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　　型号：SI8642ED-B-ISR                品牌：SILICON LABS

　　Si8642ED-IS 4 Channel 1kV Digital Isolator

　　Silicon Lab's family of ultra-low-power digital isolators are CMOS devices offering from one to six channels. Product options include bi-directional capability for I²C applications. The operating parameters of these products remain stable across wide temperature ranges and throughout device service life for ease of design and highly uniform performance. All device versions have Schmitt trigger inputs for high noise immunity and only require VDD bypass capacitors. Data rates up to 150 Mbps are supported, and all devices achieve propagation delays of less than 13 ns. Ordering options include a choice of isolation ratings (2.5, 3.75 and 5 kV) and a selectable fail-safe operating mode to control the default output state during power loss. All products are safety certified by UL, CSA, VDE, and CQC, and products in wide-body packages support reinforced insulation withstanding up to 5 kVRMS.

　　国际法制计量组织推行的IR46标准，要求电能表计量功能与其他功能相互独立，非计量部分软件在线升级不影响计量部分的准确性和稳定性。而我国标准体系电能表均为一体化设计，一旦出现硬件或软件故障，只能采取更换整表方式来保证电力计量工作顺利进行。与国际标准存在明显差异。

　　借鉴国外高端表计设计理念，结合国内实际情况，国网启动电能表双芯方案标准的推行，下一代双芯方案既能满足智能电网要求又能符合IR46标准，实现计量芯和管理芯独立运行，既满足了现在国网表在使用中出现的新需求，也兼顾未来四表集抄和采集2.0的发展。

　　双芯方案最主要特点之一就是对通讯速率进行了提升，以前的通讯最高波特率9600bps，现在提升到115200bps，以前的普通光耦已不能满足要求，需要使用高速数字隔离。

　　针对新的标准，新的需求，我们也做了充分的应对：

　　单相表：

　　计量芯片一般多为UART接口，且数据量不大，与计量芯之间通过普通光耦隔离可以满足要求;计量芯的RS485接口，现在要求波特率是9600bps，普通光耦隔离也可以满足要求;管理芯的RS485接口，因为要牵扯到自编程升级，目前支持波特率最高为38400bps，考虑支持到115200bps。

　　三相表：

　　计量芯片多为SPI接口，由于三相表数据量大，所以，计量芯片与计量芯之间应该会需要一路SPI隔离(即Si8631)，同时，RS485接口与单相表相同，至少管理芯的RS485接口需要高速隔离。

　　上行通信模块和下行通信模块，通讯速率明确要求9600~115200bps。

　　所以，目前基于单相表和三相表的高速隔离需求：

　　1)单相表在隔离方案上，推荐两路RS485采用高速隔离，即Si8642就可以满足;上下行通讯模块不确定，因为单相受制于表壳，上下行模块安装目前没有明确说法。

　　2)三相表由于计量芯片数据量大，计量芯片与计量芯之间采用1进2出隔离，2个RS485采用2进2出隔离，上下行通讯模块采用2进2出隔离，即一个Si8631，2个Si8642。

　　如下图所示：

　　图1：IR46单相表设计思路

　　图2：IR46三相表设计思路

　　上文及上图中所提到的Si8631/Si8642是何方神圣?

　　简单来说，它们是Silicon Labs的高压电容隔离器。主要特征为：

　　1)主要隔离介质是SiO2，隔离电压可选择，2.5kV，3.75kV，5kV等;

　　2)0.25um CMOS工艺;

　　3)OOK调制技术，采用差分信号传输，快速(最高1Gbps)，低延迟，高共模抑制比，低动态功率变化;

　　4)工作温度范围为-40℃~+125℃，且产品性能可在宽温度范围内维持稳定;

　　5)使用寿命可达60年，可靠性表现出色。

　　6)通过UL、CSA、VDE、CQC以及AEC-Q100汽车级认证。

　　7)1Mbps通信速率时功耗1.5mA/channel(2.5V供电)，100Mbps速率时功耗3.5mA/channel(5V供电)

　　以上这些优势特征，能带给用户什么好处呢?

　　全温度范围-40~125℃，寿命高达60年，低速延时，高隔离电压，可保证数据传输的可靠性与安全性;支持多通道集成，单芯片即可完整的支持SPI/CAN/UART等总线隔离，有效地减少PCB占板面积降低整体使用成本;通过各种安规认证，客户无需二次认证，节省开发周期;传输电流小，有效降低系统功耗。

　　总的来说，高速隔离以高性能，高可靠性，低功耗等特性可完美替换光耦隔离，是隔离应用的最佳之选。

　　智能电网就是电网的智能化(智电电力)，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

　　在电网发展基础方面，各国电力需求趋于饱和，电网经过多年的快速发展，架构趋于稳定、成熟，具备较为充裕的输配电供应能力。德国制定了“E—Energy”计划，总投资1亿4千万欧元，2009年至2012年4年时间内，在全国6个地点进行智能电网实证实验。同时还进行风力发电和电动汽车实证实验，并对互联网管理电力消费进行检测。德国西门子、SAP及瑞士ABB等大企业均参与了这一计划。预计西门子公司2014年智能电网年度市场规模将达300亿欧元，并计划抢占20%市场份额，每年确保60亿欧元订单。

　　与现有电网相比，智能电网体现出电力流、信息流和业务流高度融合的显著特点，其先进性和优势主要表现在：

　　(1)具有坚强的电网基础体系和技术支撑体系，能够抵御各类外部干扰和攻击，能够适应大规模清洁能源和可再生能源的接入，电网的坚强性得到巩固和提升。

　　(2)信息技术、传感器技术、自动控制技术与电网基础设施有机融合，可获取电网的全景信息，及时发现、预见可能发生的故障。故障发生时，电网可以快速隔离故障，实现自我恢复，从而避免大面积停电的发生。

　　(3)柔性交/直流输电、网厂协调、智能调度、电力储能、配电自动化等技术的广泛应用，使电网运行控制更加灵活、经济，并能适应大量分布式电源、微电网及电动汽车充放电设施的接入。

　　(4)通信、信息和现代管理技术的综合运用，将大大提高电力设备使用效率，降低电能损耗，使电网运行更加经济和高效。

　　(5)实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用，为运行管理展示全面、完整和精细的电网运营状态图，同时能够提供相应的辅助决策支持、控制实施方案和应对预案。

　　(6)建立双向互动的服务模式，用户可以实时了解供电能力、电能质量、电价状况和停电信息，合理安排电器使用;电力企业可以获取用户的详细用电信息，为其提供更多的增值服务。

　　趋势

　　“十二五”期间，国家电网将投资5000亿元，建成连接大型能源基地与主要负荷中心的“三横三纵”的特高压骨干网架和13回长距离支流输电工程，初步建成核心的世界一流的坚强智能电网。

　　国家电网制定的《坚强智能电网技术标准体系规划》，明确了坚强智能电网技术标准路线图，是世界上首个用于引导智能电网技术发展的纲领性标准。国网公司的规划是，到2015年基本建成具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网，形成以华北、华中、华东为受端，以西北、东北电网为送端的三大同步电网，使电网的资源配置能力、经济运行效率、安全水平、科技水平和智能化水平得到全面提升。

　　(1)智能电网是电网技术发展的必然趋势。通讯、计算机、自动化等技术在电网中得到广泛深入的应用，并与传统电力技术有机融合，极大地提升了电网的智能化水平。传感器技术与信息技术在电网中的应用，为系统状态分析和辅助决策提供了技术支持，使电网自愈成为可能。调度技术、自动化技术和柔性输电技术的成熟发展，为可再生能源和分布式电源的开发利用提供了基本保障。通信网络的完善和用户信息采集技术的推广应用，促进了电网与用户的双向互动。随着各种新技术的进一步发展、应用并与物理电网高度集成，智能电网应运而生。

　　(2)发展智能电网是社会经济发展的必然选择。为实现清洁能源的开发、输送和消纳，电网必须提高其灵活性和兼容性。为抵御日益频繁的自然灾害和外界干扰，电网必须依靠智能化手段不断提高其安全防御能力和自愈能力。为降低运营成本，促进节能减排，电网运行必须更为经济高效，同时须对用电设备进行智能控制，尽可能减少用电消耗。分布式发电、储能技术和电动汽车的快速发展，改变了传统的供用电模式，促使电力流、信息流、业务流不断融合，以满足日益多样化的用户需求。 [3]

　　计划

　　日本计划在2030年全部普及智能电网，同时官民一体全力推动在海外建设智能电网。在蓄电池领域，日本企业的全球市场占有率目标是力争达到50%，获得约10万亿日元的市场。日本经济产业省已经成立“关于下一代能源系统国际标准化研究会”，日美已确立在冲绳和夏威夷进行智能电网共同实验的项目。

　　在中电联获悉，2020年中国将建成以华北、华东、华中特高压同步电网为中心，东北特高压电网、西北750千伏电网为送端，联结各大煤电基地、大水电基地、大核电基地、大可再生能源基地，各级电网协调发展的坚强智能电网。华北、华东、华中特高压同步电网形成“五纵六横”主网架。

　　方向

　　在绿色节能意识的驱动下，智能电网成为世界各国竞相发展的一个重点领域。

　　智能电网是电力网络，是一个自我修复，让消费者积极参与，能及时从袭击和自然灾害复原，容纳所有发电和能量储存，能接纳新产品，服务和市场，优化资产利用和经营效率，为数字经济提供电源质量。

　　智能电网建立在集成的、高速双向通信网络基础之上，旨在利用先进传感和测量技术、先进设备技术、先进控制方法，以及先进决策支持系统技术，实现电网可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的高效运行。

　　它的发展是一个渐进的逐步演变,是一场彻底的变革,是现有技术和新技术协同发展的产物，除了网络和智能电表外还饱含了更广泛的范围。

　　建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网，全面提高电网的安全性、经济性、适应性和互动性，坚强是基础, 智能是关键。

　　意义

　　其重要意义体现在以下几个方面：

　　(1)具备强大的资源优化配置能力。我国智能电网建成后，将实现大水电、大煤电、大核电、大规模可再生能源的跨区域、远距离、大容量、低损耗、高效率输送，区域间电力交换能力明显提升。

　　(2)具备更高的安全稳定运行水平。电网的安全稳定性和供电可靠性将大幅提升，电网各级防线之间紧密协调，具备抵御突发性事件和严重故障的能力，能够有效避免大范围连锁故障的发生，显著提高供电可靠性，减少停电损失。

　　(3)适应并促进清洁能源发展。电网将具备风电机组功率预测和动态建模、低电压穿越和有功无功控制以及常规机组快速调节等控制机制，结合大容量储能技术的推广应用，对清洁能源并网的运行控制能力将显著提升，使清洁能源成为更加经济、高效、可靠的能源供给方式。

　　(4)实现高度智能化的电网调度。全面建成横向集成、纵向贯通的智能电网调度技术支持系统，实现电网在线智能分析、预警和决策，以及各类新型发输电技术设备的高效调控和交直流混合电网的精益化控制。

　　(5)满足电动汽车等新型电力用户的服务要求。将形成完善的电动汽车充放电配套基础设施网，满足电动汽车行业的发展需要，适应用户需求，实现电动汽车与电网的高效互动。

　　(6)实现电网资产高效利用和全寿命周期管理。可实现电网设施全寿命周期内的统筹管理。通过智能电网调度和需求侧管理，电网资产利用小时数大幅提升，电网资产利用效率显著提高。

　　(7)实现电力用户与电网之间的便捷互动。将形成智能用电互动平台，完善需求侧管理，为用户提供优质的电力服务。同时，电网可综合利用分布式电源、智能电能表、分时电价政策以及电动汽车充放电机制，有效平衡电网负荷，降低负荷峰谷差，减少电网及电源建设成本。

　　(8)实现电网管理信息化和精益化。将形成覆盖电网各个环节的通信网络体系，实现电网数据管理、信息运行维护综合监管、电网空间信息服务以及生产和调度应用集成等功能，全面实现电网管理的信息化和精益化。

　　(9)发挥电网基础设施的增值服务潜力。在提供电力的同时，服务国家“三网融合”战略，为用户提供社区广告、网络电视、语音等集成服务，为供水、热力、燃气等行业的信息化、互动化提供平台支持，拓展及提升电网基础设施增值服务的范围和能力，有力推动智能城市的发展。

　　(10)促进电网相关产业的快速发展。电力工业属于资金密集型和技术密集型行业，具有投资大、产业链长等特点。建设智能电网，有利于促进装备制造和通信信息等行业的技术升级，为我国占领世界电力装备制造领域的制高点奠定基础。