能源有限！智能电网基础解读

　　作者：安森美半导体产品营销经理Matt Tyler

　　摘要：近年来，智能电网已经成为业界探讨的热闹话题。如今，智能电网所有的构建模块都已存在：环境光传感器、无源红外占用情况检测器、射频、低成本省电技术及高性能照明控制等。下一代方案将把多种功能集成到单个成本优化的器件之中。这种程度的自动化将信息置于用户的指尖，能够优化电能需求曲线，同时还降低总用电量。智能电网将为用户提供控制及信息，以维持设备、优化负载活动时间，同时为提供净成本优势。

　　智能电网已经成为业界探讨的热门话题，密集的设计及营销活动已经持续多年。随着智能电网的演进，差不多每个技术供应商都争相生产顺应这复杂议题的方案。如果我们抽离自动化及新颖产品问题，我们就面临一项关键问题："智能电网的发展动力是什么？"有一个非常基础的关键问题：能源有限。近年来的全球事态还加剧了这个问题：核电生产受欢迎程度下降，采煤成本高昂且危险，西方经济体太过于依赖石油，而且并非每个国家都有可靠的天然气供应。电能生产商无法存储其产品，使这个问题更趋复杂，限制了他们回应总需求增加的能力。因此，让需求曲线平滑起来且提升总体能效就极为重要。为了实现此目标，电能生产商积极致力于架设必要的基础设施，来配合分级计费（一天中不同时间点的电价不同）。这个话题也许热门，也许不热门；但是，分级计费不可避免。因此，智能电网既是问题所在，也是解决方案。

　　启用智能电网的技术

　　高能效电器、照明、供暖通风空调（HVAC），甚至是电视，都是全球经济快速增长型细分市场中的几个示例。电冰箱用电量约占平均家庭住户用电量的约13%。这使得高能效电冰箱的投资回报率（ROI）颇高，但电冰箱老化的情况下又如何？ 老化及缺乏维护事实上可能导致电能过度消耗，住户收到电费账单时可能会感到诧异。一种可能的方案就是在负载端测量用电量，然后比较实际用电量与预测用电量。如果数据足够精确，就有可能判断大多数常见故障模式。过去这样做的难度高，只不过是因为测量电路的成本影响。下一代电能计量设备正在积极地解决这项问题。先进的信号处理及传感器技术使精确地测量电器或其它交流电源负载的耗电量、同时对设备/电器成本的影响极小成为可能。

　　智能电网领域的连接型方案也在增多。在某些情况下，这是住宅及商用自动化系统的自然演进。这些自动化系统为连接型家庭/办公室铺平了道路。低成本的有线及无线通信方案对于将信息及控制置于家庭或企业手中而言必不可少。排定某些负载的活动时间，并监控其它负载的健全或工作状态，这些措施结合起来优化用电分配并将电能成本降至最低。下一代无线收发器的耗电量仅占现有方案的小部分。随着自动化方案演进，电能消耗及成本均大幅下降。

　　图1：连接型家庭中的智能应用

　　在某些环境中，墙壁、雪、距离、射频（RF）干扰及其它障碍都可能造成无线通信系统出现连接问题。像电力线载波（PLC）等有线通信方法能连接传统上采用无线方案难以连接的节点。PLC正在迅速成为许多新兴经济体在分体式仪表及照明控制等方面所选择的方案，因其可靠且易于架设。

　　照明是用电量最大的领域之一，占平均商业设施用电预算的35%（约占住宅用量的10%）。照明技术演进的步伐极快，我们如今可看到LED技术正接近成熟。照明控制系统的下一步就是融合连接功能与先进的传感器技术，用于提升已经开始接近理论极限的照明系统能效。这些照明控制系统集成环境光传感器（ALS）、无源红外（PIR）占用情况检测及混色技术。照明系统设计人员很快将拥有提供RF或PLC功能的方案，这些方案提供真正的闭环控制，针对外部光、占用情况及LED老化条件提供补偿。实现这些功能的同时，还可以使用智能手机或其它家庭或企业环境中常见技术来控制照明系统。其结果就是工作及生活空间始终以最优的亮度等级来照明，而对用户只有极少或没有干扰。

　　图2：支持ZigBee、带有ALS及PIR闭环控制的LED控制器

　　结论

高能效传感器、通信及控制方案目前正在发展之中，它们最终将使整个家庭及企业以合理成本自动化成为可能。所有的构建模块如今都已存在：环境光传感器、无源红外占用情况检测器、射频、低成本省电技术及高性能照明控制。下一代方案将把多种功能集成到单个成本优化的器件之中。这种程度的自动化将信息置于用户的指尖，能够优化电能需求曲线，同时还降低总用电量。家庭及企业在很大程度上正趋向提供完整的诊断反馈（很像如今的汽车那样）。这将确保系统工作的每一部分都