智能电网--智能家电发展引擎

作者：Cindy Hu

在节能减排的需求及压力下，智能电网正成为全球热门话题。尽管还没有标准定义，但智能电网被普遍认为是推进低碳经济的关键因素，因而引起世界各国高度重视。发展智能电网已被西方国家列为全面提升竞争力的国家战略。中国能源行业“十二五”规划也已将发展智能电网作为重要内容纳入其中。

建立在集成、高速、双向通信网络基础上的智能化电网，通过优化电力负载，控制家电的错峰消费，可以极大提高整个电网系统的效率，降低能源消耗，并且保证电力供应网络的稳定性。智能电网的接入将有助于构建自动化程度更高的家用电器体系,有力推动智能家电产业的发展。市场研究公司Zpryme预测, 由于智能电网技术在整体经济中的牵引和推进作用，全球智能家电市场将从2011年的30.06亿美元增长至2015年的150.12亿美元。

“智网”驱动力

智能化是家电行业发展的必然趋势，对于智能电网在推动智能家电的发展和市场接受方面所起的关键性作用，业界已普遍达成共识。

“事实上，我们完全可以说，如果没有智能电网，智能家电的引入和发展就没有意义，因为这里的主要动机是节能。”Atmel公司战略营销经理Pierre Roux表示，试看当前市场上诸如智能插头和专用控制面板之类的设备，这些解决方案目前都非常昂贵，只能满足小范围市场的需求。一旦智能家电经由智能电表与电费账单拉上关系，一切就会变得不一样。”

“促进智能电网进入家庭的两个关键因素是负载控制及与分时电价有关的需求响应。”Freescale公司亚太区无线连接产品部市场经理Victor Kwong也指出，“智能家电与能源管理密切相关，大部分家电制造商都对分时电价切换感兴趣，因为这能使他们从竞争中脱颖而出。”

“智能电网在标准制订过程中起着关键作用。”意法半导体大中国区微控制器事业部市场经理James Wiart表示，推动市场和用户接纳智能家电这个新生事物，离不开智能电网；反之，市场和用户也将会受益于这项新技术。

“智能电网的主要目的是降低总能耗，尤其是峰值能耗。”Microchip公司亚太区家电解决方案部市场经理Alan Lee进一步分析道，“接入智能电网后，智能家电可以与智能电表或宅内电能管理设备通信，宅内电能管理设备就成为消费者管理其日常电能使用的控制面板，动态的电价信息传送到智能电表并与智能家电共享，分时电价可以鼓励消费者错峰用电，从而提高整个电网系统的效率，降低能源消耗。”

逐鹿中国市场

市场分析公司NanoMarkets在一份名为《亚洲智能电网新商机》的报告中指出，近年来亚洲智能电网市场的表现令业界眼前一亮。由于中国、日本、韩国和印度等国市场需求的增加，亚洲智能电网市场投资规模预计在未来5年内将达到222亿美元。ZPyrme也预测，今年中国将会取代美国，成为智能电网最大的投资国。中国计划用73.2亿美元发展智能电网，这一数额实际已超越了美国70.9亿美元的拨款。中国智能电网市场蕴含的巨大商机无疑将为半导体产业带来巨大的增长空间，因而成为众多半导体厂商的关注焦点。

针对智能家电与智能电网市场，Atmel推出多种产品方案，除了微控制器产品，还包括RF收发器和软件栈。“Atmel将继续向市场推出兼容IEEE 802.15.4c物理层补充协议的RF收发器，支持中国市场在1GHz以下免授权频段的运行需要。”Pierre Roux说道。此外，Atmel串行EEPROM和DataFlash产品系列支持存储器扩展，可用于数据记录、影子代码和远程固件升级。

不久前，Atmel的BitCloud ZigBee PRO堆栈获得ZigBee Smart Energy(SE)产品认证。BitCloud SE可将建筑内设备(如电表、自动调温器和智能电器)相互连接，并连接至区域电力输送和控制网络，为电力公司提供了安全、可靠且易用的无线家庭区域网(HAN)技术。BitCloud SE应用可以部署在单独的微控制器上，或者在一个接上ZigBee SE协处理器的主机微控制器上。

ZigBee SE应用解决了从计量器到家庭局域网络（HAN）的通信问题，可以实现负载控制和需求响应。“作为首批加入ZigBee联盟的公司之一，Freescale提供支持ZigBee SE、RF4CE、医疗保健和家庭自动化的平台解决方案。”Victor Kwong介绍，Freescale针对ZigBee器件设计了一个低功耗平台产品线，MC1322x ZigBee PiP是这个产品线的最新产品。除了IC产品，Freescale还提供软件开发工具和参考设计，以帮助简化开发工作。例如，Freescale的BeeStack ZigBee栈配上BeeKit无线工具箱，提供了一个简单的软件环境来配置网络参数。“该工具是Freescale独有的，允许客户使用向导和下拉菜单帮助配置ZigBee网络参数，”Victor Kwong特别强调，“我们的竞争对手采取的方法是强制用户通过代码行来编辑网络参数。”

最近在Freescale技术论坛上，Freescale和Indesit展示了可以根据电价和供电情况调节工作时间的智能洗衣机，该智能洗衣机配备了Freescale的ZigBee节点，能够根据电价（在分时电价环境中）和绿色供电情况调节其循环启动时间。”

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智能电表和电网终端设备共享能源数据，以及接收分时用电事件的能力都需要稳健的有线或无线通信。在这方面，Microchip提供802.11、802.15.4、sub-GHz无线技术、以太网和USB方案。为加速研发，Microchip还提供支持ZigBee SE v1.0、ZigBee、MiWi和TCP/IP通信的软件。

此外，电能测量的精确度不仅对电表本身非常重要，而且对确定某一特定区域的能量使用情况也非常重要。为此，Microchip提供采用高分辨率模数转换器、全电能计量IC和固件的高精度电能测量解决方案，在参考设计中采用了多种PIC单片机。例如，Microchip新近推出用于单相多功能智能计量和电能监测应用的8位PIC18F87J72单片机系列，该系列配备了双通道高性能16位/24位模拟前端（AFE），为表具开发提供了精确、可靠、易用和兼具成本效益的解决方案，其性能超过IEC 0.5级。

针对智能电网的应用需求，ST最新推出STarGRID ST7590电力线通信（PLC）系统级芯片，据悉，该产品提供了一个具有灵活性、可扩展性的电力线通信平台，可适应各类智能电网的应用需求和协议标准。

“ADI在智能电网解决方案中一直强调真实世界信号的调理及处理，这包含了先进的测量、通信和处理技术。”ADI公司仪表及隔离产品高级商务经理芮胜骏介绍，目前全世界已有超过2.5亿块电表采用了ADI公司的电能计量技术。在未来的智能电网发展中，ADI将主要在智能一次、二次设备中提供高性能、高可靠的模拟信号处理器件及具有成本优势的、高可靠性的、灵活的处理器解决方案。

“ADI SHARC浮点处理器作为核心算法处理器为业界提供了一种可行的解决方案，满足未来智能电网系统的所有关键需求。”芮胜骏表示，Blackfin处理器能够结合复杂任务调度和高性能数字信号进行复杂的运动控制和测试测量，同时它还支持多模式通信及系统任务调度，满足智能电网需求，提供高性能低成本的解决方案。

此外，ADI还建立了新的ADC系统结构，在性能和功能方面取得技术突破。“我们可以提供从12位、14位、16位到24位广泛的高精度ADC产品满足用户对低功耗、小封装和低成本的要求，为中国的超高压及特高压输电市场提供解决方案。” 芮胜骏介绍，“ADI ADE系列电能计量IC还将ADC和固定功能的DSP结合，在实现精密计量的同时，并具有独特的功能特点且易于使用。该系列中的ADE78xx可用于开发智能电表，为电力公司提高用户计费精度，实现更高级的电能质量监测，并减少运营成本。”

标准制定进行时

目前智能电网建设已成为全球热点，智能电网互操作性是构建智能电网系统的关键，一个开放的组织构架是保证智能电网互操作性的关键。国际电工委员会(IEC)对此做出了快速反应，成立了智能电网战略专家组（SG3），重点开展智能电网标准体系的研究和建设工作。

为争夺在智能电网这个新兴领域的话语权，世界各国也在积极制定相关标准。据悉，为了更好地配合智能电网发展的需要，美国国家标准技术研究院（NIST）推出了加速进程的计划,截至目前，NIST已经推出《智能电网互操作框架1.0版》，弥补了现有标准与实际需要的差距，并已进行智能电网互操作方面的研究。此外，IEEE也在大力推进智能电网的发展。

中国国家电网公司已发布了智能电网技术标准,根据计划,将在2010-2020年全面推进智能电网技术标准的国际化进程，到2020年时基本建成以信息化、自动化、互动化特征为特征的坚强智能电网。

目前，国家电网正在全国范围内进行包括“电力光纤到户”在内的智能电网试点，这也将催生更为全面的智能家电和智能家居服务。据国脉物联网技术研究中心的报告显示，到2015年，中国智能家居的市场规模将达到1240亿元。广阔的市场前景吸引家电厂商纷纷制订相关规划：2009年3月，海尔集团与国网信通签订战略协议，全面启动智慧用电计划；2010年下半年，海信与国家电网联合制定行业标准。