的rx8025，单片机每隔一段时间根据环境温度的变化对rx8025的内置晶体进行补偿，以实现高稳定高精度的实时时钟。 下面对基于以上芯片方案在单相多功能电能表应用中的一些关键问题进行讨论。 1．如何选择电流传感器 电流传感器具有多种选择，各自具有不同的特点：电流互感器(ct)的优点是信号大、精度高、信号完全隔离，缺点是成本高、存在相差，并且在大电流或电网中存在直流分量时容易饱和；锰铜分流器的优点是成本低，不受直流分量影响，缺点是信号小，存在寄生电感，并且不隔离；di/dt微分电流传感器彻底消除了锰铜分流器不隔离、存在寄生电感的缺点，也消除了传统的电流互感器的相位误差和大电流时过饱和的缺点，而且成本非常低廉。 2．如何实现防窃电功能 ade7753只有1路电流通道，要实现防窃电功能，必须使用模拟开关在零线和火线ct之间进行切换。使ade7753工作于line cycle(整数电压周期)工作模式(lincyc=2)，计算电能及电流等数据。隔一段时间把电流切换到另一通道，比较两路的电流大小是否超出一定值，如超出则给出窃电标志，电能按电流较大的通道计算。切换期间的电能数据使用上个lincyc数据。 3．如何对无功电能进行补偿 ade7753的无功计算是将电流移相90°与电压进行相乘得到的。由于移相存在有微小角差，要得到高精度的无功电能，可进行相位补偿。补偿公式：q=s×sin(f+d)=s×sinf×cosd+s×cosf×sind=qr+pr×c，即相位补偿只需将有功寄存器值乘一常数加到无功寄存器值上即可。当电网频率发生变化时，移相器的角差也会发生线性变化，此时无功电能的频率补偿方法是：q(f0)=q(fl)×fl/f0，其中f0为基准频率、fl为电网频率。 4．如何输出无功电能脉冲 图2：三相多功能电能表框图。

     ade7753只有有功的电能脉冲输出，无功电能脉冲必须由mcu发出。有两种方法：1. 不断读取电能值进行累加，达到脉冲当量时即发出脉冲；2. mcu根据功率值，定时发出脉冲。前者受读数据间隔及mcu速率影响，会造成精度有一定跳动；后者的脉冲跳动很小，但要占用mcu的定时器资源。 5．为何选用rf通讯而不是红外通讯 红外通讯在实际应用中存在一些缺点：通讯距离小于10米、具有方向限制、通讯速率低、易受太阳光、日光等光线干扰影响通讯。这里选用了adi公司的rf芯片adf7020，它克服了红外通讯的缺点，其通讯距离可超过200米、无方向限制、波特率可达9,600、抗干扰强，并可通过软件协议进行联网。 三相多功能电能表 精度为0.5级和0.5s的三相多功能电能表可以采用ade7758。ade7758内部集成了6路16位δ-σadc、高性能dsp、电压基准及温度传感器等电路，在1000:1动态范围内误差小于0.1%；提供有功、无功及视在电能、电压、电流有效值及波形采样等数据；三相三线/三相四线兼容；dsp内部对无功电能进行了补偿；提供独立的有功电能及无功电能脉冲输出。这些功能特点大大减少了mcu的软件开发工作量。 三相多功能电能表面临以下的问题：不断增加的功能要求(四象限有功、无功电能计量、谐波分析、智能抄表、用电管理及负荷控制等)；不断提高的精度要求；不断升级的通讯协议；越来越严格的成本控制。下面介绍采用blackfin高性能dsp处理器实现的0.2级三相多功能电能表的方案。 高精度电能表对处理器的要求：乘法速度快，能满足每个周期160点6个通道的计算；比较大的ram空间，可以轻松完成fft(傅立叶变换)和其它滤波处理；具有比较高的数据接口，6个通道8khz采样数据能顺利传输到处理器；能够方便增加功能，满足电能表不断变化的需求；电磁兼容性好，产品做出来不仅指标高，还要耐用；开发环境好，能比较快上市；比