智能能源計(jì)量技術(shù)將改變能源消費(fèi)方式

無論是對(duì)于消費(fèi)者和企業(yè)來說，節(jié)能都是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。然而，就目前大多數(shù)電子設(shè)備而言，我們無法隨時(shí)獲知它們實(shí)際究竟消耗了多少電量。可測(cè)量與顯示自身能耗的智能設(shè)備具有巨大的應(yīng)用潛力，并將成為一種強(qiáng)大的能耗管理工具。正如社交網(wǎng)絡(luò)連接著數(shù)億網(wǎng)民一樣，目前工程師們正致力于設(shè)計(jì)可以把數(shù)十億臺(tái)設(shè)備連接起來的智能電網(wǎng)、智能電表和智能插頭。

　　目標(biāo)：降低能耗總量，促進(jìn)能源供需平衡（減少峰值負(fù)荷），提高風(fēng)能和太陽能等具有周期性特點(diǎn)的綠色能源的利用效率。

　　所有這三個(gè)目標(biāo)都需要對(duì)配電網(wǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行深入了解，而配電網(wǎng)的基本架構(gòu)已維持100年未變。在不久的將來，信息將與電能同時(shí)流過智能電網(wǎng)。為了有效利用這些信息，工程師們已著手開發(fā)具有以下功能的應(yīng)用程序：

　　•平衡用電高峰，因?yàn)橛秒姼叻迥壳耙蟮难b機(jī)容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)際需要。舉個(gè)簡(jiǎn)單但頗有說服力的例子，如果在非高峰時(shí)段給電動(dòng)汽車充電，則完全沒必要增加一千瓦的發(fā)電容量。

　　•通過智能電表和智能插頭來控制電茶壺或電烤箱的用電情況。初期將利用這層控制來平衡負(fù)荷。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，需要以與客戶簽約的方式將閑置的家庭電器、工廠設(shè)備和辦公室電燈暫時(shí)置于休眠狀態(tài)，從而減少整體能耗。

　　•總結(jié)企業(yè)、社區(qū)乃至家庭的用電規(guī)律。如此一來，能源管理機(jī)構(gòu)就可以對(duì)實(shí)際用電進(jìn)行預(yù)測(cè)推算，確保隨時(shí)供應(yīng)適量的低成本電能，并對(duì)以化石燃料為主的發(fā)電廠的發(fā)電量進(jìn)行優(yōu)化。

　　秉承50年來在消費(fèi)電子、通信網(wǎng)絡(luò)和微控制器領(lǐng)域的技術(shù)傳統(tǒng)，恩智浦半導(dǎo)體（NXP Semiconductors）將給家庭、辦公室、商業(yè)社區(qū)以及任何能耗過大的場(chǎng)所提供創(chuàng)新解決方案。集成電路（IC）是智能電表、智能插頭和超低功耗無線通信設(shè)備的心臟，也是恩智浦迅速擴(kuò)大的產(chǎn)品組合中的重要成員，它在并不影響我們?nèi)粘Ｉ罘绞降那疤嵯抡那耐苿?dòng)節(jié)能革命的發(fā)展。

　　盡管智能化的利用能源具有巨大的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但重建電網(wǎng)卻需要花費(fèi)高昂的成本。幸運(yùn)的是，我們不必重建電網(wǎng)， 而只需要增加一個(gè)信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)——部分為無線網(wǎng)絡(luò)，再加上單價(jià)并不昂貴的智能電表和智能插頭，便可以很快地收回投資成本。

　　這正是恩智浦在信息技術(shù)、通信技術(shù)中發(fā)揮作用的地方。舉例來說，調(diào)溫器將變成智能調(diào)溫器，建筑間的區(qū)域照明控制系統(tǒng)將被連接起來，照明與溫度控制最終將合二為一。

　　恩智浦正是智能電網(wǎng)所需的低功耗、無線及窄帶通信解決方案的領(lǐng)先供應(yīng)商。它提供包括協(xié)議棧、收發(fā)器、接收器和發(fā)射器在內(nèi)的一整套符合M-bus（針對(duì)868 MHz頻帶的電表、燃?xì)獗怼⑺砗蜔崃勘淼臍W洲遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)）的解決方案，。恩智浦同時(shí)還為包括ZigBee在內(nèi)的802.15.4無線通信協(xié)議提供行業(yè)領(lǐng)先的低功耗解決方案。

　　家域網(wǎng)、鄰域網(wǎng)和廣域網(wǎng)

　　網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域（如房屋、電網(wǎng)）之間的信息交換的最好平臺(tái)。在綜合性智能能源戰(zhàn)略中，廣域網(wǎng)（WAN）通過智能電網(wǎng)在電能管理數(shù)據(jù)中心與家域網(wǎng)（HAN）之間進(jìn)行來回信息傳遞，而家域網(wǎng)則利用鄰域網(wǎng)（NAN）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聚合。

　　操作性信息（如關(guān)閉、打開或調(diào)暗電燈，以及將高成本或高碳生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變成綠色能源生產(chǎn)方式等）在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中來回流動(dòng)。圖1為住宅環(huán)境示意圖。

　　圖1：基于現(xiàn)有電網(wǎng)技術(shù)改良后形成智能電網(wǎng)。

　　智能電表

　　千里之行始于足下，節(jié)電億瓦始于一步。就電力公司而言，這一步就是智能電表。

　　控制意味著測(cè)量，能源測(cè)量是智能電表及其小個(gè)頭的近親智能插頭的主要使命。為了優(yōu)化能源消耗，傳感器不但需要測(cè)量能源，同時(shí)還須測(cè)量濕度、熱量、光、空氣質(zhì)量等因素，以盡量減少對(duì)日常生活的影響。沒有人愿意為了節(jié)約能源而讓冰淇淋融化，走廊陷入黑暗，或室內(nèi)植物死亡。

　　當(dāng)電力公司意識(shí)到這點(diǎn)時(shí)，首要任務(wù)是安裝采用高精度半導(dǎo)體器件的電表，這種電表即使在非線性負(fù)荷條件下也可取得極高的精度。智能電表整合了總諧波失真、功率因數(shù)、壓降感知等基本的功率質(zhì)量測(cè)量技術(shù)，有助于電力公司在負(fù)荷平衡之路上大步向前。

　　恩智浦智能電表產(chǎn)品組合包括微控制器、組網(wǎng)芯片、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電路和電源，全部產(chǎn)品都針對(duì)不同的地域進(jìn)行了優(yōu)化，可提供最佳的性能價(jià)格比。

　　與通信技術(shù)相配合，智能電表即能發(fā)揮其強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。可選方案包括遠(yuǎn)程讀表、負(fù)載控制以及自動(dòng)連接/斷開、停電檢測(cè)、緊急接地故障等目前需要上門服務(wù)的大量其他操作。

　　由于擁有數(shù)十億個(gè)接入點(diǎn)，智能電網(wǎng)也因此成為包括損壞電網(wǎng)、偷電等犯罪行為在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)攻擊的主要目標(biāo)。恩智浦在智能卡和電子護(hù)照領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，其領(lǐng)先技術(shù)可以有效應(yīng)對(duì)諸如此類的威脅。全世界有80%的電子護(hù)照項(xiàng)目都采用了恩智浦的技術(shù)。例如，恩智浦為銀行卡和NFC支付服務(wù)提供了大量的安全微控制器。其SmartMX微控制器被廣泛應(yīng)用于高安全型可編程多應(yīng)用智

能卡中。

　　智能插頭

　　從房主和企業(yè)主的角度來看，智能電表是接入市電及智能電網(wǎng)的接口。從這方面來說，電表要求房屋內(nèi)部的功能具有節(jié)能效果。為有效達(dá)成這一目標(biāo)，需要做到兩件事：一是要有來自家庭或企業(yè)內(nèi)部的信息，二是能夠在非常細(xì)微的層面上改變照明、電器、電機(jī)和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作狀態(tài)（打開/關(guān)閉/調(diào)暗/放慢）。

　　這正是智能插頭的作用，用工程學(xué)術(shù)語來說，智能插頭就是一個(gè)支持計(jì)量引擎的設(shè)備。換言之，智能插頭提供了一種將智能和通信功能整合到每一件設(shè)備中去的更為廉價(jià)的方式。如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能插頭？拿一個(gè)智能電表，取下與功率調(diào)節(jié)和電力公司計(jì)價(jià)相關(guān)的組件，把剩余部分縮小到拇指大小就可以了。

　　這樣說起來似乎非常容易，但是要真正實(shí)現(xiàn)卻并非如此。但這對(duì)電器、照明系統(tǒng)和制熱、通風(fēng)與空調(diào)控制（HVAC）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師們來說卻非常有用，因?yàn)榭梢圆婚_玩笑地說它最終將產(chǎn)生一種即插即用式解決方案。產(chǎn)品上市時(shí)間更短，具有支持標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的軟件和通信功能，這些都使得智能插頭具有強(qiáng)大的吸引力。根據(jù)應(yīng)用的不同，智能插頭的功能既可以在插頭上實(shí)現(xiàn)，也可以集成到電器中。[!--empirenews.page--]

　　只要重新配置布線系統(tǒng)的成本在可接受范圍內(nèi)，企業(yè)主或房主就可以利用智能插頭和智能電表來控制能源消耗。此外，智能插頭還可以用來監(jiān)控整個(gè)房間或整棟建筑的用電情況。

　　由于制造標(biāo)準(zhǔn)洗衣機(jī)或暖通空調(diào) (HVAC) 設(shè)備的公司并不是制造智能電表的公司，因而在設(shè)計(jì)智能插頭或電器時(shí)采用了標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序接口（API）是十分有用的。因此，盡管智能電表廠商可能擁有大量了解計(jì)量學(xué)的工程師，但白色家電制造商則需要一種標(biāo)準(zhǔn)兼容型模塊，以便其產(chǎn)品能即插即用。

　　恩智浦EM773電能計(jì)量集成芯片功能全面，完全符合智能插頭對(duì)封裝、功能、成本限制和易用性等各個(gè)方面提出的要求。該產(chǎn)品簡(jiǎn)單易用，成本優(yōu)勢(shì)明顯，集成度高，并且擁有的計(jì)量精度遠(yuǎn)超市場(chǎng)要求（低于1%）。

　　剩下的改裝成本問題可以通過超低功耗無線技術(shù)加以解決。有了支持ZigBee之類標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議且功耗極低的智能插頭，墻壁可以保持完好，維護(hù)成本得以降低，隨后重新布置房間時(shí)也要輕松許多。恩智浦JN5148低功耗ZigBee芯片可以完全滿足這些要求。恩智浦的ZigBee解決方案功耗極低，使得制造可隨意移動(dòng)、不受地點(diǎn)限制的無線免電池照明開關(guān)成為可能。通信所需的能量是利用按下按鈕時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能，這種能量以電能形式存儲(chǔ)于小型電容中。

　　明智選擇

　　為了在減少二氧化碳排放，降低能源花費(fèi)和盡可能不影響日常生活上取得最佳效果，必須將智能電網(wǎng)、智能電表和智能插頭視為一個(gè)一體化的生態(tài)系統(tǒng)，而不是相互獨(dú)立的技術(shù)。這正是恩智浦的偉大愿景。秉承在消費(fèi)電子、無線通信和控制領(lǐng)域的技術(shù)積累，恩智浦完全有能力實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿景。