电能计量芯片ADE7880在智能电表中的应用

马贵娟，张延敬

（国网山东省电力公司冠县供电公司，山东聊城，252500）

0 前言

ADE7880电能计量芯片能够满足智能电表的技术要求，实现更加全面的系统测量、收集、存储、分析以及运用等处理功能，并起到防止篡改、窃电监测、双向电能计量、电能质量监测等多种功能，是目前电网结构中最具优势的电能计量芯片，具有较大优势。

1 电能计量芯片ADE7880

其是一款高精度、三相电能计量IC，采用串行接口，提供三路灵活的脉冲输出。芯片内含有二阶转换器，数字积分其以及所有必备的信号处理器。其能够计算相位以及零线电流的谐波方根，或相位上各谐波上功率因数以及谐波失真。其适合三线、四线的三相配置有功、无功和视在功率。其内部具有波形采集存储器，允许访问所有ADC输出。且该期间还提供电能质量检测，若存在瞬时电压或电流，可及时进行调整，预警。ADE7880可利用两个端口进行通信，专用高速数据采集端口与I2C配合，提高输出功率信息。其内部两个中断请求可避免盗窃篡改行为，确保电能的连续累积[1]。

2 电能计量芯片ADE7880在智能电表中的应用

■2.1 智能电表硬件以及工作原理

以ADE7880最小系统模块，单片机模块、通讯模块等为主要硬件。智能电表的系统结构框图如图1所示。该智能电表具有：实时显示电压、电流、功率参数等功能；可显示电压波形；可显示谐波柱状图；可定时记录电能、电压、电流等参数。系统总框架内包含，系统硬件与软件设计两个板块。可对系统功能、技术指标等进行实时分析，调查，数据存储。对多个方案进行权衡，最后确定最优方案。电表系统内采用ADE7880为电能计量芯片，利用I2C总线配置并读取芯片有关参数，利用RS—232总线进行数据传输，并在计算机中实时显示。智能电表中常采用1∶1的电压，外围电路较为简单，但精度较高。可起到很好的隔离作用，提高采样精度。

图1 智能电表系统结构示意图

■2.2 电能与谐波的测量

ADE7880芯片可利用线周期累积模式计算有功电能、无功电能等，消除波纹，测量短时间内的电能。ADE7880中分有两个阶段，以实现有功功率信号的积分处理。这个过程中，无功功率与基波无功功率相同。每次达到阈值时，芯片会产生脉冲，并在互联网寄存器中减去阈值。此时，电能符号将被视为有功功率符号。

ADE7880芯片的谐波计算具有明显的优势，是智能电表中的重要组成部分。其内部含有谐波引擎，可依次分析一个相位。最多可计算50多次的谐波。在特性相位中，其每次可计算最多三次的谐波信息，待谐波建立完成后，等待500ms左右，可进行更新。可见，ADE7880芯片在处理三次谐波而言，具有较大优势。但处理56次谐波时，每次更新需要9秒，对智能电表的系统应用形成一定阻碍。

■2.3 电压通道与电流通道

智能电表在正常状态下，可执行复位操作。即使得reset引脚拉低并保持在10us再回到高电平时，可使得芯片复位，内部存储器重置为默认值。各通道中带有编程增益放大器，以及增益寄存器，以及高通滤波器，以防治有效功率测量产生误差。

ADE7880芯片存在过零检测电路，其路径不包含过零检测电路。器件利用输出端口产生过零时间，低通滤波器可消除50Hz以及60Hz的所有谐波，识别电流与电压所产生的过零事件。该数字谐波器在80HZ时有一个极点，且时钟速率为256Hz。因此，在输入信号与输出信号之间存在相位滞后时，可将50HZ系统的ZX检测误差进行调整。

ADE7880芯片在电压通道中提供周期测量，每个相电压的周期经过测量后分别存储在相应的存储器中。周期寄存器为16位无符号寄存器。每个周期更新一次。同时，确保滤波器建立的时间为30MS到40MS，确保测量时间稳定。单机片完成对芯片的驱动后，可利用接口读取相应的寄存器，并适时更新，其更新值利用公式进行计算[2]。

■2.4 智能电表的计量程序分析

其计量程度可采用编程方式进行。主控芯片对接口程序进行初始化，设置PM0=1，PM1=0，选择芯片电源模式，拉低引脚，对芯片进行复位工作，再设置芯片通信模式。由于执行复位工作后，芯片将默认I2C为活跃端口，主控芯片要利用端口必须在引脚上切换至高电平值后，再执行端口方可操作。通信模式选定后，对该芯片进行存储器设置，启动数字处理器，开始工作。由上文可知，ADE7880芯片具有三个中断事件，通过引脚出发中断操作。故此，芯片接收到中断信号时，需要读取中断状态存储器，并识别存储器中的标记位置，判断中断事件，继续执行相应事件的中断服务程序。

在ADE7880芯片中的中断寄存器中，存在中断开关，并分别用于三相或基波有功等符号变化中。当该开关全部开启时，任何一相功率出现反向时，都将引起芯片执行中断任务，STM32芯片识别中断信号后，可查询芯片中的寄存器，判别功率流向正负情况，并按照符号进行分类存储，实现电能的双向计量。

对于防窃检测而言，三相系统中的零线电流等于电位电流的代数。若数值之间存在失配情况，则可判断该系统中存在窃电行为，或漏电行为。ADE7880芯片中有带符号的寄存器，该寄存器中保存着所有相电流的代数和。零线电流中有效的值保存在其他寄存器中，因此可对这两个寄存器中的值进行计算，取绝对值，最后进行比较。ADE7880芯片中的阈值用于窃电保护以及报警指示，因此需要进行初始化设定。当阈值不在规定范围内时，即可判断发生了窃电行为，并开启中断开关，产生中断信号，发出窃电警报。

ADE7880芯片在软件较表中，通常采用两种方法。其一，使用精确源执行校准工作。其二，使用外部基准电表执行校准工作。第一种方法的精准度较高，但要求输入可控制的电压与电流，对精确源的要求较高。第二种方法利用CF逻辑脉冲输出，虽会产生一定误差，但最终测试的结果相对较为准确。

3 结论

综上所述，ADE7880芯片在智能电表中的应用范围较为广泛，本文主要分析了其硬件设施与软件设计的有关内容。该芯片能够满足智能电表的技术要求，并以高精准度、全功能性，达到国家标准。便于智能电表的测量、分析、存储等众多工作，是智能电表的首选配件。