智能电表控制芯片为智能电网带来新动力 智能电表技术指标

智能电网涵盖的技术和涉及的产业非常广泛，它从概念走向实践带动了很多产业的发展，智能电表就是其中比较早受益的市场之一。由于与用电消费直接相关，也是用户和电网公司之间的一个纽带，智能电表成为智能电网发展的排头兵。

智能电表不同于传统电表之处在于它是双向实时通信，具有互动的特征，能够提供实时数据，为实施阶梯电价提供了可能。因此，智能电表在设计中强调了更强的信息处理、交互、计量和通信能力，在国家电网公司公布的智能电网标准中，对这些指标也都做出了详细的规定。2009年10月，国家电网公司公布了智能电表新技术标准体系，由功能规范、技术规范、型式规范、安全认证规范4类12个技术标准构成。该标准体系对电表在计量、费控、通信、功耗乃至电子线路布线、外观等各方面都有详细的规定，且提出了较高的要求。

智能电表的芯片涉及控制、计量、加密和通讯芯片（窄波通信），其中控制芯片是整个方案中的核心，负责计算资费、控制显示和通讯等最主要的功能。国内控制芯片现在主要由两大厂商占据绝大部分市场份额，最大的是瑞萨电子，大概占有70%以上的份额；另一家是国内的复旦微电子，大概占据20%左右的份额。这两家厂商的方案也代表了国内主流智能电表厂商的设计方案。

复旦微电子FM3308控制芯片

国内厂商复旦微电子推出了一组专门为国网单相智能电表而打造的FM33系列MCU芯片，以其中具有代表性的FM3308芯片为例，说明复旦微电子提供的智能电表解决方案。FM3308基于成熟的8051内核，下图是使用FM3308的国网单相智能电表解决方案。

由于复旦微电子的FM3308芯片是专门为国网智能电表而量身定做的，将智能电表所需的各种功能如MCU内核、液晶驱动、实时时钟以及I2C、7816等各种接口都集成在芯片中，因此以FM3308为主控芯片的智能电表设计方案能充分利用芯片的硬件固有功能，最大限度地简化外围设计，在保证整体设计功能满足性能较优的同时，降低系统成本。

芯片内置硬件实时时钟和液晶驱动电路，因此不需另外增加实时时钟芯片和液晶驱动芯片，这样可大大降低系统成本，简化外围电路设计。

MCU时钟由内部高频/低频振荡器提供，从而摒弃传统的外接晶体振荡器，可简化外围电路，提高可靠性。FM3308芯片内的高频(8MHz)振荡器精度可达8MHz±0.5%，完全满足电能表使用要求。3路硬件串行接口分别用于红外、485抄表和电力线载波通讯；2路7816接口用于ESAM和IC卡；I2C接口用于外接EEPROM存储芯片。

瑞萨电子的R8C/Lx系列控制芯片

瑞萨电子进入电表市场已经有十几年时间，在中国电表应用主控芯片市场占有最大的市场份额，并为客户提供完整的参考方案。

瑞萨电子的R8C/Lx系列产品集成了看门狗，内部复位电路，内置液晶驱动，数据闪存等，不仅可以为客户节约零部件成本，也节约芯片可利用管脚数，使芯片能够得到最大程度的利用。

瑞萨电子的R8C/L38产品使用3串口设计，使客户能够实现485通讯、红外和智能卡通讯；内置液晶驱动满足4*40段码的要求，将用电信息，电池信息，智能卡使用情况实时反映在显示终端；硬件SSC、I2C接口实现MCU和时钟芯片、计量芯片之间的通讯；大量的IO端口可以满足按键，开盖，继电器等需要。

SoC方案未来可期

以前由于国网规范的限制，现在智能电表SoC方案还无法在国内被采用，但是较新的规范在这方面未作限制，随着SoC方案的逐渐成熟，以及在国外部分市场的批量使用带来的示范效应，在国内电表产品成本压力日趋增大的情况之下，SoC方案会在未来2～3年内取得实质性的突破。 本文将重点介绍一些关键的计量问题，并使设计人员能够提前了解设计挑战，从而实现预定的目标。

采用智能电表让企业和工程师有更多机会设计出符合不断演进的全球标准的计量解决方案，这些解决方案能够满足未来需求，并将成为大众解决方案的一部分，即低成本解决方案。然而，要设计出成功的计量解决方案，还需要克服许多难题。

很多时候，开发计量芯片的设计人员甚至没有意识到计量解决方案所面对的挑战和需求。在这种情况下，设计人员很容易出现设计问题，使产品因为小的设计缺陷而无法用于最终解决方案。

本文将介绍计量SoC（片上系统）设计中的一些主要问题，并提出一些能够实现预期目标的解决方案。同时，本文还使SoC设计人员能够提前了解挑战，从而能够从容应对并设计出有效的解决方案。

挑战1：精确度

精确度是计量应用获得成功的关键，因为服务提供商绝不会采用无法准确测量的仪表。精确度对于电表应用来说更加重要，因为与天然气/水/流量表相比，电表对于模拟片上组件的依赖性非常高。通常，电表使用片上ADC（模数转换器）测量电流和电压（因为片外ADC会增加最终解决方案的价格）。另一方面，燃气/流量计使用片外传感器感应水流/燃气流的速度。

这些传感器能够以一系列脉冲的形式提供数字输出，这些输出与流速成正比。由于这些传感器一般都采用数字接口，因此整体精度对SoC（片上系统）的依赖性较低，更多地依赖于外部传感器。

另一方面，对于电能计量，精确度取决于两个方面-输电线如何与仪表相接（使用变压器、传感器、Rogowski线圈等）以及片上AFE（模拟前端）对电压和电流的测量精度。

因此，对于燃气表/水表/流量表来说，精度在很大程度上取决于所连接的传感器的精度。对于电表，精度取决于两个因素-SoC的AFE和SoC的片外模拟接口。下面我们将逐个进行讨论。

模拟前端 (AFE)。从客户的角度来说，AFE的精度是较为重要的因素。通常情况下，ADC的结果决定SoC的可扩展性。

模拟系统的精度主要取决于ADC的选择。西格玛-德尔塔(SD)和逐次逼近(SAR)是计量应用中常用的ADC。这两种ADC都有其各自的优缺点。

SAR ADC使用逐次逼近算法，SD ADC使用过采样技术对输入进行采样，并执行转换。SAR ADC非常适用于功率敏感型应用。

然而，它们可能不适合在非常嘈杂的环境中使用。因此，根据ADC的性能和用例环境，可以在ADC输入端使用低通滤波器过滤噪声。同时，与SD ADC相比，它们还具有较低的稳定时间- 稳定ADC以给出准确转换值所需的时间。

因此，SAR ADC更加适用于需要快速切换输入通道的应用，快速切换通道会导致快速改变输入电平。SD ADC需要高频率时钟，从而缩短稳定时间。因此，这会提高解决方案的最终成本并增加功耗。

负载线接口能耗计算需要在电流和电压值之间执行多次乘法和加法运算。确定输入负载电压很容易；然而，确定电流消耗的确有些困难。

家庭/工业/建筑物消耗的总电流不能馈送到芯片。然而，可以确定一个比例值（电流或电压）并馈送到AFE，然后使用ADC进行测量。

电流和电压测量的比例因子是不变的，因此可以进行适当的计算。这种“电流测量”过程的一个限制是需要有能够直接测量电流的低成本ADC。

另一种选择是使用已知的负载电阻将该电流转换成相应的电压，然后通过ADC测量该电压，它对应于实际的电流消耗。这为电流测量提供了更可行的低成本解决方案，并且有各种技术可用于电流测量。一些使用广泛的技术包括-分流电阻器、Rogowski线圈、电流互感器。

分流电阻器技术使用放置在负载电流线路上的小（分流）电阻器。 当负载电流通过该电阻时，会形成一个小的电压降。 这个电压降作为输入馈送到AFE中，后者可以测量相应的电流消耗。

电流互感器(CT)方法与普通变压器的工作方式相同，负载电流（已消耗电流）磁通在二级CT 线圈中生成少量电流，然后将电流通过负载电阻器，将其转换成相应的电压，然后再馈送到MCU 的AFE。

Rogowski线圈是另一种测量电流的方法（下图1）。这类线圈对于变化较大的电流也有不错的测量效果。然而，它们以时间差分形式提供输出。这就是需要一个合成器获得相应电流值的原因。

图1. Rogowski线圈结构

对比上述三种方式，分流电阻器技术是较为便宜的；然而，该技术很难满足高电流测量要求，并且存在DC偏移的问题。电流互感器(CT)能够比分流电阻器技术测量更多的电流，然而，它们本身也存在问题-它们的成本更高，存在饱和、滞后和DC/高电流饱和等问题。

第三种Rogowski线圈法的测量范围比CT小，对大电流范围表现出较好的线性特性，也不存在饱和、滞后或DC/高电流饱和问题。

然而，它的成本只比分流电阻器略微高一点。考虑到电流变化和消耗类型，分流电阻器技术主要用于消费/住宅应用，Rogowski线圈在工业应用中的使用更广泛。

挑战2：电流消耗

SoC的电流消耗是影响应用/解决方案的电池寿命的主要因素。因此，在电池供电模式下运行的应用要求SoC具有非常底的电流消耗。燃气计／流量计不与电源直接连接。因此，它们只能由电池进行供电。因此，与电表相比，这些应用对电流更加敏感。这一特性非常重要，因为计量表的平均使用寿命约为15年，客户当然不希望每隔几年就更换电池。

因此，与电表相比，燃气/流量计应用对这些限制更加敏感。在典型燃气/流量计解决方案中，仪表大多数时间都保持在低能耗状态。它将定期隔唤醒以计算能量消耗，存储数值，并可能重置脉冲计数器等。

另外，燃气/水/热量的消耗模式不同于电能，因为它们不像电那样无时无刻不在使用。因此，内核不必总是处于通电状态。“低功率模式电流”将扮演重要的角色。许多公司认为低功耗模式电流的范围是1.1 μA- 2 μA（休眠模式待机电流）。

另一个关注领域是SoC的启动时间及相关的电流消耗。由于应用要求仪表必须定期唤醒，因此启动时间和启动电流将非常关键。因此，此类SoC中使用的内核比处理速度等其它因素更加重要。

挑战3：安全、防护和检测

安全性、篡改保护和检测性能主要取决于最终应用的复杂性。满足这项要求可以很简单，只需要能够检测到是否有人试图打开仪表盖，或是否非法访问SoC并更改计费软件。

但是，也可能会非常复杂，要让连接以太网的仪表能够防止黑客攻击或保护仪表中的用户数据，这是GPRS/CDMA/ZigBee网络解决方案的一部分。这些要求存在很大的差异，因为计量能够或应该能够支持不同类型的解决方案。

对于独立解决方案，仪表不属于基于网络的计量解决方案的一部分，抄表和计费都是手动进行的，对安全性、防护和检测的要求会很低，因为攻击单个仪表不会影响其它仪表。因此，服务提供商可能会选择前面提到的比较简单的检测方案。

在仪表窗口和仪表盖之间形成一个电流路径便可以检测仪表盖是否被打开。只要有人试图打开仪表，该电流会被中断，对于篡改电表的操作也是如此。

使用密码保护SoC 内部寄存器可以防止有人未经授权对SoC进行重新编程。除非有正确的密码，否则无法重新编程，任何此类失败的尝试都会显示为篡改企图。

对于基于网络的解决方案，仅仅通过检测或简单的密码保护不能解决安全问题。需要更加严格的保护，因为仪表是网络的一部分，如果一个节点（仪表）受到黑客攻击，那么整个网络都会暴露给黑客攻击。

在这些情况下，安全性分为软件和硬件层，这两个层又进一步划分为多个层。为了解决这些问题，行业制定了EN13757、HomePlug、ISA100.11a、ANSI/EIA/CEA-709.1-B-2000和EN 14908等许多协议。

计量革命的兴起很大程度上取决于智能电表所支持的通信模式的发展。这类通信对安全性提出了很高的要求。 因为在所有通信模式当中，这类通信模式会使仪表/仪表网络最容易遭受黑客攻击。

以基于智能卡的预付费计量为例。 这种解决方案使用SPI（串行外设接口）在智能卡和仪表MCU之间传输数据。智能卡将数额存储在其内部存储器中，插入仪表后，仪表会根据消耗量不断扣除数额。

简单的攻击行为可能是对智能卡进行重新编程或复制。在这种情况下，防止此类篡改的一种方法是对存储在智能卡里的数据（如真实性数据和数额）进行加密。仪表首先解密这些数据，然后再进行处理。

在智能卡上写回数据时，会遵循同样的加密流程。这样，只要加密算法和加密密钥没有被暴露，仪表就会受到保护。事实上，无论采用哪种通信方式，几乎所有的计量解决方案都使用加密功能，以保证安全性不会受到损害。

加密的类型和复杂性主要取决于所使用的通信协议类型。GPS/GPRS/CDMA、以太网等通信协议需要更加复杂的加密。因此，还采用了特殊硬件以降低软件依赖性，同时，通过减少内核开销增强了芯片性能。

挑战4：即时软件更新

由于更换仪表涉及高昂费用，因此服务提供商希望仪表的使用时间能够超过十年，甚至多达15年。因此，设计人员在设计SoC时应该使其硬件能够满足未来需求，如：收费方案变更、分时段计量、夏令时变更等，而不必更换仪表，也不会中断为消费者提供的服务。

这向设计人员提出了两个挑战-一个挑战是SoC如何在仪表工作时进行软件升级，第二个挑战是无缝切换到新固件，同时这种变化不会导致服务中断。

第一步是确保在不需要切断电源或关掉仪表的情况下将补丁从外部源转移到SoC。第二步是在不关闭系统的情况下启动该补丁，使新固件可以生效。

但是，取决于SoC的复杂性和智能程度，将数据从外部加载器传输到SoC的方式与SoC之间的传输是不同的。基本的电表SoC可能没有GPRS或以太网等高级外设。

在这种情况下，简单的外设，如：SCI（串行通信接口）、SPI（串行外设接口）或I2C（IC间通信），可用来将数据（补丁）从外部源传输到SoC。然而，这会涉及内核，因为内核需要读取外设的数据寄存器，然后执行闪存写入操作。

通过采用能够直接连接存储器和外部世界的外设，可以最大程度地降低这项要求。这样，内核能够在将新软件加载到存储器的同时执行其它任务。可以使用DMA轻松地将数据传输到存储器，不需要内核介入。

然而，上面讨论的所有方法都面临一个重大挑战-更新流程基本上是手动完成的，人们需要手动连接固件加载器和SPI、SCI或USB。这会增加固件更新的费用。

使用ZigBee收发器、GPRS/GSM/CDMA、以太网、PLC等高级通信方式可以更高效地进行固件更新。如果使用ZigBee收发器，通过手持设备就能够建立与仪表的无线连接，确定其真实性，然后进行数据传输。这不会完全消除人工操作，但是通过加速整个操作过程，大大减少了手动操作。

其它模式，如：以太网、GPRS/GSM/CDMA、PLC等不需要任何人工介入。服务提供商的中央服务器会根据指令将软件代码传输到SoC，也会根据该指令建立网络。对SoC进行编程，使其把接收到的数据保存在内部存储器，然后软件重置会发起软件更新流程。

该问题涉及的另一部分是，要在不关闭系统的情况下从内核执行代码。该架构可以支持启动选项编程，可对SoC进行编程，从而在下一个低功率或软件生成的重置时从另一个指定位置启动。 还可以使该架构选择从RAM启动，以便新代码可以保存到RAM，然后在下一次重置/低功率模式恢复时，系统可以从RAM启动，而不是从闪存启动，然后新的更新将生效[3]。

挑战5：数据处理

随着系统/解决方案推出越来越多的功能，仪表需要控制的任务和处理的数据也大幅增加。 因此，根据应用和SoC内核的负载，设计人员可能决定迁移到32位内核或者采用强大的DSP（数字信号处理）内核，使应用（通信等）和计量部件不会互相影响。

通过在SoC中采用额外硬件，还可以分担内核的计算工作量，额外的硬件只负责各种计算工作，因为计量应用是高度计算密集型的应用。

数据汇集器和计量网关受系统据处理能力的影响最大，因为它们需数要处理大量数据。同时，它们需要支持用户接口，进一步增加了相关的数据处理复杂性和相应的要求。因此，未来可能会推出多核SoC以支持庞大的网络。

挑战6：更快速、更可靠的通信

测量消耗量只是问题的一部分（下图2）。迄今为止，全球的大多数仪表都需要手动抄表。这是因为传统仪表无法支持联网解决方案。这种手动抄表不仅增加了运营成本，还容易引入人为错误。

图2：解决方案的各种仪表联网选项简图

因此，对于有效的解决方案，仪表还应提供支持联网解决方案的能力，并能将数据传输到仪表网络，以便实现自动抄表。电表抄表传输的一个主要问题是存在电噪声。

因此，通信模式应能够承受噪声而不破坏数据。因此，仪表应能够以支持错误检测和清除的格式生成输出，即使数据由于噪声而失真，也能够从接收数据包恢复。同时，所有此类加密都增加了要传输的数据的大小。

因此，数据传输速度也很重要。目前，有多种数据传输模式。其中较为常见的包括GPRS、以太网、电力线通信、ZigBee、红外线收发器等。

通信模式将根据最终应用进行选择，如ZigBee/IR（红外线）收发器可能更适用于仪表与基站进行无线交互以传输数据的仪表网络，基站把从许多仪表（复杂情况下为100米）收集到的数据发送到使用有线通信的中心站。更多信息详见“新时代智能电表架构”。 [1].

结论

如今，计量演进的速度非常惊人，设计人员需要做好准备，预见将来会出现的问题和挑战。除非设计人员积极应对问题和挑战，否则我们将无法提供既能够满足未来需求又能塑造未来世界的产品。一个巨大的挑战是提供能够解决上述问题和其它问题的单芯片解决方案。前面提到的问题仅仅是个开始，我们还将面临更多的问题。

参考文件
1. ”Architecting" the New Age Smart Utility Meters 作者：Sunil Deep Maheshwari
2. Getting basic utility meter designs ready for the Smart Grid ，作者：Sunil Deep Maheshwari,
3. MCF51EM256 Reference Manual & Datasheet
4. Analog to Digital Convertors
5. 计量解决方案，来源：飞思卡尔。 摘要：目前，消费者和电力公司都一致同意智能电网具备众多好处，例如：分时计价、精确计量，并可避免每月上门查询电表读数等麻烦。而智能电网是否在应用环境中切实发挥了实际效益？各方观点并不一致。本文讨论智能电网如何帮助电力公司监测电能的使用状况。利用这些监测数据，电力公司能够与用户一起达到降低能耗的目的，整合各种再生能源。当这一天到来时，环境就是最大的赢家。

启发

“我还意识不到智能电网能够给环境带来大些好处”，当我告诉堂兄Chris我所在的公司已经涉足智能电网领域时，他说到：“我认为那只不过是电力公司提高电费的小把戏。”

要在平时，我会打断他，并大谈智能管理能源和资源的好处，但我这个堂兄已经在美国的北加州电力公司工作了15年。他并不是一无所知，所以我继续听他说下去。“电就像水一样，”他继续说到：“从源头流到所有的消耗点。安装智能电表并不能节约能源，它只不过是在您消费时起到一个计量作用。”这些论点的确符合逻辑。

而我确信智能电表是一个好东西，对经济、环境都有益处，能够以更好的技术方案解决一个老问题。实际上，我还的确不知道电网如何降低能耗。我决定深入了解一下。

调查结果显示，智能电表能带给环境众多潜在利益。通过先进的控制及规划合理的智能电网，电力部门可直接与资源用户通信，从而实现两大关键功能：降低峰值负荷与分布式发电。这些功能有助于降低能耗，尤其是在紧要关头。他们还有助于整合各种不同的再生能源，例如太阳能电池板、风车等。此外，从早期的实践数据表明，智能电网的运转是成功的。这些好处也推动了智能电表领域投资的大幅上升，以期进一步降低能耗。然而，一个显而易见的问题是：如果缺少一个关键角色的参与，规划再好的智能电网也不会为改善环境作出贡献，这个重要角色就是：您，聪明的消费者。

什么是智能电网？

对有的人来说，智能电网只不过意味着房屋中的新电表、气表和水表；对有的人来说，智能电网就是在建筑外安装的有害高频辐射源。而对于有些人，智能电网是一种将所有耗电对象连接在一起的新网络。

很多人认为，如果托马斯·爱迪生现在重返人间，也能轻易认出古老的电网。经过75年的微利运营之后，电力公司几乎没有任何积极性来升级现有的基础架构。不仅如此，消费者也已经习惯于毫无概念地消费资源，然后在月底或更长的时间后支付电费账单。

实际上，智能电网是一种新网络。作为一种新网络，它完全覆盖现有的电力基础设施。分别在发电、配送和消耗环节测量能源，然后在网络上传输这些测量结果。电力公司和消费者之间的这种通信允许快速、智能地针对电网状况制定决策。与智能手机加速我们获取信息的渠道相同，智能电网允许我们及电力公司更快地访问能源信息。如果能够测量每台关键设备的能耗，并反馈到电力公司管理的、采用较新技术的计算机终端，随后在将信息供给消费者查询，这将是一种什么样的情形！毫无疑问，这种认知能够让我们及时判断浪费能源设备以及节省能源、保护环境的机会。

智能电表(确切的说是仪表)记录家庭或商业消耗的电能，并以15分钟的间隔将这些数据送至电力公司。这项任务，称为“能源计量”，发生在仪表内部。能源计量需要非常精确、可靠，以便电力公司准确了解耗电量，并且不会从消费者那里多收费。大多数现代计量都由半导体器件完成。Maxim的71M6541D就是一种这样的器件，能够精确计量典型家用电表的电量。

将数据传回电力公司的过程也由集成电路完成。这些器件要么将电力线作为通信线，要么采用无线通信方式。电力线通信(PLC)的优点是射频辐射小，适合射频难以穿透的环境，例如地下室。Maxim的MAX2991和MAX2992组成的完整芯片组能够支持电表到电力公司的可靠通信。

智能电表不仅限于电表，还要进入家庭和商业建筑。当配备了测量装置(有时还包括通信装置)后，数据中心、工厂和电器全部实现“智能化”。测量能耗并将这些信息送回电力公司或家域网的过程称为能源计量。再生能源也依赖于能源计量。计量建筑物太阳能板产生的电能就是一个常见的实例。有效的能源计量必须精确而可靠。Maxim的78M6612为各种应用提供高精度能源计量。

从电力公司的角度讲，智能电表(智能电网的一部分)提供了降低峰值负荷的机会。管理高峰期的能耗对电力公司来说是一项艰难挑战。

我们可以想象在一个炎热夏季的周末，早上7点起床之前耗电量非常低；起床之后，您会打开电视、咖啡壶及部分照明灯，从而使电网负荷增大；随后，您将打开计算机，随后就是工作间的空调。在工厂，由于白天工作设备会产生很大热量，所以全天都需要开启空调。工作日之后，人们回到家中并打开空调和电器，电能需求量进一步增大。耗电量通常在傍晚达到高峰，只要当温度降低及人类活动减少时才开始下降。

电力公司如何管理这种波动性的电能需求呢？关键是：可供电力公司选择储存的电能非常少。没有大型电池能够储存一座城市或大型电力公司服务区域所需要的电能。电力公司必须具备足够的发电设施来及时满足峰值需求，以及足够的裕量来避免断电。典型的电力公司将采用水力发电和火力发电厂相结合的方式，保证基本负荷的供电。两种发电途径都是电力的主要来源，但水力发电响应太慢，难以满足需求量的实时变化。石油和天然气涡轮机响应快速，因此可增大电能供应量，以满足全天的用电高峰和用电量的变化需求。太阳能装置在阳光明媚的白天也为日间供电起到一定的作用。

这就是电力公司数十年来管理和供应电力的方式，现在考虑智能电网的情形。

设想炎热夏季的某天，对于全面部署了具有可靠通信能力的高精度智能电表的场合。早上供电需求量增大时，智能电表每隔15分钟将实时用电量数据发送给上级电力公司，能够快速判断用电峰值点。

通过这些用电量数据，电力公司开始实行分时计价的措施。按照这一规则，用户在高峰期内用电将需要支付高昂费率。为了节能或降低电费，消费者或商业用户，甚至数据中心都会选择由电力公司或第三方控制其电气系统。在气温升高时，电力公司将远程调节空调机的温度监控器，仅仅使家庭或办公室的温度稍微升高一点儿，即可达到节能的目的。最终用户甚至感觉不到这种自动中断的服务。

到了中午，电力公司将即时反馈来自风能或太阳能系统的再生能源。这些电力来源称为分布式发电，能够为电网提供可观的电力，输送到最近的用电设施。利用分布式发电，电力公司启动的发电机更少，这些发电机采用燃油，没有可再生能源环保。精确的测量数据和良好的控制机制还有助于减轻电力公司的发电负荷，允许预留更低的裕量。将来，如果负荷增大，插入充电站的电动汽车可以自动切换到供电功能，向电网输送电能。

由此可见，智能电网能够降低高峰期的峰值载荷，在节约电能的同时还降低了所需要的发电总量。由于智能电网固有的灵活性，甚至能够在非高峰期间以更大的容量工作，以便为早些时候被作为电源的电动汽车充电，并使消费者在更长的时间内使用空调。理想情况下，晚间的电力将取自清洁能源，例如水力发电站或其他形式的可再生能源。

无论是消费者，还是电力公司，最终都会同意降低峰值负荷，采用可再生能源的分布式发电降低我们对环境资源的依赖。

现实结果

基于上述观点，有人会说，所有这些听起来很好，甚至非常好，但我们仍然要等等看，是否一切能够平滑过渡，在任何时间、任何地方都能正常运转。当然，如果消费者和电力公司协同努力，为节能做出贡献，智能电网的优势将是毫无疑问的，但在现实中是否可行？

2001年至2006年，意大利率先开始部署智能电表。意大利电力公司Enel推动了这一计划的进行，以期降低费用。现在，接近85%的意大利用户采用了智能电表，实际安装大约4千万台电表。Enel估算这些装置每年可节约7.5亿美元。分时计价和消费者的理念是节俭机制的关键因素，有些消费者发现他们的电费节约了高达50%。抄表和维护所带来的交通费用的降低进一步节省了电力部门的运行成本。

同侪压力也能促使消费者向正确的方向转变。2009年，美国明尼苏达州电力公司联合会Connexus Energy就被立法机构要求每年降低1.5%的能耗。降低用电量，例如，采用可再生能源、更有效地配送电力，只能满足部分要求。显然，Connexus Energy必须通过消费者的努力达到降低能耗的目的。Connexus Energy联合会与顾问公司合作实施了创新的计费方案和培训计划。他们向40,000户住宅消费者邮寄了一份报告，首先将其耗电量与最近的100户小型住宅邻居进行比较，然后列出了排名前20%的“节能用户”。为了提供真实有效的比较，Connexus Energy还创建了一个由40,000用户组成的对照组。到了2009年，同侪压力凑效了。消费者的能源消耗降低2%，每年节约$20至$30。累计节约1百万美元以上。随后，98.7%的计划参与者选择继续参加该项计划。

现在，作为美国经济复苏与再投资法案的一部分，美国政府在智能电表领域已经投入$45亿，旨在提高能源效率、降低峰值用电量，合理整合分布式再生能源3。

全球各国也都制定了智能电表投资计划。

远景展望

数据表明，智能电网通过降低用电量、对再生能源的整合及节能，为改善环境作出重大贡献。但是，如果电网规划不合理、离开了消费者的参与或者没有对消费者进行适当的培训，就不可能达到利益最大化。机器控制不可能增强消费者的意识，改变人们的用电习惯。智能电表、太阳能板和电动汽车仅仅是供人们使用的工具。智能电表的成功取决于你和我，我们这些聪明的消费者。

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