2019年8月9日，英國(guó)發(fā)生自2003年“倫敦大停電”以來規(guī)模最大、影響人口最多的停電事故，包括倫敦在內(nèi)的英國(guó)部分重要城市出現(xiàn)地鐵與城際火車停運(yùn)、道路交通信號(hào)中斷、部分醫(yī)院由于備用電源不足無法進(jìn)行醫(yī)療服務(wù)等現(xiàn)象，約有100萬人受到影響。作為世界繁華的大都市之一，倫敦的停電事故讓世人看到國(guó)際大都市背后不堪重負(fù)的電力系統(tǒng)，比如電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后不能統(tǒng)一調(diào)度、部分電力設(shè)備嚴(yán)重老化、電網(wǎng)維護(hù)力量薄弱等等。電力系統(tǒng)需要迎來新一波的技術(shù)革命。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)作為新興的電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，正逐步助力實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)。“在此過程中，業(yè)界需要不斷地尋找并應(yīng)用新方法、新技術(shù)來支撐泛在電力物聯(lián)網(wǎng)配電系統(tǒng)的安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、高效運(yùn)行，如何將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過ADI芯片與整個(gè)配電系統(tǒng)結(jié)合起來，是我們一直在致力解決的問題。”在近日舉辦的第十屆配電技術(shù)應(yīng)用論壇上，高性能模擬技術(shù)提供商ADI亞德諾半導(dǎo)體產(chǎn)品經(jīng)理張松剛這樣表示。

ADI產(chǎn)品經(jīng)理張松剛主題演講《ADI智能傳感技術(shù)助力泛在電力物聯(lián)網(wǎng)》

探索全面智能感知，推進(jìn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)部署

作為一項(xiàng)集大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、邊緣計(jì)算技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備及管理技術(shù)等于一體的綜合信息管理系統(tǒng)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)通常也被稱為電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，是通過實(shí)時(shí)連接能源生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)各環(huán)節(jié)設(shè)備、客戶、數(shù)據(jù)，全面承載電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)、企業(yè)運(yùn)營(yíng)、客戶服務(wù)、新型業(yè)態(tài)等全業(yè)務(wù)的新一代信息通信系統(tǒng)，具有終端泛在接入、平臺(tái)開放共享、計(jì)算云霧協(xié)同、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)、應(yīng)用隨需定制等特征，與智能電網(wǎng)深度融合，共同構(gòu)成能源互聯(lián)網(wǎng)。配電物聯(lián)網(wǎng)是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在配電領(lǐng)域的落地實(shí)踐，智能感知?jiǎng)t是配電物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)支撐。

據(jù)我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)有限公司統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)接入的終端設(shè)備超過5億只（其中4.7億只電表，各類保護(hù)、采集、控制設(shè)備幾千萬臺(tái)），預(yù)計(jì)在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)初步建成后，接入設(shè)備數(shù)量將達(dá)到20億。“從物聯(lián)網(wǎng)的角度來看，整個(gè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)涉及到的現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)采集，對(duì)各類傳感器的需求巨大，可以說是宇宙級(jí)的。”張松剛提到。

配電物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)將改善目前感知終端存在感知部件覆蓋不足、快速響應(yīng)能力低、取能技術(shù)尚待突破等問題，高可靠性、小型化低功耗、集成化、無源化與高安全性則是智能感知技術(shù)的未來發(fā)展方向。怎么做好電氣狀態(tài)的監(jiān)測(cè)以及配電環(huán)境的監(jiān)測(cè)？致力于為客戶提供在感知、測(cè)量、通信、網(wǎng)絡(luò)安全和邊緣計(jì)算等各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)品和解決方案的ADI，正在與該公司客戶一起探索更快部署泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的途徑。”

ADI理解泛在電力物聯(lián)網(wǎng)對(duì)智能感知的需求

加強(qiáng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與環(huán)境監(jiān)測(cè)，確保配電設(shè)備安全

“在大家比較熟悉的輸電環(huán)節(jié)，例如導(dǎo)線浮冰、地質(zhì)災(zāi)害等監(jiān)測(cè)非常重要，基于MEMS加速計(jì)、慣導(dǎo)單元以及溫度傳感等，把這些系統(tǒng)結(jié)合在一起，完全可以實(shí)現(xiàn)輸電線的安全監(jiān)測(cè)。” 張松剛指出。MEMS技術(shù)發(fā)展早在上個(gè)世紀(jì)70年代就開始了，而ADI是最早介入該領(lǐng)域的公司之一，目前ADI聚焦于MEMS的慣導(dǎo)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用，以超低噪聲、超低功耗以及高溫性能實(shí)現(xiàn)各種更加魯棒性的應(yīng)用場(chǎng)景。

ADI高性能MEMS傳感器應(yīng)對(duì)更加魯棒性的應(yīng)用場(chǎng)景

以ADXL1001和ADXL1002兩款專門針對(duì)工業(yè)條件監(jiān)測(cè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的MEMS加速度計(jì)舉例，它們能夠在具有兩個(gè)滿度范圍選項(xiàng)的拓展頻率范圍內(nèi)提供超低的噪聲密度，以及承受高達(dá)10,000g的外部沖擊，所以目前市面上旋轉(zhuǎn)機(jī)械中發(fā)生的主要故障（如套筒軸承損壞、對(duì)準(zhǔn)誤差、不平衡、摩擦、松動(dòng)、傳動(dòng)裝置故障、軸承磨損和空化）都在ADXL100x系列狀態(tài)監(jiān)控加速度計(jì)的測(cè)量范圍以內(nèi)。除此之外，ADXL1001和ADXL1002還擁有集成的全靜電自檢功能和超范圍指示器，可以提供先進(jìn)的系統(tǒng)級(jí)功能并可用于嵌入式應(yīng)用。在功耗方面，憑借3.3V至5.25V 的單電源供電，ADXL1001/ADXL1002 還允許進(jìn)行無線傳感產(chǎn)品設(shè)計(jì)。“此外，ADI將MEMS、陀螺儀和加速度計(jì)結(jié)合的慣導(dǎo)單元，可以直接實(shí)現(xiàn)慣性的導(dǎo)航應(yīng)用在很多電力領(lǐng)域中，例如與低噪聲多軸加速度計(jì)結(jié)合，可以進(jìn)行電線舞動(dòng)和浮垂的監(jiān)測(cè)，也可以由慣導(dǎo)單元實(shí)現(xiàn)巡監(jiān)機(jī)器人故障定位等等。”張松剛強(qiáng)調(diào)道。

除了狀態(tài)監(jiān)測(cè)，ADI還有一系列針對(duì)環(huán)境感知的傳感技術(shù)，包括溫度、氣體、光學(xué)與聲學(xué)等，可用在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)視以及配電柜監(jiān)測(cè)等。其中的代表產(chǎn)品是能夠?qū)崿F(xiàn)±0.25°C高精度的數(shù)字溫度傳感器ADT7320，支持SPI接口或者I2C接口，分辨率可達(dá)16位，精度非常高。同時(shí)芯片內(nèi)部有過溫、欠溫的中斷，并有省電模式可供選擇使用。而集成光學(xué)模塊ADPD188B則可完成煙霧的測(cè)量，分析氣體中的顆粒度從而避免誤報(bào)，為各類電氣設(shè)備的消防安全監(jiān)測(cè)提供保障。此外，近年來發(fā)展較快的磁阻技術(shù)、ToF及紅熱等環(huán)境傳感技術(shù)上，ADI同樣擁有成熟的產(chǎn)品，能更好滿足未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵應(yīng)用中的傳感技術(shù)需求。

張松剛還特別提到ADI推出的mSure自檢測(cè)技術(shù)，可以對(duì)電表精度和故障狀況進(jìn)行直接的實(shí)時(shí)非侵入監(jiān)控，支持mSure的電表結(jié)合云分析服務(wù)，為電力公司提供電表壽命期內(nèi)的精度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和可行性分析、電表故障和先進(jìn)的竊電檢測(cè)。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)能量收集技術(shù)及無線組網(wǎng)架構(gòu)的全新探討

隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步部署，電力行業(yè)積累了海量數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)量、多樣性、速度和價(jià)值方面具有大數(shù)據(jù)的特征。增強(qiáng)對(duì)海量數(shù)據(jù)資源的價(jià)值挖掘能力，首先要解決的是供電問題。采用電力線供電成本昂貴，且隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)器件節(jié)點(diǎn)的增多，鋪設(shè)太多的線路也變得不切實(shí)際。低功耗能量采集技術(shù)可以將微弱的環(huán)境能量采集起來，并能高效轉(zhuǎn)換成電能，以給電子設(shè)備供電。“ADI提供了多種能量收集應(yīng)用的超低功率IC，例如對(duì)光伏能源(太陽能) 進(jìn)行轉(zhuǎn)換的ADP5091，對(duì)振動(dòng)能源(壓電)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的LTC3588，對(duì)熱能源(TEC、TEG、熱電堆、熱電偶) 進(jìn)行轉(zhuǎn)換的LTC3107等電源管理產(chǎn)品，可提供高效率轉(zhuǎn)換至穩(wěn)定電壓，使微功耗的能源收集成為可能。”張松剛表示。

ADI廣泛的微功耗能量收集技術(shù)

此外，無線組網(wǎng)技術(shù)作為設(shè)備通信的大趨勢(shì)，據(jù)預(yù)測(cè)到2020年將有超過300億的設(shè)備具有和其他設(shè)備的無線通信能力，而這其中數(shù)目比例最大的就是低功耗無線局域網(wǎng)設(shè)備，特別是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的各類無線收發(fā)。據(jù)張松剛介紹，目前無線組網(wǎng)技術(shù)也用在了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，例如高壓電力線的線纜測(cè)溫、舞動(dòng)監(jiān)測(cè)，變電站環(huán)境下的傳感器網(wǎng)或者短距離的自組網(wǎng)信號(hào)傳遞等。

對(duì)此，ADI推出了SmartMesh IP網(wǎng)絡(luò)，由高度可擴(kuò)展的自成形多躍點(diǎn)無線節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格和網(wǎng)絡(luò)管理器構(gòu)成，最大的特點(diǎn)是在2.4GHz ISM頻段上實(shí)現(xiàn)了達(dá)到99.999%的高可靠性Mesh網(wǎng)絡(luò)，并且功耗極低（一節(jié)紐扣電池可以用10年）。每個(gè)無線節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收消息（支持雙向數(shù)據(jù)），也可以有不同的數(shù)據(jù)報(bào)告速率。網(wǎng)絡(luò)管理器會(huì)自動(dòng)協(xié)調(diào)各個(gè)成對(duì)通信以便高效地路由流量，并相應(yīng)地對(duì)流量進(jìn)行負(fù)載平衡以便將時(shí)間延長(zhǎng)至網(wǎng)絡(luò)的第一次電池更換。因此，這種無線組網(wǎng)技術(shù)非常適合于對(duì)網(wǎng)路傳輸可靠性要求很高且希望免維護(hù)使用的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，尤其適合泛在電力物聯(lián)網(wǎng)部署。同時(shí)，ADI在超級(jí)電容、后備電源管理等應(yīng)用也有相應(yīng)方案。

ADI無線組網(wǎng)解決方案針對(duì)工業(yè)應(yīng)用的典型場(chǎng)景

此外，配電自動(dòng)化系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代，更具智能的電子設(shè)備被用以監(jiān)控電能質(zhì)量并快速隔離任何會(huì)影響電網(wǎng)整體運(yùn)行的故障。智能終端，如DTU/FTU/TTU等，正在迅速發(fā)展并改變著電網(wǎng)架構(gòu)。據(jù)張松剛介紹，國(guó)家電網(wǎng)于2018年秋季提出智能配送終端的新標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)采用平臺(tái)化硬件設(shè)計(jì)和分布式邊緣計(jì)算架構(gòu)，以軟件定義方式支撐業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)及靈活擴(kuò)展。“ADE9078作為一款高度精確的完全集成式電能計(jì)量器件，通過與電流變壓器(CT)和羅氏線圈傳感器接口，支持用戶開發(fā)三相計(jì)量平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)1類至0.2類電表的高性能，已經(jīng)用在國(guó)網(wǎng)新的配電變壓器監(jiān)測(cè)終端產(chǎn)品中，并正被考慮用在智能分路監(jiān)測(cè)終端和智能故障傳感器中，在未來的智能斷路器及智能插座中也都同樣可以考慮使用。”張松剛透露。

配電物聯(lián)網(wǎng)感知新需求及ADI完整的信號(hào)鏈解決方案

本文總結(jié)

全球正發(fā)生一場(chǎng)前所未有的能源革命和數(shù)字革命，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)絕不是一股熱潮，而是一場(chǎng)深刻意義的革新，將實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)的智能化升級(jí)，需要更強(qiáng)大的科技創(chuàng)新力量支撐。“在監(jiān)控設(shè)備以及輸配電系統(tǒng)的安裝與升級(jí)上，ADI通過提供完整的產(chǎn)品與信號(hào)鏈解決方案，搭建了連接現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界的橋梁，將充分挖掘泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)控能力、技術(shù)支撐能力和價(jià)值體現(xiàn)能力，全面助推我國(guó)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新模式及生態(tài)產(chǎn)業(yè)建設(shè)，幫助整個(gè)中國(guó)電力行業(yè)做出更好、更先進(jìn)的產(chǎn)品。”張松剛強(qiáng)調(diào)道。