本文作者观点：新的电气革命将来临——人工智能电网方面的新技术，可以将每栋建筑的每个电气端点，从简单的电源插座和开关升级到具有现代嵌入式智能的硅架构，从而大大提高建筑的可靠性、能源效率、安全保护和整体价值。很快，人们的生活和工作空间将转变为传感器丰富的真正智能环境。
每天，在计算机、车辆、移动设备、家用电器和许多其他类别的供电产品中，硅芯片解决方案的承诺都一步步实现。但由于各种原因，还没有从硅芯片技术中广泛获益的一个主要领域就是电网的建设。通过21世纪的技术和独创性，全球基础设施格局已经成熟转型。
未来几年，基于硅、人工智能支持的电气端点将使建筑物的电气基础设施能够提供强大的内置智能建筑生态系统，以及能源和环境意识、增强的生命安全解决方案、资源管理和通信能力。
图1：采用21世纪电子技术改造电网的时机已经成熟。资料来源：Amber公司
迄今为止，到目前为止，传统设备的使用寿命长，以及现有接线盒和断路器面板的尺寸限制，导致电气制造商缺乏对依赖百年技术的插座、开关和断路器等核心部件进行根本性改变的意愿。传统端点需要用的机电部件较大，由于需要兼容像单接线盒和断路器面板等基础设施的现有形状尺寸，因此限制了设计创新。
不过，这种情况即将改变。
机会正在来临
最近在固态电力控制方面的突破为电气设备制造商提供了一个真正的机会，可以在产品中利用现代智能和强大的数据传感，这些产品可以轻松安装在地球上任何建筑物中，而且无需重新布线。
片上系统(SoC)可以被轻松地集成进任意数量的物联网(IoT)传感器或通信组件中的现有端点中，利用现有的接线盒和断路器面板，即可提供充分连接的智慧建筑智能。这项创新使得将每个房间的电灯开关、插座和断路器转入其传感能力和智能功能高达10倍的微型计算机中变得非常简单。
图2：将安全与智能相结合的智能插座。
单个端点已显示出相对于现有设备的显著改进，但真正威力却在于整个建筑物中协同工作，形成了独特且具有超乎想象的电源管理和连接生态系统。通过提供可操控的数据，该技术提供了直接机会，来改善从消防安全到节能再到室内空气质量的方方面面。已经证明的一项好处是通过缓解电源浪涌大大提高了防火性能。
一段演示视频显示Amber公司的数字功率控制技术检测和消除高电压尖峰比传统机械型快3000倍。
由地板到天花板的巨大升级
考虑一座繁忙城市中的摩天大楼。从建筑物的主电源面板到公寓业主的插座，新技术可以提供以前不可能相像的好处。第一个触点可能是能源流量控制器，它可以智能地监控电源，以最佳方式组合可用的风能、太阳能、电池、电网或发电机功率，以最大限度地提高供电效率。此外，它还可以降低成本，并帮助管理外部突发事件，包括停电和电网压力过大。
接下来是为整个建筑物供电的断路器，它现在可以实时跟踪能源使用情况，同时消除危险电弧的威胁。这是因为断路器是固态的，没有可以形成电弧的运动部件。产生这些电弧的危险故障的检测速度比传统机电型断路器快数千倍，并且在这些故障大到足以变得危险之前就早早被缓解了。
图3：作为电气设施的基础部件，正在通过固态技术进行改造的断路器。
利用内部集成的无线通信器件，断路器可以提供有关导致跳闸的某特定端点的即时数据，包括是否是慢跳闸，并启用无线关闭或复位。此外，嵌入式智能运行速度快，对电波形有深刻理解；这实际上可以消除虚假现象，以及令人讨厌的接地故障断路器(GFCI)跳闸和电弧故障断路器(AFCI)跳闸。
最后，电源被输送到插座和电灯开关等端点，这些端点可以设计成包含任意数量的传感器以满足特定需求。他们可以提供的功能没有限制，从湿度检测和语音控制到对讲机和预定自动化。安全传感器、微型摄像头、空气质量检测器、压力传感器、无线发射器和接收器，甚至运动检测器都可以内置到每个端点解决方案中。凭借这种前所未有的传感和控制水平，智能端点可以大大提高智能楼宇自动化、门禁、消防和安全平台的覆盖范围和价值。
这些都已经不是新想法，但实际实施仍面临挑战，影响了这些解决方案在市场上的普及。新技术的独特之处在于能够将所有电子设备安装到标准通用接线盒和断路器面板的小尺寸固定空间中。
第二次电气革命
虽然太阳能和风电场等较新的发电厂正在彻底改变我们发电的方式，但基于硅的端点正在彻底改变我们的使用方式。无论电力来自何处，具有嵌入式智能的固态控制的威力都极大地提高了建筑物现有电力基础设施的可靠性、能源效率、安全保护和整体价值。相关的商机规模可能与智能手机或固态电视的一样大，从而在建筑业主和社会如何管理电力使用方面带来难以形容的巨大革新。
这些技术带来的兴奋和成功的一个关键因素是它们只是改造解决方案，并不需要新的结构来增加新的效益和能力。很快，到2023年，建筑业主、大学、中转中心、物业经理、房主和其他人，将能够将他们的生活和工作空间转变为真正智能的、传感器丰富的环境，所体现的价值将以指数级的速度超过传统的、甚至是目前过于简单的智能插座和开关解决方案。
这一新的固态技术转型为电气产品制造商提供了一个机会，可以将地球上每栋建筑的每一个电气端点升级为具有现代嵌入式智能的硅解决方案架构。新的电气革命已经从遥远的地平线升起，正在加速进入清晰的视野。
（参考原文：人工智能电网为第二次电气革命铺平了道路）
本文为《电子工程专辑》2022年2月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅
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