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智能电表是智能电网的基础

2019-07-17 21:28:09来源:励志吧0次阅读

  美国能源部2009年智能电报告中特别指出:智能电表是智能电的基础。它不但向电力公司和消费者提供用电量和用电时间的相干信息,而且还会获得市场用电状态,帮助调和用电装备的运行并调剂能耗。

  如果不能广泛、深入地向每一个家庭提供这类成功的高级计量技术和相干服务,就会拉大能量供给与需求之间的差距,从而削弱智能电基础设施运转效力,使公众利益遭到伤害。另一方面,依照爱迪生电气学会会长Tom Kuhn的观点,成功开发高级计量系统需要采取新的通信方案、加密技术,充分利用新一代高度可靠、高度安全的低成本智能电表集成方案。智能电开发所面临的重大挑战之一是本钱问题,据不完全统计,电力公司在高级计量设备的花费就高达270亿美元。

  智能电中,电能消费者即便不是最重要的因素,也是设计中需要关注的因素。这里面临的挑战是必须转变消费者的消费习惯和态度,通过提高重要信息的透明度和互通性,帮助消费者有 选择 地使用电能,并充分了解合理 选择 带来的益处。值得庆幸的是,能源危机使得人们开始重视能效问题,各行各业也开始参与高效节能产品的开发,和面向消费者的能量管理和自动化产品(诸如智能装备、互联入口和类似服务)的开发。因此,这也是大势所趋。从全球范围看,当前安装的16亿电表中唯一6%属于具有双向通信功能的智能电表。

  消费者在动态价格信息或其它经济利益的驱使下,开始青睐能够帮助降低并调剂能耗的 智能器件 。价格信息不一定通过专用的智能电表取得,也可通过宽带路由器/关等用户互联装备传送。对于电力公司及其用户来讲,两种传输渠道各有利弊,需要权衡信息安全性(隐私)、络安全性和各种装备之间的互操作性和商业流通性等因素。最基本的要求是:两种技术既可以单独工作,也可以协同工作。目前主要关注智能装备的有效性,集成了智能电表和动态价格调剂架构的器件能够给出更明确的结果,大幅下降高峰期的用电量,进而有效下降电能本钱。绝大部分初期工作基于简单的判决算法,根据收到的价格信息可以更有效地控制装备的运行/关闭状态。状态控制也可以基于更多细节,例如设备的分类计量结果,这里消费者可以更灵活地操控电能的使用,做出更明智的选择。这项工作还处于开发阶段,很大程度上取决于消费者对丈量设备的本钱效益要求。

  一些主要的电表厂商已经开始研发智能产品,这1举措不但遭到联邦鼓励基金计划的推动,还受消费者期待参与并要求提高透明度的影响。从电力公司的角度看,如果增强这类透明度,消费者能够更好地了解装备运行的真正成本,培养良好的用电习惯,或者依托高级系统(比如,由微软和Google开创的络服务)控制并降低装备能耗,下降相关开消,从任何方面看,这都不失为一个双赢的结果。复杂产品的设计需要关注可靠性、本钱、剪裁灵活性等问题。因此,用于能量丈量的半导体产品不再像第一代产品那样只是简单地累计能量,而是具有更强的功能。

  发展进程

  即便2010年有4亿美元激励资金的支持,对于中、小规模的电力公司而言,开发本钱仍是阻碍开发进程的屏障。智能电表硬件本钱的增加加大了投资回报率的风险。这些本钱主要涉及到一套复杂的与通信相干的功能装置,诸如数据存储、加密、连接电和家用电器的多重加密双向通信功能,以及远端继电器和附加印制(PCB)断开状态的显示。另外,如果不能向公众成功展示这些新产品的工作状态,也很难得到公众的支持和理解。

  另外一个附加成本是这些系统缺少足够的可编程能力,产品升级困难、不能胜任未来智能电发展对安全性和互操作性方面的需求。考虑到这些因素,为安全起见需要在设计中嵌入更大容量的存储器和更强大的通信功能,这远远超越了近期的使用需求,固然也提高了系统成本。

  没有人希望在把设备大规模推向市场后,很快发现由于对智能电发展进程的认识不足,而导致产品存在缺陷并很快遭到市场淘汰。草率地把不够成熟的产品推向市场,必将造成频繁更换基础设备,这将为电力部门带来极高的运行本钱,造成极大浪费。人们所面临的更严重的设计挑战,应该是这些复杂的电气基础架构较短的使用寿命和较低的可靠性。与210多年之前的老旧、简单装备相比,新装备包括了更多的元器件和互连单元,这也容易导致装备的频繁更换。

  半导体器件的设计斟酌

  住宅电表开始大规模采用半导体技术的历史,也反映了产品工作寿命的问题。这项技术始于10多年之前,目前在全球大概1.2亿块新电表中,大约有85%的电表采取半导体技术,其余则是传统的机械式法拉盘电表。

  2004年,我在印度海德拉巴市的ECE工业设备有限公司参观了一个这样的工厂,这曾是一家生意兴隆的机械电表制造厂,利用从德国计量公司引进的技术,每年的最高产量达到八百万套。这个重要的工业制造厂坐落在美丽的花园绿洲当中,值得一提的是这里曾拍摄了多部宝莱坞时期的经典影片。但在我参观这座厂房是,它已是 人去楼空 ,堆积着一些闲置设备,我的向导(曾在这家工厂担负过领班)悲痛地向我解释说,由于具有高级防篡改功能的低成本半导体电表的快速发展,这座工厂已处于完全停产状态。

  而就在那个时候,中国也推出了第一代集成了模/数转换器的表面贴装计量ASIC,该器件把电压和电流的乘积转换成数字脉冲输出,脉冲信号送入千瓦时计数器进行计量。这一代产品在当时对电器设备和基本电费计量高度需求的环境下,对开发新兴电表工业起到了一个重要的过渡作用。许多本地OEM厂商考虑到低成本的PCB制造工艺,都采用了这类技术。

  随着电力行业从传统的基本费率管理体制转向以市场调控为主导的竞争机制,驱使电表计量结构的第二次变革。由于电力公司开始引入分时计费体制,增加了自动抄表(AMR)、、无线电通信、LCD和实时时钟(RTC)等器件,这些器件被集成到计量ASIC(也称为摹拟前端或AFE),增进了多芯片标准化方案在住宅电表设计中运用。

  特殊的運用和計量要求通常需要更高的設計水準,隨著電力行業需求的改變以及設計標準的全球化,加上復雜電子系統整合的設計挑戰,提高了進入這一行業成為全球高端供應商的門坎,也大大減少了專業制造商的數量。而在計量裝備中增加基本通訊功能的日益重要性,也進一步加重了這一趨勢。固然,并不是世界各地所有的供應商都在同時經歷這1轉折。

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