各種智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接入方法及所面臨的挑戰(zhàn)

作者：Olivier Monnier，德州儀器 （TI） 全球智能電網(wǎng)市場(chǎng)營(yíng)銷總監(jiān)

引言

物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 會(huì)為我們帶來(lái)一個(gè)更加智能的電網(wǎng)，在所有電力基礎(chǔ)設(shè)施之間實(shí)現(xiàn)更多信息共享和網(wǎng)絡(luò)接入，并把這些便利性帶給千家萬(wàn)戶。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，消費(fèi)者、設(shè)備制造廠商和電力部門可尋找到許多新的方法來(lái)管理設(shè)備，最終達(dá)到節(jié)約資源的目的，并可利用智能電表、家庭網(wǎng)關(guān)、智能插座和網(wǎng)絡(luò)家電來(lái)節(jié)省電費(fèi)。

本白皮書為您介紹世界上廣泛使用的各種智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接入方法。例如，TI正在開發(fā)整套系統(tǒng)解決方案，把硬件（模擬和數(shù)字）和軟件組合在一起，以克服構(gòu)建更高智能、更高聯(lián)網(wǎng)程度的智能型電網(wǎng)時(shí)所面臨的一些挑戰(zhàn)。

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)更智能的電網(wǎng)

讓電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、電表、家庭和樓宇通過(guò)網(wǎng)絡(luò)緊密相連

思科2011年的報(bào)告稱，到2020年，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量有望達(dá)到500億部，它們將向消費(fèi)者、設(shè)備制造廠商和電力部門提供有價(jià)值的信息資源。在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部，各行各業(yè)的設(shè)備將通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接以及一些封閉網(wǎng)絡(luò)（例如：智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施使用的網(wǎng)絡(luò)）相互聯(lián)網(wǎng)。

全世界的注意力都放在如何管理和節(jié)約能量與水資源上面，因此物聯(lián)網(wǎng)也會(huì)讓智能電網(wǎng)的受益范圍擴(kuò)展至電力部門的配電、自動(dòng)化和用電監(jiān)控方面。家庭和商用住宅的管理系統(tǒng)可幫助消費(fèi)者監(jiān)控其用電情況，然后根據(jù)需求調(diào)節(jié)用電行為。通過(guò)在用電低峰時(shí)段使用電器，并連接傳感器對(duì)房間使用情況、光照條件等進(jìn)行監(jiān)控，這些系統(tǒng)可以自動(dòng)地調(diào)節(jié)用電。但所有這些都需要一個(gè)更加智能、與網(wǎng)絡(luò)連接更緊密的電網(wǎng)。

改變電網(wǎng)，面對(duì)當(dāng)今挑戰(zhàn)

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，構(gòu)建一個(gè)智能電網(wǎng)意味著在全球人口迅速增長(zhǎng)的條件下，使用有限的發(fā)電能力來(lái)確保我們未來(lái)的能源供應(yīng)。智能電網(wǎng)可降低損耗、提高效率、優(yōu)化能源需求分配，同時(shí)讓大規(guī)?？稍偕茉矗ɡ纾禾?yáng)能和風(fēng)能）的獲取成為可能。隨著電力基礎(chǔ)設(shè)施的老化，電網(wǎng)正面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，具體包括：世界主要工業(yè)城市經(jīng)常出現(xiàn)斷電事故；在如印度等國(guó)家，超過(guò)30%的電能在傳輸途中損耗掉；在法國(guó)和澳大利亞，超過(guò)35%的飲用水被浪費(fèi)掉。

我們需要調(diào)整和改變電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從集中式改為分布式拓?fù)?，這樣可以通過(guò)一種動(dòng)態(tài)的方式吸收各種能源。另外，還需要追蹤實(shí)時(shí)能源消耗和能源供應(yīng)需求：使用更多的遠(yuǎn)程傳感設(shè)備，對(duì)能源數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量、監(jiān)控并發(fā)送這些信息，用于實(shí)現(xiàn)一種可自我修復(fù)的電網(wǎng)，增加總效率，并提高自我監(jiān)控和決斷的水平。網(wǎng)絡(luò)智能電網(wǎng)可搭建起一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，把未來(lái)所有的各種能源相關(guān)設(shè)備都連接到一起。TI正在克服許多全球智能電網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)，包括構(gòu)建連接電網(wǎng)設(shè)備的系統(tǒng)解決方案，從傳輸與分配電力基礎(chǔ)設(shè)施、電表、水表、氣表和熱力表，到家庭樓宇自動(dòng)化，均包含在其中。

朝著物聯(lián)網(wǎng)型智能電網(wǎng)邁出的關(guān)鍵第一步是智能電表的大規(guī)模部署。

數(shù)百萬(wàn)智能電表已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)

在全世界范圍內(nèi)，電表走在了智能表的部署的前端。例如，美國(guó)智能電表（e電表）的使用率接近50%，現(xiàn)已將數(shù)百萬(wàn)電表連接至電網(wǎng)，并定期傳輸數(shù)據(jù)。本質(zhì)上而言，這些電表正不斷擴(kuò)展其功能，從一種電能測(cè)量設(shè)備發(fā)展成為一種雙向通信系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 TI支持多種網(wǎng)絡(luò)接入方案的智能電表

現(xiàn)代智能電表必須達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，才能在智能電網(wǎng)發(fā)展方面發(fā)揮重要的作用。首先，電表需要向電力部門報(bào)告家庭和樓宇的用電信息。在美國(guó)，相應(yīng)的解決方案為低功耗射頻（LPRF）通信，其使用Sub-1GHz網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。但是，根據(jù)不同的國(guó)家和電網(wǎng)性質(zhì)，無(wú)線解決方案不一定是最佳選擇，例如，西班牙或法國(guó)使用的是有線窄帶OFDM電線通信（PLC）技術(shù)。唯一的通用網(wǎng)絡(luò)接入方案是不存在的。實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)要求更廣泛，從有線到無(wú)線，有時(shí)甚至同時(shí)組合兩種方案。

其次，電表需要通過(guò)家庭顯示器或者網(wǎng)關(guān)，為該家庭提供有用的用電信息。這種信息可讓消費(fèi)者調(diào)整用電行為，從而縮減電費(fèi)。在美國(guó)，使用IEEE 802.15.4 2.4 GHz ZigBee?標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合“智能能源”應(yīng)用規(guī)范。英國(guó)或者日本等其他國(guó)家，正在評(píng)估Sub-1 GHz RF或者PLC解決方案以實(shí)現(xiàn)更大覆蓋范圍，或者混合使用RF和PLC。因此，本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，電表正變成智能傳感器，它們可以向室內(nèi)和室外同時(shí)傳輸信息，使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)相互連接，同時(shí)向電力部門報(bào)告基本的用電數(shù)據(jù)。

對(duì)于電表廠商而言，轉(zhuǎn)向智能電表對(duì)電表拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有巨大的影響，如圖1所示。在進(jìn)行用電測(cè)量的計(jì)量段頂部，現(xiàn)在集成了一些無(wú)線電或者PLC解決方案。有時(shí)，還具有預(yù)付和近場(chǎng)通信（NFC）功能。主微控制器（MCU）的需求正在發(fā)生變化，要求它們擁有更大的內(nèi)存、更方便的聯(lián)網(wǎng)方式以及通信協(xié)議的安全性。另外，智能電表的MCU還需要支持許多高級(jí)功能，例如：動(dòng)態(tài)計(jì)價(jià)/需求響應(yīng)、遠(yuǎn)程連網(wǎng)與斷網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)安全、無(wú)線下載和安裝后升級(jí)功能，這樣電力部門便無(wú)需派出技術(shù)人員前往查看每一個(gè)電表。

TI已經(jīng)提高了其現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試計(jì)量評(píng)估套件的可用性，并擴(kuò)大其計(jì)量IC的產(chǎn)品線，讓它們內(nèi)存更大、安全性和精確度更高。例如，作為其MCU產(chǎn)品組合的一部分，TI新的多相電表工具包基于MSP430F6679 SoC，為廣大開發(fā)人員提供一流的精確度、更大的集成內(nèi)存和更先進(jìn)的防篡改保護(hù)。這些SoC所實(shí)現(xiàn)的電表精確度達(dá)到甚至超過(guò)了世界許多智能多相電表的許多標(biāo)準(zhǔn)，包括IEC 62053-22和ANSI C12.20 Class 0.2標(biāo)準(zhǔn)。另外，高達(dá)512KB的集成閃存內(nèi)存可實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜的電表功能，例如：動(dòng)態(tài)計(jì)價(jià)表、DLMS/COSEM或者網(wǎng)絡(luò)接入堆棧。

TI致力于滿足不同網(wǎng)絡(luò)接入解決方案的需求，為智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接入提供業(yè)界最為豐富的產(chǎn)品組合，包括Sub-1 GHz、2.4 GHz、Wi-Fi?、ZigBee、NFC和PLC等。除為各主要PLC聯(lián)盟的積極創(chuàng)立成員以外，TI還利用其豐富的專業(yè)知識(shí)和大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，開發(fā)出業(yè)界第一個(gè)PLC器件，在同一塊芯片上同時(shí)集成了對(duì)PRIME、G3和試行版IEEE P1901.2窄帶OFDM PLC的支持。該器件讓開發(fā)人員可以輕松地開發(fā)出面向未來(lái)需求的智能電表，其可以通過(guò)全世界任何國(guó)家的現(xiàn)有輸電線高效地傳輸數(shù)據(jù)。如“智能電表板3.0”視頻中所展示的那樣，TI提供許多獨(dú)特的系統(tǒng)解決方案，它們把模擬和數(shù)字硬件組件與相關(guān)軟件堆棧組合，以支持世界各種智能電表架構(gòu)。

下一步是智能電表的部署

盡管網(wǎng)絡(luò)型計(jì)量表的部署最初始于電力行業(yè)，但流量表市場(chǎng)（氣、水、熱和曖氣使用分配器）也正獲得發(fā)展的動(dòng)力，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，有望會(huì)部署數(shù)百萬(wàn)臺(tái)這類設(shè)備。派克研究公司2012年報(bào)告預(yù)測(cè)，全球智能水表保有量不斷增長(zhǎng)，到2017年，將從2011年的1030萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)近2倍至2990萬(wàn)臺(tái)。對(duì)于氣表更是如此，其年出貨量將從2010年的190萬(wàn)臺(tái)，增加至2016年的780萬(wàn)臺(tái)（派克研究公司2011年報(bào)告）。歐洲《能效標(biāo)準(zhǔn)》（EED）推動(dòng)發(fā)展“20-20-20”計(jì)劃，其目的是解決這個(gè)行業(yè)長(zhǎng)期面臨的挑戰(zhàn)，維持低成本、安全和可持續(xù)的能源供應(yīng)。作為該計(jì)劃的組成部分，20%的能效目標(biāo)正推動(dòng)英國(guó)（部署數(shù)量最多，達(dá)2200萬(wàn)臺(tái)）等國(guó)家大規(guī)模使用智能氣表，而意大利（2100萬(wàn)臺(tái)）和法國(guó)（1100臺(tái)）則緊隨其后（數(shù)據(jù)來(lái)源于2011年范?戴克公司和2010年因創(chuàng)公司報(bào)告）。

另外，從簡(jiǎn)單計(jì)量表轉(zhuǎn)向智能流量表涉及通信和跨設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接。

圖2 TI擁有多種網(wǎng)絡(luò)接入方案的智能流量表解決方案

圖2顯示了一個(gè)通用流量表拓?fù)涞牟煌W(wǎng)絡(luò)接入方法。LPRF無(wú)線電通常用于電池供電型氣表或者水表，與另一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)內(nèi)計(jì)量表或者傳統(tǒng)有線解決方案（例如：有線MBUS）頂部數(shù)據(jù)采集器之間通信。這種計(jì)量表還可以接收價(jià)目表信息、固件更新或者關(guān)閉閥門激活指令，其通常與預(yù)付功能（有時(shí)基于NFC系統(tǒng)）一起使用。電池預(yù)期壽命從10年到15年以上不等，這給流量表制造廠商帶來(lái)了一個(gè)挑戰(zhàn)。使用正確的電源設(shè)計(jì)來(lái)維持規(guī)定功率輸出和無(wú)線電性能，并且電池不出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，這樣便可在系統(tǒng)層解決電源需求問(wèn)題。例如，把TPS62730降壓轉(zhuǎn)換器和MSP430?微控制器一起用于TI不斷增長(zhǎng)的Sub-1 GHz wM-Bus解決方案系列產(chǎn)品，例如：SimpleLink? CC1120 RF收發(fā)器，便可完美提供業(yè)界最佳的選擇性和阻隔性能。這種系統(tǒng)級(jí)解決方案還擁有最低的系統(tǒng)功耗，保證計(jì)量表在戶外工作許多年，無(wú)需更換電池。

流量表或是任何電池供電型終端節(jié)點(diǎn)（例如：無(wú)線傳感器）的網(wǎng)絡(luò)接入功能，都要求把模擬及數(shù)字硬件與軟件相結(jié)合的系統(tǒng)級(jí)方法。例如，TI已經(jīng)演示過(guò)，使用結(jié)合了RPL路由協(xié)議的TSCH和IPv6的802.15.4e MAC層，可極大提高傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的壽命、可靠性、覆蓋范圍和可擴(kuò)展性（請(qǐng)參看視頻）。物聯(lián)網(wǎng)要求給未來(lái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備帶來(lái)了沖擊，但是設(shè)備和應(yīng)用決定了物聯(lián)網(wǎng)的可行性。

除此以外，模塊化、更具風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避能力的方法往往帶來(lái)更高的材料費(fèi)用（BOM），而設(shè)計(jì)復(fù)用可為那些面向多個(gè)市場(chǎng)的復(fù)雜智能計(jì)量表設(shè)計(jì)帶來(lái)節(jié)省成本的可能性。例如，使用基于超低功耗MSP430F5435A MCU的相同MCU平臺(tái)，面向Sub-1 GHz和2.4GHz市場(chǎng)，或者使用基于TI的SimpleLink CC1200 Sub-1 GHz收發(fā)器的相同RF模塊，同時(shí)用于氣表和水表解決方案。IC供應(yīng)商通常還會(huì)提供引腳兼容型MCU或者RF系列產(chǎn)品，其擁有更大的內(nèi)存及（或）更高的系統(tǒng)性能（Stefanov公司2012年報(bào)告）。這些靈活性可極大減少后續(xù)設(shè)計(jì)修改所需的資源。對(duì)于計(jì)量表制造廠商來(lái)說(shuō)，這就意味著更低的制造成本以及更大的投資回報(bào)。對(duì)于智能電網(wǎng)而言，它還意味著更快的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備部署，符合相關(guān)規(guī)定，并且標(biāo)準(zhǔn)也已確定。

規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)是大規(guī)模部署網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的關(guān)鍵所在

規(guī)定影響智能計(jì)量表使用率和確定計(jì)量表功能的規(guī)范。例如，美國(guó)國(guó)防部似乎正在尋求取得由總務(wù)管理局（GSA）負(fù)責(zé)管理的政府基礎(chǔ)設(shè)施，意在獲得聯(lián)邦預(yù)算費(fèi)用。與美國(guó)一樣，中國(guó)大陸也正通過(guò)啟動(dòng)“智能城市”項(xiàng)目，以在節(jié)能方面發(fā)揮核心作用。特別值得注意的是，Sub-1 GHz頻帶更適合于大型公寓樓的信號(hào)覆蓋。

標(biāo)準(zhǔn)保證多個(gè)廠商產(chǎn)品之間的通用性，讓大規(guī)模部署成為可能，并讓智能電網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)。例如，今天的窄帶OFDM輸電線通信標(biāo)準(zhǔn)，PRIME聯(lián)盟在西班牙和波蘭推出全智能電表（重要的試驗(yàn)項(xiàng)目），而G3-PLC聯(lián)盟則在法國(guó)、荷蘭、日本和其他國(guó)家做同樣的事情。就流量表而言，無(wú)線MBus 169MHz通信標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在在歐洲已成熟，并正在法國(guó)和意大利實(shí)施大規(guī)模氣表部署計(jì)劃。

與此同時(shí)，各種標(biāo)準(zhǔn)不斷發(fā)展并且獲得實(shí)現(xiàn)（硬件和軟件），而緊跟發(fā)展的步伐至關(guān)重要。例如，為了促進(jìn)輸電線通信在全球范圍的發(fā)展，并為智能電網(wǎng)開發(fā)商們提供面向未來(lái)需求的設(shè)計(jì)，TI利用其豐富的專業(yè)知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，開發(fā)出業(yè)界首款PLC器件，在同一塊芯片上實(shí)現(xiàn)了對(duì)PRIME、G3和試行版IEEE P1901.2窄帶OFDM PLC的支持。

在RF方面，英國(guó)能源與氣候變化部（DECC）現(xiàn)正致力于其第二版《智能計(jì)量設(shè)備技術(shù)規(guī)范》（SMETS）。根據(jù)第二版SMETS，建議把2.4 GHz和868 MHz（ZigBee SEP v1.x為氣表建議應(yīng)用層）作為英國(guó)的RF通信標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)繼續(xù)開發(fā)和部署2.4GHz計(jì)量表，因此未來(lái)另外還需支持868MHz計(jì)量表的可能性增加了面向未來(lái)需求的智能計(jì)量表的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

今天，為了讓智能電網(wǎng)成功聯(lián)網(wǎng)，必須符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。作為主要PLC聯(lián)盟的創(chuàng)立成員之一，TI正積極參與各種標(biāo)準(zhǔn)組織，包括ZigBee、WISUN、IEEE 802.15.4g等，目的是為客戶提供領(lǐng)先的硬件和軟件解決方案。各種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，讓軟件和通信堆?？捎眯宰兊脤?duì)智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要。

今天，數(shù)百萬(wàn)的計(jì)量表已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)，并且網(wǎng)絡(luò)型電網(wǎng)的發(fā)展動(dòng)力正不斷增長(zhǎng)。但是，為了發(fā)揮其最大潛力，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)型智能電網(wǎng)的第一步是從機(jī)械計(jì)量表轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄茈娮佑?jì)量表，以在計(jì)量表和公共服務(wù)供應(yīng)商之間建立起雙向通信。不斷變化的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)正推動(dòng)這一發(fā)展趨勢(shì)，但同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了硬件和軟件靈活性的重要性。第二步是，電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的自動(dòng)化，通過(guò)在配電站之間建立通信網(wǎng)絡(luò)，連接輸電和配電。

問(wèn)題轉(zhuǎn)向智能配電站：網(wǎng)絡(luò)接入是自動(dòng)化的關(guān)鍵

電網(wǎng)拓?fù)湔诟淖?，從放射狀集中拓?fù)滢D(zhuǎn)變?yōu)閾碛卸喾N能源分布的網(wǎng)狀拓?fù)洹?/p>

從發(fā)電到用電，配電站是電網(wǎng)設(shè)備的關(guān)鍵一環(huán)，它連接電力部門、家庭和樓宇。配電站負(fù)責(zé)變壓，傳送電力，根據(jù)需要隔離和變更輸電通路，管理和協(xié)調(diào)分布式太陽(yáng)能和風(fēng)能，并處理斷電故障和恢復(fù)供電（見圖3）

圖3 電網(wǎng)和配電站自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)

能夠動(dòng)態(tài)地定位、標(biāo)出地圖、監(jiān)控和控制城市、州或者全國(guó)級(jí)別的配電站，是確保電網(wǎng)更好運(yùn)行的自動(dòng)化配電的重要目標(biāo)之一。同樣，使用聯(lián)網(wǎng)配電站來(lái)建立起一個(gè)電力信息網(wǎng)絡(luò)便是解決方案。首先，配電系統(tǒng)正不斷發(fā)展，從多銅有線專有總線轉(zhuǎn)向以太網(wǎng)通信。這種通信功能通過(guò)安裝在配電站內(nèi)部的智能設(shè)備器件（IED）來(lái)實(shí)現(xiàn)，其可以是新安裝的器件，也可以是對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改裝。其次，與其他計(jì)量表一樣，配電站內(nèi)部不同設(shè)備廠商提供的產(chǎn)品需具備通用性，并且共享采集數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署。IED內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的IEC 61850工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可解決這個(gè)問(wèn)題。利用IEC 61850，如斷路器、變壓器和發(fā)電機(jī)等配電站內(nèi)部設(shè)備共同建立起一個(gè)時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)，在中央工作中心采集所有配電站信息，并同樣也建立起雙向通信。通過(guò)接入型智能電表和配電站，我們正向著一個(gè)完整的聯(lián)網(wǎng)智能電網(wǎng)前進(jìn)（圖3）。

作為配電站設(shè)備的組成部分，在配電站和變壓器層面安裝通信數(shù)據(jù)集中器，其部署步伐與智能電表相同。圖4顯示了TI最新推出的智能數(shù)據(jù)集中器的結(jié)構(gòu)圖。它擁有最高的靈活性和可擴(kuò)展性，以及各種性能、成本和網(wǎng)絡(luò)接入選項(xiàng)，這樣開發(fā)商便可設(shè)計(jì)出適應(yīng)于世界上任何智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)集中器。智能數(shù)據(jù)集中器可實(shí)現(xiàn)先進(jìn)電表基礎(chǔ)設(shè)施（AMI）和傳感器網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化應(yīng)用，讓電力部門可以同時(shí)連接和管理超過(guò)2000部智能電表。智能數(shù)據(jù)集中器包含TI高度可擴(kuò)展的Sitara? AM3359處理器和許多靈活的外圍器件，可實(shí)現(xiàn)多種有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入方法，包括Sub-1 GHz、2.4 GHz ZigBee、Wi-Fi、NFC和多PLC標(biāo)準(zhǔn)（G3、PRIME、IEEE P1901.2、PLC-Lite?）。配套PLC模組上系統(tǒng)與TI的PLC軟件棧一起，讓智能電網(wǎng)開發(fā)人員可以在10分鐘以內(nèi)輕松地建立起PLC網(wǎng)絡(luò)接入的數(shù)據(jù)集中器演示。

圖4 TI網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中器結(jié)構(gòu)圖

同樣，利用同時(shí)集成硬件和軟件的完整系統(tǒng)級(jí)解決方案，TI的智能電網(wǎng)解決方案降低了復(fù)雜程度，縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間，并促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。從計(jì)量和管理到能源信息通信，TI都提供輔助補(bǔ)充軟件，從而為智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員提供一整套解決方案。

節(jié)能、舒適和安全：智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于消費(fèi)者的意義

在美國(guó)，智能電表部署獲得了早期發(fā)展促進(jìn)資金，10個(gè)州的地區(qū)電力企業(yè)開始在市場(chǎng)上進(jìn)行試點(diǎn)部署，向廣大消費(fèi)進(jìn)行宣傳教育，以鼓勵(lì)智能電表的使用，更重要的是達(dá)到節(jié)能的現(xiàn)實(shí)目的。智能電網(wǎng)的好處之一是，維修小組可通過(guò)社區(qū)的通信系統(tǒng)提前查明斷電故障。通過(guò)向用電家庭和辦公樓詢問(wèn)情況，可迅速恢復(fù)重要電力基礎(chǔ)設(shè)施供電，比傳統(tǒng)的自行報(bào)告斷電方法要快。需求響應(yīng)系統(tǒng)的重要作用是，把智能家電與電能監(jiān)控入口相連，讓消費(fèi)者可以推遲用電，避開用電高峰時(shí)段。

智能插座、家庭顯示器、智能恒溫器的使用（圖5），讓消費(fèi)者可以選擇想要監(jiān)控的家用設(shè)備。只需把家電連接智能插座，然后加入家庭網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)ZigBee或者Wi-Fi，用戶可以接入網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)獲得信息，或者使用智能電話或平板電腦通過(guò)云網(wǎng)絡(luò)直接上網(wǎng)。相比使用智能技術(shù)的高端家電，消費(fèi)者對(duì)于智能插座的接受要迅速得多，因?yàn)樗鼈儍r(jià)格更低，并且可以改造使用現(xiàn)有家電。TI正通過(guò)把其互補(bǔ)計(jì)量方法、網(wǎng)絡(luò)接入和處理器集成到一個(gè)易用、低功耗解決方案中，降低分電表的復(fù)雜程度。例如，TI的SimpleLink CC3000 Wi-Fi模組和MSP430微控制器，實(shí)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單的分電表應(yīng)用設(shè)計(jì)，讓嵌入式應(yīng)用的Wi-Fi實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單，并在業(yè)內(nèi)激發(fā)出了許多創(chuàng)新。

把樓宇和家庭的設(shè)備連接到一起，是下一步需要做的工作之一，這樣才能實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)給我們帶來(lái)的所有好處?，F(xiàn)在，許多創(chuàng)新解決方案和方便應(yīng)用已經(jīng)擺到消費(fèi)者的面前。如英國(guó)或者日本，都強(qiáng)制部署了專用家庭能源網(wǎng)關(guān)、智能集線器或者能源管理系統(tǒng)，它們讓消費(fèi)者在極大程度上受益于智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)。

結(jié)論

從電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施到安裝在家庭和樓宇內(nèi)的智能電表，各種規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)在整個(gè)智能電網(wǎng)行業(yè)不斷推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的采用。盡管向智能電表移植會(huì)增加復(fù)雜程度，但是投資回報(bào)也越來(lái)越明顯（例如：更好的用戶體驗(yàn)和更高的能效）。電網(wǎng)本身也在不斷變化，朝著完全自動(dòng)化配電站網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，并且網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中器已經(jīng)在部署之中。

物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)接入和數(shù)據(jù)訪問(wèn)功能進(jìn)一步增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)，提高了效率，允許用戶進(jìn)行更大程度的互動(dòng)和控制。另外，通過(guò)故障診斷和社區(qū)電表的信息讀取功能，物聯(lián)網(wǎng)還為制造廠商和電力部門提供更豐富的數(shù)據(jù)，從而降低各種成本開銷。最終，物聯(lián)網(wǎng)將給我們帶來(lái)一個(gè)聯(lián)網(wǎng)程度、性價(jià)比和智能程度更高的智能型電網(wǎng)。

TI與物聯(lián)網(wǎng)

TI擁有業(yè)界最為豐富的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品組合，包括有線及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)、微控制器、處理器、傳感器與模擬信號(hào)鏈和電源解決方案，為物聯(lián)網(wǎng)接入提供專門設(shè)計(jì)的云支持系統(tǒng)解決方案。從高性能家庭、工業(yè)和汽車應(yīng)用到電池供電型可穿戴移動(dòng)電子設(shè)備或者能源采集無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，TI通過(guò)硬件、軟件、工具和技術(shù)支持讓應(yīng)用開發(fā)變得更容易，可讓任何設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng)。

TI智能電網(wǎng)解決方案

過(guò)去十年，TI電表IC出貨達(dá)數(shù)百萬(wàn)。作為一家全球性系統(tǒng)提供商，TI為全世界的智能電網(wǎng)提供創(chuàng)新、安全、經(jīng)濟(jì)和永不過(guò)時(shí)的解決方案。TI提供業(yè)內(nèi)最為豐富的智能電網(wǎng)產(chǎn)品組合，包括計(jì)量方案、應(yīng)用處理器、通信系統(tǒng)、無(wú)線接入和硅模擬組件，擁有先進(jìn)的軟件、工具和技術(shù)支持，為電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、公用儀表、家庭或樓宇自動(dòng)化提供相應(yīng)的解決方案。

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