據(jù)德州儀器智能電網(wǎng)業(yè)務部市場營銷經(jīng)理JamesHao介紹說在最近5—10年里無論是在發(fā)展中國家還是發(fā)達國家智能電網(wǎng)都將是越來越熱的話題。TI主要針對電網(wǎng)在應用中的遇到的以下幾個亟待解決問題提供完整的解決方案。
1. 電網(wǎng)傳輸效率太低，在傳輸過程中，有20%—30%的電力損耗。
2. 一旦電網(wǎng)出現(xiàn)問題，如何快速定位，發(fā)現(xiàn)并解決問題。
3. 如何防止網(wǎng)絡攻擊，提高智能電網(wǎng)的安全性。
4. 在電網(wǎng)用電高峰時，如何平衡電網(wǎng)負荷，有效引導家庭用電消費模式。
所有這些問題的解決都依賴于半導體技術(shù)，德州儀器在整個智能電網(wǎng)建設中提供完整全套的解決方案，從芯片的開發(fā)到解決方案，以及相關(guān)軟件和硬件的開發(fā)等。包括智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設施(包括集中器、電源監(jiān)控與保護、可再生能源、HV電路斷路器)、智能電表(電表、水表、氣表、熱量表、熱量分配表)、智能家庭及樓宇(物聯(lián)網(wǎng)、IHD/網(wǎng)關(guān)、恒溫器、智能家用電器、需求響應單元、電路斷路器、充電電動車輛)。如下圖所示：
圖：TI提供完整的智能電網(wǎng)工具及解決方案
在電網(wǎng)基礎(chǔ)設施應用層面上，有別于國內(nèi)市場上主流的FSK電力線載波通訊，TI的解決方案是可以提供相對比較高的數(shù)據(jù)傳輸速率和網(wǎng)絡安全性并支持歐洲主流的G3、PRIME G3 PLC以及后續(xù)正在發(fā)展的P1901.2的PLC技術(shù)。它可以通過多種射頻技術(shù)，包括Zigbee、Wi-Fi和1GHz以下的無線射頻技術(shù)，進行實時的數(shù)據(jù)信號傳輸和采集。集中器可以通過TI的終端計量設備，采用智能電表解決方案，包括智能水表、氣表、流量表，通過射頻或電力線載波通訊的傳輸方式將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絋I的系統(tǒng)。值得注意的是由于國內(nèi)比較通用的還是FSK電力線載波通訊，但TI采用的是窄帶PLC解決方案，這就導致新一代PLC技術(shù)在中國商用化的問題，由于FSK的低傳輸速率，只有1-2Kbps的速率，而無論是PRIME還是G3帶寬都達到了幾十Kps的傳輸速率，速度提高了幾十倍，同時，PLC技術(shù)的抗干擾能力由于FSK，所以PLC是必然的發(fā)展趨勢。就像手持通訊一樣，F(xiàn)SK更像以前的GSM，OFDM類似于現(xiàn)在的3G，對電力線載波技術(shù)來講是不同代的技術(shù)，可以看得到的是在歐洲，PRIME已經(jīng)在歐洲大規(guī)模商用，在日本、北美、東南亞很多國家都已經(jīng)開始建G3試驗網(wǎng)，也在測試這個技術(shù)，所以新技術(shù)逐漸取代舊技術(shù)是歷史的必然。這只是一個時間問題，它需要在國內(nèi)進行更多的試驗和市場推廣。這是個逐漸改變的過程，我們不可能短時間內(nèi)將所有表從FSK變成PLC,這就導致了我們將面臨著現(xiàn)有設備互聯(lián)互通的問題，TI提供的解決方案相當于通訊基站的集中器，無論是FSK或者OFDM還是基于Zigbee的電表，就數(shù)據(jù)集中器來說是要有一個非常靈活的集中器平臺可以介入不同制式的電表，電表和電表之間是不可能通過不同的標準進行通訊，都是通過集中器進行通訊，最后再將相關(guān)的信息送到最終服務提供商的服務器上。
在智能電表應用層面上，可以說是TI在貫穿在整個智聯(lián)電網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)中最為擅長的部分，TI在15年前就切入這一應用，針對中國的市場推出了8000萬片計量表計，包括電表、水表、氣表的各種計量芯片和主處理器。TI已經(jīng)推出針對智能電表應用的SoC方案，TI推出的SoC計量前端，是高集程度的SoC芯片，單芯片可以完成三相電表的設計。這一方案采用了MSP430超低功耗的16位MCU，可以完成7路24比特的高精度采樣和之后的電能分析集成。同時，還提供了比較大的內(nèi)部存儲器單元，無需在片外加上Flash或者SDRAM來完成特定的功能，也不需要在單芯片上加上外設存儲器就可以完成低成本的三相電表計量設計。安全方面，包括實時RTC和180比特AEC硬件加密模塊都已經(jīng)集成到了這個芯片上。它還有非常豐富的外設，包括串口、并口和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等。
圖：TI面向多相位智能電表的全面集成型SoC
在智能家庭及樓宇應用層面上，TI推出了功能完善的智能儀表評估板解決方案，它集成了最新的通信技術(shù)和應用處理器，可以開發(fā)多種針對智能電網(wǎng)的應用。據(jù)James Hao介紹，這是模塊化的評估工具，用戶可以根據(jù)他的實際需要替換其中不同的模塊和部件，比如主處理器，可以用16位、32位的MCU、DSP、ARM處理器以及多核的DSP+ARM處理器完成特定的終端設備核心板的處理。除了核心板，還有不同的通訊模塊，比如Wi-Fi模塊，Zigbee或1GHz以下的通訊模塊，NFC預付費模塊，窄帶PLC電力線載波通訊模塊。在計量方面，根據(jù)客戶的需要，如果需要單相、三相電力線計量模塊可以選用不同的模塊插在板子上完成特定的信號分析和處理。與此同時，TI會提供相關(guān)的軟件庫、窄帶PLC通訊軟件協(xié)議棧，同時還有計量、上層DMS，預付加密等相關(guān)軟件協(xié)議棧也都會提供給客戶。
圖：TI智能儀表電路板
國家智能電網(wǎng)的變革正在緩慢進行中，很多技術(shù)還處于探討階段。FSK向PLC轉(zhuǎn)變也還要經(jīng)過一個漫長的過渡過程，作為方案提供商，TI也正在推動PLC技術(shù)和SoC方案在國內(nèi)的應用。無可否認，TI整套的創(chuàng)新智能電網(wǎng)解決方案在加速中國電網(wǎng)發(fā)展中扮演著重要的角色。
