TI创新智能电网解决方案推动中国电网发展

    据德州仪器智能电网业务部市场营销经理JamesHao介绍说在最近5—10年里无论是在发展中国家还是发达国家智能电网都将是越来越热的话题。TI主要针对电网在应用中的遇到的以下几个亟待解决问题提供完整的解决方案。

    1. 电网传输效率太低，在传输过程中，有20%—30%的电力损耗。
2. 一旦电网出现问题，如何快速定位，发现并解决问题。
3. 如何防止网络攻击，提高智能电网的安全性。
4. 在电网用电高峰时，如何平衡电网负荷，有效引导家庭用电消费模式。

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    所有这些问题的解决都依赖于半导体技术，德州仪器在整个智能电网建设中提供完整全套的解决方案，从芯片的开发到解决方案，以及相关软件和硬件的开发等。包括智能电网基础设施(包括集中器、电源监控与保护、可再生能源、HV电路断路器)、智能电表(电表、水表、气表、热量表、热量分配表)、智能家庭及楼宇(物联网、IHD/网关、恒温器、智能家用电器、需求响应单元、电路断路器、充电电动车辆)。如下图所示：

图：TI提供完整的智能电网工具及解决方案

    在电网基础设施应用层面上，有别于国内市场上主流的FSK电力线载波通讯，TI的解决方案是可以提供相对比较高的数据传输速率和网络安全性并支持欧洲主流的G3、PRIME G3 PLC以及后续正在发展的P1901.2的PLC技术。它可以通过多种射频技术，包括Zigbee、Wi-Fi和1GHz以下的无线射频技术，进行实时的数据信号传输和采集。集中器可以通过TI的终端计量设备，采用智能电表解决方案，包括智能水表、气表、流量表，通过射频或电力线载波通讯的传输方式将相关数据传输到TI的系统。值得注意的是由于国内比较通用的还是FSK电力线载波通讯，但TI采用的是窄带PLC解决方案，这就导致新一代PLC技术在中国商用化的问题，由于FSK的低传输速率，只有1-2Kbps的速率，而无论是PRIME还是G3带宽都达到了几十Kps的传输速率，速度提高了几十倍，同时，PLC技术的抗干扰能力由于FSK，所以PLC是必然的发展趋势。就像手持通讯一样，FSK更像以前的GSM，OFDM类似于现在的3G，对电力线载波技术来讲是不同代的技术，可以看得到的是在欧洲，PRIME已经在欧洲大规模商用，在日本、北美、东南亚很多国家都已经开始建G3试验网，也在测试这个技术，所以新技术逐渐取代旧技术是历史的必然。这只是一个时间问题，它需要在国内进行更多的试验和市场推广。这是个逐渐改变的过程，我们不可能短时间内将所有表从FSK变成PLC,这就导致了我们将面临着现有设备互联互通的问题，TI提供的解决方案相当于通讯基站的集中器，无论是FSK或者OFDM还是基于Zigbee的电表，就数据集中器来说是要有一个非常灵活的集中器平台可以介入不同制式的电表，电表和电表之间是不可能通过不同的标准进行通讯，都是通过集中器进行通讯，最后再将相关的信息送到最终服务提供商的服务器上。

    在智能电表应用层面上，可以说是TI在贯穿在整个智联电网的各个环节中最为擅长的部分，TI在15年前就切入这一应用，针对中国的市场推出了8000万片计量表计，包括电表、水表、气表的各种计量芯片和主处理器。TI已经推出针对智能电表应用的SoC方案，TI推出的SoC计量前端，是高集程度的SoC芯片，单芯片可以完成三相电表的设计。这一方案采用了MSP430超低功耗的16位MCU，可以完成7路24比特的高精度采样和之后的电能分析集成。同时，还提供了比较大的内部存储器单元，无需在片外加上Flash或者SDRAM来完成特定的功能，也不需要在单芯片上加上外设存储器就可以完成低成本的三相电表计量设计。安全方面，包括实时RTC和180比特AEC硬件加密模块都已经集成到了这个芯片上。它还有非常丰富的外设，包括串口、并口和数据转换器等。

图：TI面向多相位智能电表的全面集成型SoC

    
　　在智能家庭及楼宇应用层面上，TI推出了功能完善的智能仪表评估板解决方案，它集成了最新的通信技术和应用处理器，可以开发多种针对智能电网的应用。据James Hao介绍，这是模块化的评估工具，用户可以根据他的实际需要替换其中不同的模块和部件，比如主处理器，可以用16位、32位的MCU、DSP、ARM处理器以及多核的DSP+ARM处理器完成特定的终端设备核心板的处理。除了核心板，还有不同的通讯模块，比如Wi-Fi模块，Zigbee或1GHz以下的通讯模块，NFC预付费模块，窄带PLC电力线载波通讯模块。在计量方面，根据客户的需要，如果需要单相、三相电力线计量模块可以选用不同的模块插在板子上完成特定的信号分析和处理。与此同时，TI会提供相关的软件库、窄带PLC通讯软件协议栈，同时还有计量、上层DMS，预付加密等相关软件协议栈也都会提供给客户。

图：TI智能仪表电路板

    
　　国家智能电网的变革正在缓慢进行中，很多技术还处于探讨阶段。FSK向PLC转变也还要经过一个漫长的过渡过程，作为方案提供商，TI也正在推动PLC技术和SoC方案在国内的应用。无可否认，TI整套的创新智能电网解决方案在加速中国电网发展中扮演着重要的角色。