今天，美國大多數(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)量以及有線或無線通信的電力分配系統(tǒng)，換句話說，不適合即將到來的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監(jiān)控能量使用，使居民和商務(wù)消費(fèi)者都能對能源用量和使用時(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)。
無論 Smart Grid是否能在(美國)國家層面上以某種形式順利和無縫地進(jìn)行下去，已有足夠的獨(dú)立公用事業(yè)機(jī)構(gòu)正在采購和安裝電子電表，使之成為了一個(gè)重要的市場?？匆幌逻^去20年來的重要應(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。公用事業(yè)安裝的電表也有一個(gè)類似的龐大市場。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)電壓和電流檢測元件、一個(gè)AC/DC電源轉(zhuǎn)換器、備份電池以及無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。美國民用市場采用一種分相配電，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。一般來說，在檢測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量的電壓會(huì)超過半導(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)大永久磁場的影響?？拷儔浩鞯拇盆F會(huì)使磁芯飽和，使檢測線圈無法拾取交流線上的AC電場。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)大電感場時(shí)，它會(huì)耦合到線圈上，壓制住線圈要檢測的AC電流。
