今天，美國(guó)大多數(shù)民用和商業(yè)建筑還在用老式的機(jī)電型電表跟蹤電力的使用情況。這些表可靠且便宜，但不適于需要精確、可重復(fù)電力計(jì)量以及有線或無(wú)線通信的電力分配系統(tǒng)，換句話說(shuō)，不適合即將到來(lái)的Smart Gird(智能電網(wǎng))電力分配系統(tǒng)。
Smart Grid需依賴有完備通信能力的智能電表來(lái)監(jiān)控能量使用，使居民和商務(wù)消費(fèi)者都能對(duì)能源用量和使用時(shí)間作出有根據(jù)的決策。但Smart Grid也面臨著困難。雖然在聯(lián)邦政府方面，華盛頓已通過(guò)了相關(guān)立法，如2007年能源法案和2009年的刺激計(jì)劃，但公用事業(yè)機(jī)構(gòu)實(shí)際上是以各州為基礎(chǔ)分配電力。在Smart Grid的準(zhǔn)備中，加利福尼亞州與德克薩斯州是最積極地轉(zhuǎn)向智能計(jì)量的兩個(gè)州(參考文獻(xiàn)1)。
無(wú)論 Smart Grid是否能在(美國(guó))國(guó)家層面上以某種形式順利和無(wú)縫地進(jìn)行下去，已有足夠的獨(dú)立公用事業(yè)機(jī)構(gòu)正在采購(gòu)和安裝電子電表，使之成為了一個(gè)重要的市場(chǎng)?？匆幌逻^(guò)去20年來(lái)的重要應(yīng)用：手機(jī)、計(jì)算機(jī)、大屏幕電視。它們之所以聲名顯著是因?yàn)閾碛幸粋€(gè)數(shù)億元的市場(chǎng)。公用事業(yè)安裝的電表也有一個(gè)類似的龐大市場(chǎng)。每個(gè)房屋和商業(yè)建筑都需要一塊電表。今后10年內(nèi)，全球公用事業(yè)公司可能要更換5億塊電表。
智能電表由一個(gè)帶有板載ADC和DAC的微控制器、一個(gè)電壓和電流檢測(cè)元件、一個(gè)AC/DC電源轉(zhuǎn)換器、備份電池以及無(wú)線或有線通信功能組成(圖1)。
多家公司都提供電表IC，包括德州儀器(TI)公司、安森美半導(dǎo)體(ON Semiconductor)公司、Maxim、Analog Devices、Teridian和e2v。這些IC基本都是微控制器，它們追蹤電量的使用信息以及從公用事業(yè)機(jī)構(gòu)回傳的信息。它們可以對(duì)電壓波形和質(zhì)量作一些DSP運(yùn)算，將信息傳送到一個(gè)顯示屏，并存儲(chǔ)待發(fā)的信息。雖然“智能電表”這個(gè)詞匯表示微處理器是中心元件，但防篡改措施則使電流檢測(cè)元件和電源備份的選擇成為智能電表的重要決策。
電表中主要采用了三種類型的電流檢測(cè)技術(shù)：電流變壓器、Rogowski線圈以及電阻分流器。使用哪種技術(shù)取決于電力分配是多相還是單相。世界上多數(shù)家庭只使用從發(fā)電機(jī)進(jìn)入家中布線的單相電源。美國(guó)民用市場(chǎng)采用一種分相配電，它向居民提供120V AC和高達(dá)240V AC，需要用一個(gè)電流變壓器作為隔離電壓/電流傳感器。北歐的商用與某些民用電力是三相電源，但家里一般還是單相。一般來(lái)說(shuō)，在檢測(cè)電壓與電流以確定計(jì)量的使用電量時(shí)，單相配電系統(tǒng)中會(huì)使用一支分流電阻，而在分相或三相系統(tǒng)中使用電流變壓器或Rogowski線圈，因?yàn)榭绮煌辔粶y(cè)量的電壓會(huì)超過(guò)半導(dǎo)體器件的電壓容限。
最常用的隔離傳感器依次是：電流變壓器、Rogowski線圈和霍爾效應(yīng)傳感器(圖2)。電流變壓器有一個(gè)鐵芯，很容易受到強(qiáng)大永久磁場(chǎng)的影響?？拷儔浩鞯拇盆F會(huì)使磁芯飽和，使檢測(cè)線圈無(wú)法拾取交流線上的AC電場(chǎng)。Rogowski線圈為空氣磁芯，包括一卷圍繞著電力線的導(dǎo)線。與鐵芯不同，空氣磁芯在強(qiáng)永久磁場(chǎng)情況下不會(huì)飽和。但是，它易于受其它篡改方法的作用，如存在一個(gè)大電感場(chǎng)時(shí)，它會(huì)耦合到線圈上，壓制住線圈要檢測(cè)的AC電流。
