2019年8月9日,，英國發(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)的英國部分重要城市出現(xiàn)地鐵與城際火車停運,、道路交通信號中斷,、部分醫(yī)院由于備用電源不足無法進行醫(yī)療服務等現(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際大都市背后不堪重負的電力系統(tǒng)，比如電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后不能統(tǒng)一調(diào)度,、部分電力設備嚴重老化,、電網(wǎng)維護力量薄弱等等。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)自動化系統(tǒng),，正逐步助力實現(xiàn)傳統(tǒng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)的升級?！霸诖诉^程中,，業(yè)界需要不斷地尋找并應用新方法,、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),、高效運行，如何將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過ADI芯片與整個配電系統(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)應用論壇上,，高性能模擬技術(shù)提供商ADI亞德諾半導體產(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,，推進泛在電力物聯(lián)網(wǎng)部署
作為一項集大數(shù)據(jù)與云計算,、邊緣計算技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸,、人工智能,、移動互聯(lián)控制技術(shù)、現(xiàn)代化設備及管理技術(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)自動化系統(tǒng),，是通過實時連接能源生產(chǎn)、傳輸,、消費各環(huán)節(jié)設備,、客戶、數(shù)據(jù),，全面承載電網(wǎng)運營,、企業(yè)運營、客戶服務,、新型業(yè)態(tài)等全業(yè)務的新一代信息通信系統(tǒng),，具有終端泛在接入、平臺開放共享,、計算云霧協(xié)同,、數(shù)據(jù)驅(qū)動業(yè)務、應用隨需定制等特征,，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)域的落地實踐,，智能感知則是配電物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)支撐,。
據(jù)我國國家電網(wǎng)有限公司統(tǒng)計，目前國網(wǎng)系統(tǒng)接入的終端設備超過5億只（其中4.7億只電表,，各類保護,、采集,、控制設備幾千萬臺），預計在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)初步建成后,，接入設備數(shù)量將達到20億,。“從物聯(lián)網(wǎng)的角度來看,，整個泛在電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)涉及到的現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)采集,，對各類傳感器的需求巨大，可以說是宇宙級的,?！睆埶蓜偺岬健?br/>
配電物聯(lián)網(wǎng)的建設將改善目前感知終端存在感知部件覆蓋不足,、快速響應能力低,、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)測以及配電環(huán)境的監(jiān)測,？致力于為客戶提供在感知、測量,、通信,、網(wǎng)絡安全和邊緣計算等各個環(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,?！?br/>
ADI理解泛在電力物聯(lián)網(wǎng)對智能感知的需求
加強狀態(tài)監(jiān)測與環(huán)境監(jiān)測，確保配電設備安全
“在大家比較熟悉的輸電環(huán)節(jié),，例如導線浮冰,、地質(zhì)災害等監(jiān)測非常重要，基于MEMS加速計,、慣導單元以及溫度傳感等,，把這些系統(tǒng)結(jié)合在一起，完全可以實現(xiàn)輸電線的安全監(jiān)測,?！?張松剛指出。MEMS技術(shù)發(fā)展早在上個世紀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的慣導技術(shù)在各個行業(yè)的應用，以超低噪聲、超低功耗以及高溫性能實現(xiàn)各種更加魯棒性的應用場景,。
ADI高性能MEMS傳感器應對更加魯棒性的應用場景
以ADXL1001和ADXL1002兩款專門針對工業(yè)條件監(jiān)測應用而設計的MEMS加速度計舉例,，它們能夠在具有兩個滿度范圍選項的拓展頻率范圍內(nèi)提供超低的噪聲密度，以及承受高達 10,000g的外部沖擊,，所以目前市面上旋轉(zhuǎn)機械中發(fā)生的主要故障（如套筒軸承損壞,、對準誤差、不平衡,、摩擦,、松動、傳動裝置故障,、軸承磨損和空化）都在ADXL100x系列狀態(tài)監(jiān)控加速度計的測量范圍以內(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,，可以提供先進的系統(tǒng)級功能并可用于嵌入式應用,。在功耗方面，憑借3.3V至5.25V 的單電源供電,，ADXL1001/ADXL1002 還允許進行無線傳感產(chǎn)品設計?！按送?，ADI將MEMS、陀螺儀和加速度計結(jié)合的慣導單元,，可以直接實現(xiàn)慣性的導航應用在很多電力領(lǐng)域中,，例如與低噪聲多軸加速度計結(jié)合，可以進行電線舞動和浮垂的監(jiān)測,，也可以由慣導單元實現(xiàn)巡監(jiān)機器人故障定位等等,。”張松剛強調(diào)道,。
除了狀態(tài)監(jiān)測,，ADI還有一系列針對環(huán)境感知的傳感技術(shù)，包括溫度,、氣體,、光學與聲學等，可用在現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)視以及配電柜監(jiān)測等,。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16位,，精度非常高,。同時芯片內(nèi)部有過溫、欠溫的中斷，并有省電模式可供選擇使用,。而集成光學模塊ADPD188B則可完成煙霧的測量,，分析氣體中的顆粒度從而避免誤報，為各類電氣設備的消防安全監(jiān)測提供保障,。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自檢測技術(shù),，可以對電表精度和故障狀況進行直接的實時非侵入監(jiān)控,，支持mSure的電表結(jié)合云分析服務，為電力公司提供電表壽命期內(nèi)的精度實時數(shù)據(jù)和可行性分析,、電表故障和先進的竊電檢測,。
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、速度和價值方面具有大數(shù)據(jù)的特征,。增強對海量數(shù)據(jù)資源的價值挖掘能力,，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)絡器件節(jié)點的增多,，鋪設太多的線路也變得不切實際。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,，以給電子設備供電?！癆DI提供了多種能量收集應用的超低功率 IC,，例如對光伏能源 (太陽能) 進行轉(zhuǎn)換的ADP5091，對振動能源 (壓電)進行轉(zhuǎn)換的LTC3588,，對熱能源 (TEC,、TEG、熱電堆,、熱電偶) 進行轉(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,?！睆埶蓜偙硎尽?br/>
ADI廣泛的微功耗能量收集技術(shù)
此外，無線組網(wǎng)技術(shù)作為設備通信的大趨勢,，據(jù)預測到2020年將有超過300億的設備具有和其他設備的無線通信能力,，而這其中數(shù)目比例最大的就是低功耗無線局域網(wǎng)設備，特別是物聯(lián)網(wǎng)應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溫,、舞動監(jiān)測,，變電站環(huán)境下的傳感器網(wǎng)或者短距離的自組網(wǎng)信號傳遞等。
對此,，ADI推出了SmartMesh IP網(wǎng)絡,，由高度可擴展的自成形多躍點無線節(jié)點網(wǎng)格和網(wǎng)絡管理器構(gòu)成，最大的特點是在2.4GHz ISM頻段上實現(xiàn)了達到99.999%的高可靠性Mesh網(wǎng)絡,，并且功耗極低（一節(jié)紐扣電池可以用10年）,。每個無線節(jié)點都可以發(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)報告速率,。網(wǎng)絡管理器會自動協(xié)調(diào)各個成對通信以便高效地路由流量,，并相應地對流量進行負載平衡以便將時間延長至網(wǎng)絡的第一次電池更換。因此,，這種無線組網(wǎng)技術(shù)非常適合于對網(wǎng)路傳輸可靠性要求很高且希望免維護使用的工業(yè)應用場合,，尤其適合泛在電力物聯(lián)網(wǎng)部署。同時,，ADI在超級電容、后備電源管理等應用也有相應方案,。
ADI無線組網(wǎng)解決方案針對工業(yè)應用的典型場景
此外,，配電自動化系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代，更具智能的電子設備被用以監(jiān)控電能質(zhì)量并快速隔離任何會影響電網(wǎng)整體運行的故障,。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,，國家電網(wǎng)于2018年秋季提出智能配送終端的新標準，強調(diào)采用平臺化硬件設計和分布式邊緣計算架構(gòu),，以軟件定義方式支撐業(yè)務功能實現(xiàn)及靈活擴展,。“ADE9078作為一款高度精確的完全集成式電能計量器件,，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)三相計量平臺，可實現(xiàn)1類至0.2類電表的高性能，已經(jīng)用在國網(wǎng)新的配電變壓器監(jiān)測終端產(chǎn)品中,，并正被考慮用在智能分路監(jiān)測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?！睆埶蓜偼嘎?。
配電物聯(lián)網(wǎng)感知新需求及ADI完整的信號鏈解決方案
本文總結(jié)
全球正發(fā)生一場前所未有的能源革命和數(shù)字革命，建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)絕不是一股熱潮,，而是一場深刻意義的革新,，將實現(xiàn)傳統(tǒng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)的智能化升級，需要更強大的科技創(chuàng)新力量支撐,?！霸诒O(jiān)控設備以及輸配電系統(tǒng)的安裝與升級上，ADI通過提供完整的產(chǎn)品與信號鏈解決方案,，搭建了連接現(xiàn)實世界與數(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)支撐能力和價值體現(xiàn)能力,，全面助推我國泛在電力物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新模式及生態(tài)產(chǎn)業(yè)建設,，幫助整個中國電力行業(yè)做出更好、更先進的產(chǎn)品,?！睆埶蓜倧娬{(diào)道。