“智能電網(wǎng)”的下一個(gè)主要步驟的轉(zhuǎn)換交流電網(wǎng)?，F(xiàn)有的網(wǎng)格從集中式發(fā)電廠提供電力,并已很少或根本沒有了解個(gè)人用戶(工業(yè)、商業(yè)或住宅)加載和使用;與此同時(shí),用戶沒有把握自己的使用和基于負(fù)載的成本。此外,現(xiàn)有的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)并不適合當(dāng)?shù)?獨(dú)立的來源(例如,家庭太陽能電池板),提供在不可預(yù)測的時(shí)間回電網(wǎng),以及借鑒網(wǎng)格。

智能電網(wǎng)是為了更有效地提供電力和平衡負(fù)載。它還提供了更好的了解最終用戶為負(fù)載均衡成本與分時(shí),同樣重要的是,它將容納越來越多的斷斷續(xù)續(xù)的當(dāng)?shù)貋碓纯赡芄╇婋娋W(wǎng)條件保證這樣做時(shí),或能量存儲(chǔ)起來,供以后使用。

智能電網(wǎng)變成現(xiàn)實(shí)的一個(gè)關(guān)鍵是傳感器的引入各級(jí)網(wǎng)格的層次結(jié)構(gòu)(圖1)。根據(jù)一份報(bào)告市場研究公司IHS,智能電網(wǎng)相關(guān)傳感器的市場將從2014年到2021年增長近10倍,達(dá)到3.5億美元。處理這些傳感器,智能電網(wǎng)依賴智能電表安裝在每個(gè)用戶的網(wǎng)站,向用戶和電力公司的電力供應(yīng),裝入和運(yùn)營成本。這些米將與智能控制的內(nèi)部電器和照明,和當(dāng)?shù)氐碾娫?存儲(chǔ),以及電力公司電網(wǎng)。

圖1:智能電網(wǎng)是一個(gè)主要從傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)和電網(wǎng)升壓;不僅是設(shè)計(jì)增加來源,傳播,和利用效率,還允許小規(guī)模采購和本地化存儲(chǔ)。

智能電網(wǎng)概述

從歷史上看,交流電源電網(wǎng)連接多個(gè)發(fā)電站,是否受煤炭、石油、天然氣、水、或核燃料,成網(wǎng)狀,這樣任何這些來源可以支持用戶的系統(tǒng)的任何地方。公用事業(yè)運(yùn)營的電廠和電網(wǎng)可以測量多少電力和能源是通過網(wǎng)格的每個(gè)部分,如果需要調(diào)整可用性和節(jié)流閥,可以測量每個(gè)終端用戶所消耗的能源成本(kW-Hr)通過各種遙測技術(shù)。

然而,洞察他們的極限。反饋回路的時(shí)間常數(shù)是相對(duì)較大的,因?yàn)樗饕菫榱嘶貞?yīng)大規(guī)模的變化,如在夜間使用更少的力量和快速啟動(dòng)/時(shí)間在早上和晚上,白天有點(diǎn)穩(wěn)態(tài)高價(jià)值。當(dāng)然,在我們?nèi)找?4/7的世界,即使這些傳統(tǒng)模式正在改變。

智能電網(wǎng)的目標(biāo)是允許靈活組合的能量水閘、配送路徑,和存儲(chǔ),需要平衡所有驅(qū)動(dòng)的可用選項(xiàng),根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整組合,在一個(gè)相當(dāng)快速,實(shí)時(shí)環(huán)境。成功的智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是最小化需要大型發(fā)電廠或其他大規(guī)模的輸電線路。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),強(qiáng)大的財(cái)政激勵(lì)措施鼓勵(lì)使用負(fù)載均衡,力量用在蕭條時(shí)期,當(dāng)?shù)氐碾娏Σ少?甚至本地存儲(chǔ)(例如,見特斯拉汽車公司最近宣布他們的Powerwall系統(tǒng)為家庭和辦公室)。

高級(jí)體系結(jié)構(gòu)由低級(jí)構(gòu)建塊

預(yù)測潛在的智能電網(wǎng)的靈活性和它可能產(chǎn)生的益處是誘人的,但現(xiàn)實(shí)是,讓它發(fā)生需要許多低級(jí)構(gòu)建塊在終端用戶級(jí)別。特別是住宅設(shè)施的情況,每一個(gè)家庭只是有點(diǎn)不同,也沒有“建筑管理”專業(yè)人員。智能電網(wǎng)功能金字塔開始監(jiān)控,也許上進(jìn)行控制的能量被送到,或者提供的,回家。有幾個(gè)階段實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

首先,每個(gè)家庭將需要一個(gè)智能電表,被稱為先進(jìn)的計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施(AMI)測量電源使用,并提供數(shù)據(jù)的效用計(jì)費(fèi)和跟蹤。它還提供了洞察消費(fèi)者監(jiān)控使用情況和價(jià)格,和更多的實(shí)際控制能源使用的可能性。AMI,反過來,適用于家庭住宅能源管理監(jiān)控/控制函數(shù)(REM),使用一個(gè)utility-installed家區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(漢族)和米,恒溫器,燈,和其他設(shè)備這也許是要監(jiān)視和控制;漢族連接是通過無線鏈接或電力線通信(PLC)。

一般來說,消費(fèi)者懷疑的想法效用控制能源使用的金額和時(shí)間,和進(jìn)展尚不清楚。另一種,utility-provided REM取而代之的是一種消費(fèi)者所提供的一個(gè)獨(dú)立的快速眼動(dòng)(iREM),連接通過AMI計(jì)量子系統(tǒng)和積極監(jiān)控能源使用,但允許用戶維護(hù)的個(gè)人控制。

集成電路、傳感器、軟件是關(guān)鍵元素

翻譯這些廣泛的、高層次的目標(biāo)變成現(xiàn)實(shí),如智能電表和智能設(shè)備/夾具控制,就是供應(yīng)商的大量機(jī)會(huì),但由于嚴(yán)重的成本壓力。

市場研究公司IHS相信全球出貨量智能電表將三約6200萬輛2011年到2016年之間,這將導(dǎo)致一個(gè)翻倍的同期相關(guān)半導(dǎo)體市場。在報(bào)告總結(jié)希烈,Jacobo卡拉斯科、工業(yè)電子研究IHS分析師指出,“最初的動(dòng)機(jī)取代傳統(tǒng)米與智能電表節(jié)省能源。然而,一個(gè)更引人注目的動(dòng)機(jī)是網(wǎng)格的儀器。使用智能電表,公用事業(yè)公司最終將有一個(gè)已有網(wǎng)格,使他們計(jì)劃發(fā)電并更有效地管理他們???資源。“幾個(gè)例子說明了,供應(yīng)商已經(jīng)采取措施使這些智能電網(wǎng)的關(guān)鍵構(gòu)件變成實(shí)際的發(fā)展。

領(lǐng)先的智能電表集成電路是格言Teridian™78 m6631高度集成,三相功率測量和監(jiān)控芯片系統(tǒng)(SoC)(圖2)。該設(shè)備包含一個(gè)22-bit delta-sigma a / D轉(zhuǎn)換器,一個(gè)8051 -兼容的微處理器核心,和一個(gè)32位的計(jì)算引擎(CE)處理AC -行數(shù)據(jù)。78 m6631是專為電力和質(zhì)量測量應(yīng)用程序需要兩個(gè)三角洲和懷依三相配置。

圖2:78條箴言Teridian m6631功率測量和監(jiān)控SoC不僅實(shí)現(xiàn)智能電表的大部分功能,而且還提供各種線傳感器類型和三相連接配置。

設(shè)備提供了六個(gè)模擬輸入A / D轉(zhuǎn)換器(三個(gè)差動(dòng)電流和三個(gè)電壓)接口電流和電壓傳感器用于交流線路皮卡。設(shè)備提供了優(yōu)于0.5%的準(zhǔn)確率2000:1寬動(dòng)態(tài)范圍。連接到主機(jī)處理器,56-Pin TQFN-packaged IC包括SPI、I2C、UART I / O。它還包括基本的數(shù)字I / O端口控制led告訴用戶智能電表的狀態(tài),外部驅(qū)動(dòng)繼電器,甚至允許輸入換能器之間的選擇。

智能電表集成電路本身,不管功能或集成水平,僅僅是故事的一部分。馬克西姆提供應(yīng)用軟件可以加載到128 kB閃存固件提供分析和系統(tǒng)調(diào)整,包括:

真有效值電流和電壓的計(jì)算

活躍,反應(yīng)性,明顯,基本和諧波功率計(jì)算

根本和諧波電流和電壓的計(jì)算

線頻率和功率因素計(jì)算

相位補(bǔ)償(18°±60 Hz)

內(nèi)置校準(zhǔn)程序

可編程的報(bào)警閾值

這種組合的合適的線電流/電壓傳感器,Teridian IC,嵌入式固件,全球和分析將滿足各種性能和監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性,及時(shí)性和數(shù)據(jù)報(bào)告。

住宅和商業(yè)(辦公室)照明是一個(gè)領(lǐng)域智能電網(wǎng)可以集成保存重要的權(quán)力。與空調(diào)必須運(yùn)行維護(hù)所需的溫度(盡管這樣做有效的目標(biāo)),照明有更大的靈活性。用戶可以選擇調(diào)整照明水平以滿足他們的需要根據(jù)外部光線,可用房間入住率,和其他因素。照明也廢熱的來源,可以是好事還是壞事,取決于外部溫度。

盡可能多的設(shè)施是切換到led燈具效率,長壽,和dimmability(適當(dāng)?shù)目刂齐娐泛退惴?,供應(yīng)商提供LED-optimized次世代照明ICs。一個(gè)例子是CY8CLED0xD / G0y家族PowerPSoC®聰明的司機(jī)從柏樹半導(dǎo)體公司。,由十幾個(gè)相關(guān)ICs不同數(shù)量的內(nèi)存,I / O數(shù),和一些內(nèi)部函數(shù)(圖3)。每個(gè)設(shè)備包括五個(gè)主要模塊:PSoC核心,數(shù)字系統(tǒng),模擬系統(tǒng),系統(tǒng)資源和權(quán)力外圍設(shè)備(包括功率場效應(yīng)晶體管、滯后控制器、電流放大器和棱鏡/ PWM調(diào)制器)。這些PowerPSoC家庭設(shè)備的目的是取代傳統(tǒng)的單片機(jī),系統(tǒng)ICs,許多離散的組件,在他們的周圍。

圖3:不同CY8CLED0xD / G0y PowerPSoC ICs的家庭從柏樹半導(dǎo)體LED照明專門為智能駕駛,這是快速增長的替代可敬的白熾燈和節(jié)能燈燈泡,但具有獨(dú)特和仔細(xì)監(jiān)控驅(qū)動(dòng)特征。

每個(gè)PowerPSoC特性綜合力量的數(shù)組的外圍設(shè)備以及數(shù)控功能。電力設(shè)備包括:

四個(gè)獨(dú)立運(yùn)營的場效應(yīng)管(32 V / 1)可以驅(qū)動(dòng)大功率led

四個(gè)可編程滯后控制器提供控制發(fā)光二極管的電流輸出

四個(gè)可編程下部門驅(qū)動(dòng)程序支持電壓高于32 V,用于與外部mosfet

Floating-load巴克Floating-load buck-boost,升壓轉(zhuǎn)化器拓?fù)錆M足各種應(yīng)用程序的不同的電壓要求的靈活性

開關(guān)頻率2 MHz,允許使用更小、更便宜的電感器

一個(gè)輔助功率調(diào)節(jié)器設(shè)備從一個(gè)電源

16位調(diào)光照明應(yīng)用程序需要高分辨率變暗

在數(shù)控方面,用戶可以訪問:

八個(gè)可編程數(shù)字式塊等功能的計(jì)時(shí)器,計(jì)數(shù)器,pwm和uart

六個(gè)可編程模擬等功能塊放大器,adc、dac、過濾器和比較器

至少16 kb的閃存

一個(gè)8位微控制器

PSoC內(nèi)設(shè)備、可配置的權(quán)力,模擬,數(shù)字,以及互連電路實(shí)現(xiàn)高水平的集成支持工業(yè),商業(yè)和消費(fèi)者led照明需求。

簡單的傳感器也可以產(chǎn)生很大的影響。在最低功能水平的智能電網(wǎng)和智能能源互動(dòng),入住率檢測器的使用可以消除浪費(fèi)照明能量,尤其是在一些地區(qū)只能看到高度間歇性,分散使用在短時(shí)間內(nèi)(廁所)。這是一個(gè)基本組件等ZilogZmotion ZRE200BP PIR(被動(dòng)紅外探測器提供了較大的利益適度的投資。

結(jié)論

智能電網(wǎng)提供了巨大的節(jié)能潛力和效率從一代到使用和存儲(chǔ)。翻譯大概念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)需要大幅升級(jí)設(shè)施和設(shè)備在網(wǎng)格系統(tǒng)的各個(gè)階段,有很多工作做在當(dāng)?shù)睾妥≌攸c(diǎn)必須保持成本低,易于安裝和使用是至關(guān)重要的,實(shí)實(shí)在在的利益必須是現(xiàn)實(shí)的。供應(yīng)商的組件(如電能計(jì)量集成電路、照明和能源控制ICs,甚至基本傳感器發(fā)揮了很大的作用在這個(gè)升級(jí)到一個(gè)網(wǎng)格,更有自我意識(shí),靈活、有彈性。