智能电网之电能质量监测仪-方案介绍

电能质量在线监测设备，它的功能是显而易见了。采集电力特征参数（电压、电流、频率），根据相关标准定义的方法进行运算，得到衡量电能质量各项指标的参数，并进行数据分析和记录，为治理、计量提供量化数据，为生产提供一定参考。

电能质量检测方案可以根据是否采用专用采集芯片进行简单分类。专用采集芯片可以完成数据采集，并根据既定方法运算得到电能质量相关参数，MCU通过既定的通讯接口和数据协议读取数据结果。这方面的专用ic国内国外都有成熟的方案，比如ADI，国内的锐能微。锐能微，有一个芯片除了集成采集模块，还集成了一个32位M0的MCU。若非采用专用芯片，则是通过MCU内部的ADC或者外部的ADC芯片进行数据采样，通过既定的方法运算得到电能质量各指标项目的结果。

集成+普通mcu

非集成 高性能MCU

采用专用计量芯片的优缺点肯定存在的，我个人观点有以下几点：

优点：

简化设计，设计难度降低

对周边器件要求低

成本低

缺点：

功能缺失，如电能质量指标的闪变、瞬变、间谐波等。

性能，如对外部磁性传感器的补偿

不方便进行录波

目前了解到的实现方案有以下几种：

1、高度集成（采集+普通MCU集成），如renergy的RN831X

2、一般集成（采集集成+普通MCU），如ADI的ADE7880

3、非集成，DSP+普通MCU

4、非集成，高性能MCU，如ADI的ADSP_CM40，NXP的kinetis K70

针对精度要求极高的场合，以上3，4方式可选高性能同步采样的ADC弥补MCU在性能的上的不足。

经过对比考虑以及定位，我选择采用第四种方案，采用mcu内部ADC。在上一期已经上过实物图片，方案实现了功能模块化及接口预留，后期升级修改比较灵活。

方案采用NXP kinetis K70（M4F）、外扩1Gb DDR2 RAM、2Gb NAND Flash、512Kb FRAM，支持以太网、RS485接口，通讯接口实现电气隔离。配备3.5'' TFT LCD。

TWR-K70F120M Tower

再简单介绍一下，我个人对以上几种方式的理解：

第一种：高度集成。这种优缺点很突出，成本低，功能简单，适合在低端、需求量大的应用，比如单相、三相电量计量。

第二种：一般集成。性能比第一种有所提高，但是在需求完善的电能监测场合显得力不从心，应用在高压输配电的主干线检测或三相配电柜。

第三、四种：这两种性能、功能完善全面，主要针对偏高端的应用领域，如智能小区、商城、学校，数据中心的电力监测。

以上是个人对电能质量监测方案的一点点学习分享，希望砖家指教。