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

標(biāo)準(zhǔn)保證多個廠商產(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、荷蘭、日本和其他國家做同樣的事情。就流量表而言，無線MBus 169MHz通信標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在在歐洲已成熟，并正在法國和意大利實(shí)施大規(guī)模氣表部署計(jì)劃。

與此同時，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)商們提供面向未來需求的設(shè)計(jì)，TI利用其豐富的專業(yè)知識和現(xiàn)場試驗(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PRIME、G3和試行版IEEE P1901.2窄帶OFDM PLC的支持。

在RF方面，英國能源與氣候變化部(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)作為英國的RF通信標(biāo)準(zhǔn)，同時繼續(xù)開發(fā)和部署2.4GHz計(jì)量表，因此未來另外還需支持868MHz計(jì)量表的可能性增加了面向未來需求的智能計(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，讓軟件和通信堆棧可用性變得對智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要。

今天，數(shù)百萬的計(jì)量表已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)，并且網(wǎng)絡(luò)型電網(wǎng)的發(fā)展動力正不斷增長。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)正推動這一發(fā)展趨勢，但同時也強(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)施的自動化，通過在配電站之間建立通信網(wǎng)絡(luò)，連接輸電和配電。

問題轉(zhuǎn)向智能配電站：網(wǎng)絡(luò)接入是自動化的關(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)和配電站自動化通信網(wǎng)絡(luò)

能夠動態(tài)地定位、標(biāo)出地圖、監(jiān)控和控制城市、州或者全國級別的配電站，是確保電網(wǎng)更好運(yùn)行的自動化配電的重要目標(biāo)之一。同樣，使用聯(lián)網(wǎng)配電站來建立起一個電力信息網(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。這種通信功能通過安裝在配電站內(nèi)部的智能設(shè)備器件(IED)來實(shí)現(xiàn)，其可以是新安裝的器件，也可以是對現(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)可解決這個問題。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)備共同建立起一個時間敏感型網(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。通過接入型智能電表和配電站，我們正向著一個完整的聯(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)自動化應(yīng)用，讓電力部門可以同時連接和管理超過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，利用同時集成硬件和軟件的完整系統(tǒng)級解決方案，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。