物联网 （IoT） 会为咱们带来一个愈加智能的电网，在一切电力基础设施之间完成更多信息同享和网络接入，并把这些便利性带给千家万户。经过物联网，顾客、设备制作厂商和电力部门可寻找到许多新的办法来办理设备，终究到达节约资源的意图，并可运用智能电表、家庭网关、智能插座和网络家电来节约电费。

　　本白皮书为您介绍国际上广泛运用的各种智能电网网络接入办法。例如，TI正在开发整套体系处理计划，把硬件（模仿和数字）和软件组合在一同，以战胜构建更高智能、更高联网程度的智能型电网时所面对的一些应战。

　　思科2011年的陈述称，到2020年，物联网（IoT）的联网设备数量有望到达500亿部，它们将向顾客、设备制作厂商和电力部门供给有价值的信息资源。在物联网内部，各行各业的设备将经过互联网和点对点衔接以及一些封闭网络（例如：智能电网基础设施运用的网络）彼此联网。

　　全国际的注意力都放在怎么办理和节约能量与水资源上面，因而物联网也会让智能电网的获益规模扩展至电力部门的配电、自动化和用电监控方面。家庭和商用住所的办理体系可协助顾客监控其用电状况，然后依据需求调理用电行为。经过在用电低峰时段运用电器，并衔接传感器对房间运用状况、光照条件等进行监控，这些体系能够自动地调理用电。但一切这些都需求一个愈加智能、与网络衔接更严密的电网。

　　简略来说，构建一个智能电网意味着在全球人口敏捷添加的条件下，运用有限的发电才干来保证咱们未来的动力供应。智能电网可下降损耗、进步功率、优化动力需求分配，一同让大规模可再生动力（例如：太阳能和风能）的获取成为可能。跟着电力基础设施的老化，电网正面对严峻的应战，详细包含：国际首要工业城市经常呈现断电事端；在如印度等国家，超越30%的电能在传输途中损耗掉；在法国和澳大利亚，超越35%的饮用水被糟蹋掉。

　　咱们需求调整和改动电网拓扑结构，从集中式改为分布式拓扑，这样能够经过一种动态的办法吸收各种动力。别的，还需求追寻实时动力消耗和动力供应需求：运用更多的长途传感设备，对动力数据进行丈量、监控并发送这些信息，用于完成一种可自我修正的电网，添加总功率，并进步自我监控和决断的水平。网络智能电网可搭建起一个通讯网络，把未来一切的各种动力相关设备都衔接到一同。TI正在战胜许多全球智能电网所面对的应战，包含构建衔接电网设备的体系处理计划，从传输与分配电力基础设施、电表、水表、气表和热力表，到家庭楼宇自动化，均包含在其间。

　　在全国际规模内，电表走在了智能表的布置的前端。例如，美国智能电表（e电表）的运用率挨近50%，现已将数百万电表衔接至电网，并定时传输数据。本质上而言，这些电表正不断扩展其功用，从一种电能丈量设备开展成为一种双向通讯体系，如图1所示。

　　现代智能电表有必要到达必定的规范，才干在智能电网开展方面发挥重要的效果。首要，电表需求向电力部门陈述家庭和楼宇的用电信息。在美国，相应的处理计划为低功耗射频（LPRF）通讯，其运用Sub-1GHz网状网络。可是，依据不同的国家和电网性质，无线处理计划不必定是最佳挑选，例如，西班牙或法国运用的是有线窄带OFDM电线通讯（PLC）技能。仅有的通用网络接入计划是不存在的。完成物联网要求更广泛，从有线到无线，有时乃至一同组合两种计划。

　　其次，电表需求经过家庭显现器或许网关，为该家庭供给有用的用电信息。这种信息可让顾客调整用电行为，然后减缩电费。在美国，运用IEEE 802.15.4 2.4 GHz ZigBee®规范，并结合“智能动力”运用规范。英国或许日本等其他国家，正在评价Sub-1 GHz RF或许PLC处理计划以完成更大掩盖规模，或许混合运用RF和PLC。因而，本质上来说，电表正变成智能传感器，它们能够向室内和室外一同传输信息，运用网状网络彼此衔接，一同向电力部门陈述根本的用电数据。

　　关于电表厂商而言，转向智能电表对电表拓扑结构有巨大的影响，如图1所示。在进行用电丈量的计量段顶部，现在集成了一些无线电或许PLC处理计划。有时，还具有预付和近场通讯（NFC）功用。主微操控器（MCU）的需求正在发生改变，要求它们具有更大的内存、更便利的联网办法以及通讯协议的安全性。别的，智能电表的MCU还需求支撑许多高档功用，例如：动态计价/需求呼应、长途连网与断网、网络安全、无线下载和装置后晋级功用，这样电力部门便无需派出技能人员前往检查每一个电表。

　　TI现已进步了其现场测验计量评价套件的可用性，并扩展其计量IC的产品线，让它们内存更大、安全性和精确度更高。例如，作为其MCU产品组合的一部分，TI新的多相电表东西包依据MSP430F6679 SoC，为广阔开发人员供给一流的精确度、更大的集成内存和更先进的防篡改维护。这些SoC所完成的电表精确度到达乃至超越了国际许多智能多相电表的许多规范，包含IEC 62053-22和ANSI C12.20 Class 0.2规范。别的，高达512KB的集成闪存内存可完成更多杂乱的电表功用，例如：动态计价表、DLMS/COSEM或许网络接入仓库。

　　TI致力于满意不同网络接入处理计划的需求，为智能电网网络接入供给业界最为丰厚的产品组合，包含Sub-1 GHz、2.4 GHz、Wi-Fi®、ZigBee、NFC和PLC等。除为各首要PLC联盟的活跃创建成员以外，TI还运用其丰厚的专业知识和很多现场实验，开宣布业界第一个PLC器材，在同一块芯片上一同集成了对PRIME、G3和试行版IEEE P1901.2窄带OFDM PLC的支撑。该器材让开发人员能够轻松地开宣布面向未来需求的智能电表，其能够经过全国际任何国家的现有输电线高效地传输数据。如“智能电表板3.0”视频中所展现的那样，TI供给许多一同的体系处理计划，它们把模仿和数字硬件组件与相关软件仓库组合，以支撑国际各种智能电表架构。

　　虽然网络型计量表的布置开端始于电力职业，但流量表商场（气、水、热和暧气运用分配器）也正取得开展的动力，在不远的将来，有望会布置数百万台这类设备。派克研讨公司2012年陈述猜测，全球智能水表保有量不断添加，到2017年，将从2011年的1030万台添加近2倍至2990万台。关于气表更是如此，其年出货量将从2010年的190万台，添加至2016年的780万台（派克研讨公司2011年陈述）。欧洲《能效规范》（EED）推进开展“20-20-20”计划，其意图是处理这个职业长时刻面对的应战，保持低本钱、安全和可持续的动力供应。作为该计划的组成部分，20%的能效方针正推进英国（布置数量最多，达2200万台）等国家大规模运用智能气表，而意大利（2100万台）和法国（1100台）则紧随其后（数据来源于2011年范•戴克公司和2010年因创公司陈述）。

　　图2显现了一个通用流量表拓扑的不同网络接入办法。LPRF无线电一般用于电池供电型气表或许水表，与另一个网状网络内计量表或许传统有线处理计划（例如：有线MBUS）顶部数据收集器之间通讯。这种计量表还能够接纳价目表信息、固件更新或许封闭阀门激活指令，其一般与预付功用（有时依据NFC体系）一同运用。电池预期寿数从10年到15年以上不等，这给流量表制作厂商带来了一个应战。运用正确的电源规划来保持规则功率输出和无线电功用，而且电池不呈现漏电现象，这样便可在体系层处理电源需求问题。例如，把TPS62730降压转换器和MSP430™微操控器一同用于TI不断添加的Sub-1 GHz wM-Bus处理计划系列产品，例如：SimpleLink™ CC1120 RF收发器，便可完美供给业界最佳的挑选性和隔绝功用。这种体系级处理计划还具有最低的体系功耗，保证计量表在户外作业许多年，无需替换电池。

　　流量表或是任何电池供电型终端节点（例如：无线传感器）的网络接入功用，都要求把模仿及数字硬件与软件相结合的体系级办法。例如，TI现已演示过，运用结合了RPL路由协议的TSCH和IPv6的802.15.4e MAC层，可极大进步传感器网络运用的寿数、可靠性、掩盖规模和可扩展性（请参看视频）。物联网要求给未来网络设备带来了冲击，可是设备和运用决议了物联网的可行性。

　　除此以外，模块化、更具危险躲避才干的办法往往带来更高的资料费用（BOM），而规划复用可为那些面向多个商场的杂乱智能计量表规划带来节约本钱的可能性。例如，运用依据超低功耗MSP430F5435A MCU的相同MCU渠道，面向Sub-1 GHz和2.4GHz商场，或许运用依据TI的SimpleLink CC1200 Sub-1 GHz收发器的相同RF模块，一同用于气表和水表处理计划。IC供货商一般还会供给引脚兼容型MCU或许RF系列产品，其具有更大的内存及（或）更高的体系功用（Stefanov公司2012年陈述）。这些灵敏性可极大削减后续规划修正所需的资源。关于计量表制作厂商来说，这就意味着更低的制作本钱以及更大的出资报答。关于智能电网而言，它还意味着更快的网络接入设备布置，契合相关规则，而且规范也已确认。

　　规则影响智能计量表运用率和确认计量表功用的规范。例如，美国国防部好像正在寻求取得由总务办理局（GSA）担任办理的政府基础设施，意在取得联邦预算费用。与美国相同，中国大陆也正经过发动“智能城市”项目，以在节能方面发挥核心效果。特别值得注意的是，Sub-1 GHz频带更适合于大型公寓楼的信号掩盖。

　　规范保证多个厂商产品之间的通用性，让大规模布置成为可能，并让智能电网成为实际。例如，今日的窄带OFDM输电线通讯规范，PRIME联盟在西班牙和波兰推出全智能电表（重要的实验项目），而G3-PLC联盟则在法国、荷兰、日本和其他国家做相同的作业。就流量表而言，无线MHz通讯规范现在在欧洲已老练，并正在法国和意大利施行大规模气表布置计划。

　　与此一同，各种规范不断开展而且取得完成（硬件和软件），而紧跟开展的脚步至关重要。例如，为了促进输电线通讯在全球规模的开展，并为智能电网开发商们供给面向未来需求的规划，TI运用其丰厚的专业知识和现场实验，开宣布业界首款PLC器材，在同一块芯片上完成了对PRIME、G3和试行版IEEE P1901.2窄带OFDM PLC的支撑。

　　在RF方面，英国动力与气候改变部（DECC）现正致力于其第二版《智能计量设备技能规范》（SMETS）。依据第二版SMETS，主张把2.4 GHz和868 MHz（ZigBee SEP v1.x为气表主张运用层）作为英国的RF通讯规范，一同持续开发和布置2.4GHz计量表，因而未来别的还需支撑868MHz计量表的可能性添加了面向未来需求的智能计量表的规划杂乱度。

　　今日，为了让智能电网成功联网，有必要契合规则规范。作为首要PLC联盟的创建成员之一，TI正活跃参与各种规范安排，包含ZigBee、WISUN、IEEE 802.15.4g等，意图是为客户供给抢先的硬件和软件处理计划。各种规范和规则，让软件和通讯仓库可用性变得对智能电网和物联网至关重要。

　　今日，数百万的计量表现已联网，而且网络型电网的开展动力正不断添加。可是，为了发挥其最大潜力，构建网络型智能电网的第一步是从机械计量表转变为智能电子计量表，以在计量表和公共服务供货商之间树立起双向通讯。不断改变的规则和规范正推进这一开展趋势，但一同也强调了硬件和软件灵敏性的重要性。第二步是，电网基础设施的自动化，经过在配电站之间树立通讯网络，衔接输电和配电。

　　从发电到用电，配电站是电网设备的要害一环，它衔接电力部门、家庭和楼宇。配电站担任变压，传送电力，依据需求阻隔和改变输电通路，办理和协调分布式太阳能和风能，并处理断电毛病和康复供电（见图3）

　　能够动态地定位、标出地图、监控和操控城市、州或许全国等级的配电站，是保证电网更好运转的自动化配电的重要方针之一。相同，运用联网配电站来树立起一个电力信息网络就是处理计划。首要，配电体系正不断开展，从多铜有线专有总线转向以太网通讯。这种通讯功用经过装置在配电站内部的智能设备器材（IED）来完成，其可所以新装置的器材，也可所以对现有设备进行改装。其次，与其他计量表相同，配电站内部不同设备厂商供给的产品需具有通用性，而且同享收集数据，然后完成大规模布置。IED内部完成的IEC 61850工业规范可处理这个问题。运用IEC 61850，如断路器、变压器和发电机等配电站内部设备一同树立起一个时刻灵敏型网络，在中心作业中心收集一切配电站信息，并相同也树立起双向通讯。经过接入型智能电表和配电站，咱们正向着一个完好的联网智能电网行进（图3）。

　　作为配电站设备的组成部分，在配电站和变压器层面装置通讯数据集中器，其布置脚步与智能电表相同。图4显现了TI最新推出的智能数据集中器的结构图。它具有最高的灵敏性和可扩展性，以及各种功用、本钱和网络接入选项，这样开发商便可规划出适应于国际上任何智能电网规范的数据集中器。智能数据集中器可完成先进电表基础设施（AMI）和传感器网络自动化运用，让电力部门能够一同衔接和办理超越2000部智能电表。智能数据集中器包含TI高度可扩展的Sitara™ AM3359处理器和许多灵敏的外围器材，可完成多种有线和无线网络接入办法，包含Sub-1 GHz、2.4 GHz ZigBee、Wi-Fi、NFC和多PLC规范（G3、PRIME、IEEE P1901.2、PLC-Lite™）。配套PLC模组上体系与TI的PLC软件栈一同，让智能电网开发人员能够在10分钟以内轻松地树立起PLC网络接入的数据集中器演示。

　　相同，运用一同集成硬件和软件的完好体系级处理计划，TI的智能电网处理计划下降了杂乱程度，缩短了产品上市时刻，并促进了物联网的开展。从计量和办理到动力信息通讯，TI都供给辅佐弥补软件，然后为智能电网和物联网开发人员供给一整套处理计划。

　　在美国，智能电表布置取得了前期开展促进资金，10个州的区域电力企业开端在商场上进行试点布置，向广阔消费进行宣传教育，以鼓舞智能电表的运用，更重要的是到达节能的实际意图。智能电网的优点之一是，修理小组可经过社区的通讯体系提早查明断电毛病。经过向用电家庭和办公楼问询状况，可敏捷康复重要电力基础设施供电，比传统的自行陈述断电办法要快。需求呼应体系的重要效果是，把智能家电与电能监控进口相连，让顾客能够推延用电，避开用电顶峰时段。

　　智能插座、家庭显现器、智能恒温器的运用（图5），让顾客能够挑选想要监控的家用设备。只需把家电衔接智能插座，然后参加家庭网络。经过ZigBee或许Wi-Fi，用户能够接入网络，经过家庭网关取得信息，或许运用智能电话或平板电脑经过云网络直接上网。比较运用智能技能的高端家电，顾客关于智能插座的承受要敏捷得多，由于它们价格更低，而且能够改造运用现有家电。TI正经过把其互补计量办法、网络接入和处理器集成到一个易用、低功耗处理计划中，下降分电表的杂乱程度。例如，TI的SimpleLink CC3000 Wi-Fi模组和MSP430微操控器，完成了一种简略的分电表运用规划，让嵌入式运用的Wi-Fi完成更简略，并在业界激宣布了许多立异。

　　把楼宇和家庭的设备衔接到一同，是下一步需求做的作业之一，这样才干完成智能电网给咱们带来的一切优点。现在，许多立异处理计划和便利运用现已摆到顾客的面前。如英国或许日本，都强制布置了专用家庭动力网关、智能集线器或许动力办理体系，它们让顾客在极大程度上获益于智能电网和物联网。

　　从电网基础设施到装置在家庭和楼宇内的智能电表，各种规则和规范在整个智能电网职业不断推进网络设备的选用。虽然向智能电表移植会添加杂乱程度，可是出资报答也越来越显着（例如：更好的用户体会和更高的能效）。电网自身也在不断改变，朝着彻底自动化配电站网络开展，而且网络数据集中器现已在布置之中。

　　物联网带来的网络接入和数据拜访功用进一步增强了用户体会，进步了功率，答使用户进行更大程度的互动和操控。别的，经过毛病诊断和社区电表的信息读取功用，物联网还为制作厂商和电力部门供给更丰厚的数据，然后下降各种本钱开支。终究，物联网将给咱们带来一个联网程度、性价比和智能程度更高的智能型电网。

　　TI具有业界最为丰厚的物联网产品组合，包含有线及无线网络接入技能、微操控器、处理器、传感器与模仿信号链和电源处理计划，为物联网接入供给专门规划的云支撑体系处理计划。从高功用家庭、工业和轿车运用到电池供电型可穿戴移动电子设备或许动力收集无线传感器节点，TI经过硬件、软件、东西和技能支撑让运用开发变得更简单，可让任何设备接入物联网。

　　曩昔十年，TI电表IC出货达数百万。作为一家全球性体系供给商，TI为全国际的智能电网供给立异、安全、经济和永不过期的处理计划。TI供给业界最为丰厚的智能电网产品组合，包含计量计划、运用处理器、通讯体系、无线接入和硅模仿组件，具有先进的软件、东西和技能支撑，为电网基础设施、共用外表、家庭或楼宇自动化供给相应的处理计划。

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