通過物聯網實現更智能的電網
標準保證多個廠商產品之間的通用性,讓大規模部署成為可能,并讓智能電網成為現實。例如,今天的窄帶OFDM輸電線通信標準,PRIME聯盟在西班牙和波蘭推出全智能電表(重要的試驗項目),而G3-PLC聯盟則在法國、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通信標準現在在歐洲已成熟,并正在法國和意大利實施大規模氣表部署計劃。
與此同時,各種標準不斷發展并且獲得實現(硬件和軟件),而緊跟發展的步伐至關重要。例如,為了促進輸電線通信在全球范圍的發展,并為智能電網開發商們提供面向未來需求的設計,TI利用其豐富的專業知識和現場試驗,開發出業界首款PLC器件,在同一塊芯片上實現了對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)現正致力于其第二版《智能計量設備技術規范》(SMETS)。根據第二版SMETS,建議把2.4 GHz和868 MHz(ZigBee SEP v1.x為氣表建議應用層)作為英國的RF通信標準,同時繼續開發和部署2.4GHz計量表,因此未來另外還需支持868MHz計量表的可能性增加了面向未來需求的智能計量表的設計復雜度。
今天,為了讓智能電網成功聯網,必須符合規定標準。作為主要PLC聯盟的創立成員之一,TI正積極參與各種標準組織,包括ZigBee、WISUN、IEEE 802.15.4g等,目的是為客戶提供領先的硬件和軟件解決方案。各種標準和規定,讓軟件和通信堆??捎眯宰兊脤χ悄茈娋W和物聯網至關重要。
今天,數百萬的計量表已經聯網,并且網絡型電網的發展動力正不斷增長。但是,為了發揮其最大潛力,構建網絡型智能電網的第一步是從機械計量表轉變為智能電子計量表,以在計量表和公共服務供應商之間建立起雙向通信。不斷變化的規定和標準正推動這一發展趨勢,但同時也強調了硬件和軟件靈活性的重要性。第二步是,電網基礎設施的自動化,通過在配電站之間建立通信網絡,連接輸電和配電。
問題轉向智能配電站:網絡接入是自動化的關鍵
電網拓撲正在改變,從放射狀集中拓撲轉變為擁有多種能源分布的網狀拓撲。
從發電到用電,配電站是電網設備的關鍵一環,它連接電力部門、家庭和樓宇。配電站負責變壓,傳送電力,根據需要隔離和變更輸電通路,管理和協調分布式太陽能和風能,并處理斷電故障和恢復供電(見圖3)
圖3 電網和配電站自動化通信網絡
能夠動態地定位、標出地圖、監控和控制城市、州或者全國級別的配電站,是確保電網更好運行的自動化配電的重要目標之一。同樣,使用聯網配電站來建立起一個電力信息網絡便是解決方案。首先,配電系統正不斷發展,從多銅有線專有總線轉向以太網通信。這種通信功能通過安裝在配電站內部的智能設備器件(IED)來實現,其可以是新安裝的器件,也可以是對現有設備進行改裝。其次,與其他計量表一樣,配電站內部不同設備廠商提供的產品需具備通用性,并且共享采集數據,從而實現大規模部署。IED內部實現的IEC 61850工業標準可解決這個問題。利用IEC 61850,如斷路器、變壓器和發電機等配電站內部設備共同建立起一個時間敏感型網絡,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網智能電網前進(圖3)。
作為配電站設備的組成部分,在配電站和變壓器層面安裝通信數據集中器,其部署步伐與智能電表相同。圖4顯示了TI最新推出的智能數據集中器的結構圖。它擁有最高的靈活性和可擴展性,以及各種性能、成本和網絡接入選項,這樣開發商便可設計出適應于世界上任何智能電網標準的數據集中器。智能數據集中器可實現先進電表基礎設施(AMI)和傳感器網絡自動化應用,讓電力部門可以同時連接和管理超過2000部智能電表。智能數據集中器包含TI高度可擴展的Sitara™ AM3359處理器和許多靈活的外圍器件,可實現多種有線和無線網絡接入方法,包括Sub-1 GHz、2.4 GHz ZigBee、Wi-Fi、NFC和多PLC標準(G3、PRIME、IEEE P1901.2、PLC-Lite™)。配套PLC模組上系統與TI的PLC軟件棧一起,讓智能電網開發人員可以在10分鐘以內輕松地建立起PLC網絡接入的數據集中器演示。
圖4 TI網絡數據集中器結構圖
同樣,利用同時集成硬件和軟件的完整系統級解決方案,TI的智能電網解決方案降低了復雜程度,縮短了產品上市時間,并促進了物聯網的發展。從計量和管理到能源信息通信,TI都提供輔助補充軟件,從而為智能電網和物聯網開發人員提供一整套解決方案。
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