双向通信智能电表推动电网智能化
2013-10-24
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跟着自个和工业以立异性的方法来运用联网设备和网络,构成“物联网”的设备数量持续快速增加。机器到机器(M2M)通讯具有无限的能够性,关于正在鼓起的智能动力来说是一个比较突出的技能领域。跟着家庭电表、自个设备和电器初步彼此衔接,将构成一个更大的和愈加悉数的环境,有利于大家做出愈加正确的动力花费决议计划。把家庭与本地互联网中的联网设备衔接到智能电网,能够完成业主与电力公司之间的双向通讯,这样的情形正在日益变成实际。
据商场调研公司IHS猜测指出,到2016年年末,全球智能电表的装置量将翻番,推进通讯电表到达35%左右的浸透率。IHS表明,截止到2011年年末,在全球已装置的14.3亿台电表中,带有“智能”电力通讯功用的电表占比不到18%。并且这些电表包含旧式的单向领先抄表体系(AMR)和带有通用分组无线事务(GPRS)功用的商业与工业电表,以及可供给双向通讯的住所用智能电表。

据IHS公司,从2012年到2014年,全球智能电表出货量将坚持安稳,并且依靠中国、巴西和印度等发展中经济体。跟着欧洲智能电表项意图投入运转,全球智能电表出货量将在2015年呈现微弱增加。IHS公司表明,估计各种固定网络技能的电表将在全球各地装置,从比较简略的RS485有线型电表到下一代智能双向PLC-OFDM电表。其间,中国当时被视为“高档电表仅有的一个重要商场”,2011年智能电表出货量达4,000万个左右。
IMS Research公司的首席分析师Markides评论道:“将来五年,大都发达国家和正在进行工业化的发展中国家,其智能电表商场将蓬勃发展。不管是为了节约劳动力本钱,合作其它智能电网计划,仍是为了下降非技能性损耗,全球各地的电力企业都在加速选用智能电表。”
这篇文章将悉数介绍Smart Energy Profile 2.0(SEP),这是智能动力商场中新呈现的一个规范,由ZigBee联盟(ZigBee Alliance)开发。若是对SEP 2.0有一些根本的知道,软件开发者就能十分好地挑选适宜智能动力运用开发的嵌入软件。
智能电网的一个新前沿
物联网是十分盛行的概念,描绘出一副激动人心的将来图景:冰箱能够自个查看贮藏了哪些食物,在你快要下班时经过邮件给你发送一份食物收购清单;你的住所把室温调整到最佳水平,预备迎候你;烤箱预热食物,为晚餐做预备。内嵌功用强大的处置器、传感器和无线衔接性的器材快速增加,给设备带来更多的功用及更高的智能,引领咱们走向智能联网国际。
这些技能的一个运用是改进动力花费,也称为“智能动力”。智能动力的概念,就是在家庭内部操控动力运用,以及运用联网设备、网络和智能电网从家庭外部操控动力运用,方针是优化动力出产、分配和运用。家庭网络与电网之间的双向通讯,为改进该运用的牢靠性与安稳性发明了条件。
智能电网与智能家庭(智能电器,网关等等)以及智能表(电表,煤气表,水表)是智能动力生态体系中的要害要素。智能家电一般是那些花费者每天都要触摸的设备。让这些设备能够互相通讯,并且花费者能够对其加以操控,将带来极大的便当。有一些商品(智能恒温器、智能开关、智能冰箱等等),当时现已具有必定程度的智能和无线衔接性。有些比较领先的电器具有内置Web效劳器,能够与联网家庭中的其它设备互动。智能电表是这些家庭(和单位)的网关,搜集和丈量资源运用状况,然后与智能电网同享其间的有些或许悉数信息。随后智能电网再依据这些信息选用必要措施,比方负荷调整、削峰,乃至是需求方面的办理。
智能动力设备,除了要履行本身的规范功用以外,还有必要能够与本地网络中的其它智能动力设备进行通讯,能发送和接纳有关信息(计费、运用量、提示等等)。数据的交流不只能够改进全体功率和容错,并且能够优化动力消耗状况。智能电表搜集运用量数据并发送给动力供给商,并使得花费者能够监控和办理自个的动力花费。换句话说,运用量数据从花费者流向动力供给商,一同,计价数据则从动力供给商流向花费者。这种双向信息活动使得花费者能够自主办理动力花费。这种双向的实时通讯,使动力供给商能够改进计划工作和动力出售。
对智能动力规划进行规范化
跟着多家制造商在规划智能动力体系,在一个网络中的一切设备大概能够互操作,这点变得日益显着。ZigBee联盟正在制定一个名为“Smart Energy Profile 2.0(SEP 2.0)”的规范,以协助规范对智能动力生态体系的许多环节的需求,包含设备通讯、衔接性和信息同享等。
SEP 2.0辅导设备之间怎么彼此通讯。它界说了能够操控的各种设备特色,这些特色(也被称为“资源”)分红逻辑组一同运转,履行SEP 2.0的各种功用(被称为“指令集”)。例如,抄表体系或计费体系都是专用指令集。智能电表等设备履行一个或多个指令集,供给用量计算和趋势等增值效劳。动力供给商或许花费者能够运用这些费用计算与趋势,别离加强对效劳或许运用状况的办理。
指令集及其在设备中的资源能够经过HTTP URL拜访。这些设备运用mDNS和DNS-SD等技能,动态地寻觅网络中的有关效劳,然后自行注册,进一步拜访其它资源来履行SEP 2.0功用。为了发明真实的能够互操作的联网智能动力设备生态体系,有必要运用依据TCP/UDP和IP的网络技能。设备撑持安全特性十分重要,由于外围网络能够带来安全隐患,并且更重要的是,设备还向动力网络供给拜访权限。由于许多智能设备供给接连的、牢靠的和实时的数据,所以他们有必要“永久在线”和“坚持衔接”,这需求一切智能动力设备本身有必要节能。最终,他们也有必要撑持有线及无线联网。
大都现有家用电器不撑持M2M的领先功用,因而要把许多不一样的功用整合到一个单一设备之中,意味着要进行大幅度的和价值昂扬的硬件晋级,这将致使资料费用和本钱上涨。制造商有必要权衡供给撑持智能动力的电器所带来的优点,以及随之而来的额定本钱。
将来,家电厂商将具有更多的挑选,能够找到具有本钱效益的解决计划来规划撑持告诉动力的家电。这些家用电器能够挑选体系芯片(SoC)硬件,因其功用、外形尺寸、软件撑持和本钱之间能够完成恰当的平衡。32位微操控器(MCU)兼具处置才能、内存和衔接性,也是一个有力的候选者。当时一代的微操控器,比方飞思卡尔Kinetis、意法半导体STM32或德州仪器Stellaris(ARM Cortex-M内核),以十分具有竞争力的报价供给很多特色和功用。挑选适宜的硬件仅仅一个初步,软件挑选才是决议商品差异化的要素。
SEP 2.0规范提出的软件技能需求包含:一个撑持UDP的多功用TCP/IP仓库;具有mDNS和DNS-SD等动态效劳发现才能的IPv6效劳;撑持GET、PUT、POST和DELETE等简略指令的HTTP履行。SEP 2.0也需求撑持SSL/TLS等安全规范,以及几种现代互联网技能,比方RESTful架构、XML和EXI编码。Linux就广泛撑持这些软件,但意外的是,运用RAM为96K至128K的微操控器,把Linux扫除在外了。而自个开发这样的技能需求大笔资金和很多时刻,这促进大家能够在这些设备中选用实时操作体系(RTOS)。
RTOS不只速度快和功率高,并且安稳牢靠,他们一般包含一个广泛的网络仓库、撑持运用SSL或TLS等安全技能,并且肯定会契合对占位面积的严厉约束以及这些设备关于内存的其它需求。Mentor Graphics公司推出的Nucleus RTOS这是这样一种解决计划。Nucleus是一种得到广泛选用的能够拓展的RTOS,契合一切智能电网设备的需求。它既有安定的实时功用,也有集成的电源办理效劳。这样的RTOS能够入驻内存短促的MCU,一同仍能供给联网的智能电网设备所需求的大大都功用。
定论
估计智能电网技能将敏捷得到选用,因而规划出把资料本钱操控在最低水平的联网设备,将是制造商面对的严重应战。为了开宣布契合SEP 2.0规范的一款设备,自个展开软件规划能够并不行行,由于需求满意很多的功用需求,并且自个需求投入很多的开发精力。而另一个极点,即选用一种通用操作体系,则需对硬件资源进行大幅晋级,这将带来不行承受的本钱增加。设备制造商在挑选软件规划与硬件渠道时,有必要做出正确的平衡。选用一种供给悉数联网撑持(有线和无线)、可拓展的、节能的、实时操作体系,配以如今商场上有售的一款32位MCU,是最接近满意上述这些需求的一种计划。依据这种规划形式,规划师将大大缩短商品上市时刻,一同仍能完成悉数智能电网运用的方针。 


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