“智能电网”的下一个主要步骤的转换交流电网。现有的网格从集中式发电厂提供电力,并已很少或根本没有了解个人用户(工业、商业或住宅)加载和使用;与此同时,用户没有把握自己的使用和基于负载的成本。此外,现有的网格体系结构并不适合当地,独立的来源(例如,家庭太阳能电池板),提供在不可预测的时间回电网,以及借鉴网格。
智能电网是为了更有效地提供电力和平衡负载。它还提供了更好的了解最终用户为负载均衡成本与分时,同样重要的是,它将容纳越来越多的断断续续的当地来源可能供电电网条件保证这样做时,或能量存储起来,供以后使用。
智能电网变成现实的一个关键是传感器的引入各级网格的层次结构(图1)。根据一份报告市场研究公司IHS,智能电网相关传感器的市场将从2014年到2021年增长近10倍,达到3.5亿美元。处理这些传感器,智能电网依赖智能电表安装在每个用户的网站,向用户和电力公司的电力供应,装入和运营成本。这些米将与智能控制的内部电器和照明,和当地的电源/存储,以及电力公司电网。
图1:智能电网是一个主要从传统的电力系统和电网升压;不仅是设计增加来源,传播,和利用效率,还允许小规模采购和本地化存储。
智能电网概述
从历史上看,交流电源电网连接多个发电站,是否受煤炭、石油、天然气、水、或核燃料,成网状,这样任何这些来源可以支持用户的系统的任何地方。公用事业运营的电厂和电网可以测量多少电力和能源是通过网格的每个部分,如果需要调整可用性和节流阀,可以测量每个终端用户所消耗的能源成本(kW-Hr)通过各种遥测技术。
然而,洞察他们的极限。反馈回路的时间常数是相对较大的,因为它主要是为了回应大规模的变化,如在夜间使用更少的力量和快速启动/时间在早上和晚上,白天有点稳态高价值。当然,在我们日益24/7的世界,即使这些传统模式正在改变。
智能电网的目标是允许灵活组合的能量水闸、配送路径,和存储,需要平衡所有驱动的可用选项,根据需要动态调整组合,在一个相当快速,实时环境。成功的智能电网实现的目标是最小化需要大型发电厂或其他大规模的输电线路。实现这一点,强大的财政激励措施鼓励使用负载均衡,力量用在萧条时期,当地的电力采购,甚至本地存储(例如,见特斯拉汽车公司最近宣布他们的Powerwall系统为家庭和办公室)。
高级体系结构由低级构建块
预测潜在的智能电网的灵活性和它可能产生的益处是诱人的,但现实是,让它发生需要许多低级构建块在终端用户级别。特别是住宅设施的情况,每一个家庭只是有点不同,也没有“建筑管理”专业人员。智能电网功能金字塔开始监控,也许上进行控制的能量被送到,或者提供的,回家。有几个阶段实现这个目标。
首先,每个家庭将需要一个智能电表,被称为先进的计量基础设施(AMI)测量电源使用,并提供数据的效用计费和跟踪。它还提供了洞察消费者监控使用情况和价格,和更多的实际控制能源使用的可能性。AMI,反过来,适用于家庭住宅能源管理监控/控制函数(REM),使用一个utility-installed家区域网络(汉族)和米,恒温器,灯,和其他设备这也许是要监视和控制;汉族连接是通过无线链接或电力线通信(PLC)。
一般来说,消费者怀疑的想法效用控制能源使用的金额和时间,和进展尚不清楚。另一种,utility-provided REM取而代之的是一种消费者所提供的一个独立的快速眼动(iREM),连接通过AMI计量子系统和积极监控能源使用,但允许用户维护的个人控制。
集成电路、传感器、软件是关键元素
翻译这些广泛的、高层次的目标变成现实,如智能电表和智能设备/夹具控制,就是供应商的大量机会,但由于严重的成本压力。
市场研究公司IHS相信全球出货量智能电表将三约6200万辆2011年到2016年之间,这将导致一个翻倍的同期相关半导体市场。在报告总结希烈,Jacobo卡拉斯科、工业电子研究IHS分析师指出,“最初的动机取代传统米与智能电表节省能源。然而,一个更引人注目的动机是网格的仪器。使用智能电表,公用事业公司最终将有一个已有网格,使他们计划发电并更有效地管理他们���资源。“几个例子说明了,供应商已经采取措施使这些智能电网的关键构件变成实际的发展。
领先的智能电表集成电路是格言Teridian™78 m6631高度集成,三相功率测量和监控芯片系统(SoC)(图2)。该设备包含一个22-bit delta-sigma a / D转换器,一个8051 -兼容的微处理器核心,和一个32位的计算引擎(CE)处理AC -行数据。78 m6631是专为电力和质量测量应用程序需要两个三角洲和怀依三相配置。
图2:78条箴言Teridian m6631功率测量和监控SoC不仅实现智能电表的大部分功能,而且还提供各种线传感器类型和三相连接配置。
设备提供了六个模拟输入A / D转换器(三个差动电流和三个电压)接口电流和电压传感器用于交流线路皮卡。设备提供了优于0.5%的准确率2000:1宽动态范围。连接到主机处理器,56-Pin TQFN-packaged IC包括SPI、I2C、UART I / O。它还包括基本的数字I / O端口控制led告诉用户智能电表的状态,外部驱动继电器,甚至允许输入换能器之间的选择。
智能电表集成电路本身,不管功能或集成水平,仅仅是故事的一部分。马克西姆提供应用软件可以加载到128 kB闪存固件提供分析和系统调整,包括:
真有效值电流和电压的计算
活跃,反应性,明显,基本和谐波功率计算
根本和谐波电流和电压的计算
线频率和功率因素计算
相位补偿(18°±60 Hz)
内置校准程序
可编程的报警阈值
这种组合的合适的线电流/电压传感器,Teridian IC,嵌入式固件,全球和分析将满足各种性能和监管标准的准确性,及时性和数据报告。
住宅和商业(办公室)照明是一个领域智能电网可以集成保存重要的权力。与空调必须运行维护所需的温度(尽管这样做有效的目标),照明有更大的灵活性。用户可以选择调整照明水平以满足他们的需要根据外部光线,可用房间入住率,和其他因素。照明也废热的来源,可以是好事还是坏事,取决于外部温度。
尽可能多的设施是切换到led灯具效率,长寿,和dimmability(适当的控制电路和算法),供应商提供LED-optimized次世代照明ICs。一个例子是CY8CLED0xD / G0y家族PowerPSoC®聪明的司机从柏树半导体公司。,由十几个相关ICs不同数量的内存,I / O数,和一些内部函数(图3)。每个设备包括五个主要模块:PSoC核心,数字系统,模拟系统,系统资源和权力外围设备(包括功率场效应晶体管、滞后控制器、电流放大器和棱镜/ PWM调制器)。这些PowerPSoC家庭设备的目的是取代传统的单片机,系统ICs,许多离散的组件,在他们的周围。
图3:不同CY8CLED0xD / G0y PowerPSoC ICs的家庭从柏树半导体LED照明专门为智能驾驶,这是快速增长的替代可敬的白炽灯和节能灯灯泡,但具有独特和仔细监控驱动特征。
每个PowerPSoC特性综合力量的数组的外围设备以及数控功能。电力设备包括:
四个独立运营的场效应管(32 V / 1)可以驱动大功率led
四个可编程滞后控制器提供控制发光二极管的电流输出
四个可编程下部门驱动程序支持电压高于32 V,用于与外部mosfet
Floating-load巴克Floating-load buck-boost,升压转化器拓扑满足各种应用程序的不同的电压要求的灵活性
开关频率2 MHz,允许使用更小、更便宜的电感器
一个辅助功率调节器设备从一个电源
16位调光照明应用程序需要高分辨率变暗
在数控方面,用户可以访问:
八个可编程数字式块等功能的计时器,计数器,pwm和uart
六个可编程模拟等功能块放大器,adc、dac、过滤器和比较器
至少16 kb的闪存
一个8位微控制器
PSoC内设备、可配置的权力,模拟,数字,以及互连电路实现高水平的集成支持工业,商业和消费者led照明需求。
简单的传感器也可以产生很大的影响。在最低功能水平的智能电网和智能能源互动,入住率检测器的使用可以消除浪费照明能量,尤其是在一些地区只能看到高度间歇性,分散使用在短时间内(厕所)。这是一个基本组件等ZilogZmotion ZRE200BP PIR(被动红外探测器提供了较大的利益适度的投资。
结论
智能电网提供了巨大的节能潜力和效率从一代到使用和存储。翻译大概念变为现实需要大幅升级设施和设备在网格系统的各个阶段,有很多工作做在当地和住宅地点必须保持成本低,易于安装和使用是至关重要的,实实在在的利益必须是现实的。供应商的组件(如电能计量集成电路、照明和能源控制ICs,甚至基本传感器发挥了很大的作用在这个升级到一个网格,更有自我意识,灵活、有弹性。
