电力管理的可持续解决方案介绍

想象一下，您必须根据单个数据点预测资源的所有未来需求;一天，一周，甚至一个月。这会给你足够的空间来预测一年，两年，甚至十年内你需要多少资源？可能不是，但这实际上是当今公用事业供应商面临的两难困境。

在西班牙的某些地区，有可能将您的峰值用电量瞬间修正为10 A.这意味着您支付的费用要低得多，但不允许同时使用多个耗电设备。现在将其与大多数家庭常用的60 A供应进行比较;今天它可能提供充足的电力，但是在我们所有人都希望在我们的家中拥有更多“连接”设备的情况下，五年，十年甚至20年的情况怎么样？

管理这个场景已经可以互换地称为Smart电网，智能计量和智能能源，建立了一个基础设施，使公用事业提供商能够更好地预测和管理资源的生成和交付，包括但不限于电力。

AMR＆amp; AMI

简单地产生更多能量并不是满足未来电力需求的答案;如今的电网不能分配更高水平的电力，房屋也无法接受它。答案是变得更加智能地了解能源的生成，分配和消耗。通过智能电网更好地分配能源的可行性的关键在于基础设施和仪表的智能。分别称为高级计量基础设施（AMI）和自动计量读数（AMR），增加所需智能水平的一个重要方面将是这些智能电表如何与其他智能设备和整体基础设施进行通信。

今天存在很多可供选择的选择，当然，互联网很可能发挥关键作用。但是，由于智能电表的数量可能远远超过已经部署的“常规”电表的数量，因此管理这种新的基础设施将不仅仅需要添加调制解调器。通常，这将产生对擅长管理多种通信形式的微控制器和微处理器的需求，同时还提供执行复杂计量任务所需的性能，所有这些都具有收集和传输敏感（计费）数据所需的安全级别另一个考虑因素是高级计量基础设施中连接和隐含的设备的互操作性;世界各地的标准机构正在与行业协会合作，以便在整个行业达到可接受的标准化水平，即使AMR/AMI解决方案的部署有所增加。一旦采用行业标准，为了避免大规模和昂贵的设备重新部署，再次需要以当今微处理器的形式提供可编程解决方案。

微处理器和微控制器提供的灵活性，再加上能够使用基础设施的连接（如有必要）在现场对它们进行重新编程，使原始设备制造商能够在下一代智能电表的设计和部署方面取得进步。

安全

任何网络的最大挑战之一是提供适合感知风险的安全级别。对于AMI，风险很高;连接不仅会跨越大面积区域和安装，而且在很大程度上也是不受管理的。一旦基础设施到位，消费者和服务提供商就会“访问”。因此，在基础设施中建立高水平的安全性是至关重要的，而在智能电表级别，这将包括识别和认证。在硅级支持这些需要一个支持密码学，安全密钥存储，随机数生成和篡改检测的设备。此外，可提供可信执行和安全调试的平台增加了额外的安全性。

飞思卡尔半导体将可信架构定义为依赖可信硬件和软件组合的架构，以支持广泛的OEM定义安全政策。飞思卡尔已在QorIQ P1010上实施了信任架构。图1显示了设备的信任功能，它实现了NIST 7268系统信任模型，并提供了诸如盗窃功能，盗窃第三方数据和窃取唯一性等威胁的缓解措施.QorIQ数据路径加速架构可防止功能性盗窃攻击由拒绝服务和分布式拒绝服务引起的，它可以通过支持快速流分类和监管来使系统崩溃并使用连接建立请求。通过强大的访问控制和加密来支持第三方数据的防御，同时通过包含飞思卡尔唯一ID来防止唯一性的盗窃（通常通过逆向工程实现以创建伪造品和/或克隆），这意味着甚至其他QorIQs将无法启动OEM的代码。

图1：飞思卡尔半导体的QorIQ P1010提供了一系列适用于智能电表的安全功能。

集中器

先进的计量基础设施（近）实时报告能耗，提供前所未有的能源使用可见度。然而，汇总这些大量数据将是一项具有挑战性的任务，即使技术上可能每个智能电表都可以单独与能源供应商进行通信，但如果不是不可能的话，所有电表同时执行此操作也是不切实际的。 br》解决方案是使用集中器聚合数据;目前在能源网络中没有对应的元素。这个新的层次结构层将能够从本地部署的仪表中收集数据，在几百个区域内，可能有几千个智能仪表可以由单个集中器提供服务，而这些集中器可以将数据解释并转发回供应商。

集中商还将能够提供分布式控制，以提供本地能源管理。器具通常对主电源提供可变负载;通过分析使用在强大的ARM®核心上运行的合适算法收集的数据的变化模式，意味着集中器可以构建能源在其自己的子网中的使用位置和方式的图片。这些数据可用于影响供应商在多个领域产生的总体功率。

这是德州仪器（TI）针对其基于Sitara AM335x ARM Cortex™-A8处理器的应用程序，如图2所示。基于该部分开发了数据集中器评估模块，为设备制造商提供了一个可扩展的平台，用于开发解决方案，以及通过各种子卡添加有线/无线连接。

《 BR》图2：德州仪器的Sitara AMS335x系列基于ARM Cortex-A8的微处理器提供了开发智能能源集中器所需的所有集成。

分计量

虽然智能基础设施的重点主要是电力，其他公用设施（尤其是天然气和水）的分配和消耗也将受益于使用智能仪表的更严格控制。此外，在消费点使用能量计量将使“智能电器”时代成为可能，而无需更换它们。这种多样化的智能可能会提供给本地聚合器或“网关”，这将提供另一层次的分析和控制。

如果希望消费者投资或贡献他们自己的内部基础设施的成本因此，“亚米”的形式必须是低成本的解决方案。幸运的是，目前低成本微控制器的性能已经达到了能够轻松应对这一新兴应用领域处理要求的水平。

STMicroelectronics对智能电能计量有一个明确的策略，其中包括水/煤气表，如如图3所示。在此示例中，传感器输出通过信号调理馈送到由32位（如STM32L1）或8位微控制器（包括其STM8L Energy Lite系列）供电的控制单元。 》

图3：Smart Meters将扩展到包括燃气表和水表，必须使用STMicroelectronics的STM8L Energy Lite系列等低功耗技术开发。

STM8L系列是这是一款采用专有130纳米超低泄漏工艺技术制造的超低功耗平台，其系列产品经过优化，可满足计量的低功耗要求，包括气体，水，电和热量表。 STM8L05系列经过进一步优化，可提供针对低端计量解决方案的最佳性价比，在16 MHz时提供195μA/MHz和16 MIPS。

如图4所示，TI也专注于此领域并且已经制作了一个专门针对计量的集成解决方案（具有模拟前端或AFE的微控制器） - MSP430AFE。

图4：TI只是识别半导体供应商之一需要集成的计量解决方案。

测量智能或亚表中的电功率，例如“智能插头”，需要精确测量电流和电压。通常，本申请中使用的“传感器”只是电阻器;高欧姆电阻器布置在简单的梯形网络中以分压电压，而低得多的欧姆电阻器与带电导体串联，允许AFE测量在其上产生的电压降以计算所汲取的电流。 MSP430AFE在单个器件中集成了多达三个24位Sigma-Delta模数转换器，其中包含可编程增益放大器和16位微控制器（图5）。 ADC输入支持±500 mV的差分电压，负电压高达-1 V，无需电平转换。在宽负载电流范围内，实用级精度《0.1％，ADC还支持同步采样，消除了电流和电压检测之间的延迟，并且随后需要补偿软件中的任何延迟，如同提供顺序采样的解决方案。

图5：高度集成的MSP430AFE提供16位微控制器和多个Sigma-Delta ADC，以创建单芯片计量平台。 TI还为MSP430系列创建了一个能量库，该库提供了能量测量计算算法。此外，作为可编程平台，它还能够容纳标准或定制的通信协议，而LCD接口和GPIO提供了广泛的用户界面可能性。

结论

构建更智能的计量基础设施是否定的更长时间被视为一种选择;为了满足高峰需求而停电停电的威胁只是当今能源管理的一个重要方面。产生更多电力并不一定是长期解决方案，因为现有基础设施最终将达到无法承受更多电力的程度。

可持续解决方案是管理电力使用方式，以便做到最好使用可用的容量。移动领域中超低功耗解决方案的推动现在正在逐渐渗透到消费者和工业领域，因为只有通过更加了解功耗才能保证供电的连续性。

电子产品通过提供监控和控制电力分配和消耗所需的解决方案，行业将在智慧能源中发挥重要作用，具有更细的粒度。