馬堤的剪報筆記

　　業界估計，2010年除了基礎建設需求回溫外，室內家用行動基地台（Femtocell）、電力線傳輸設備（PLC）及智慧電網等創新應用可望成為產 業明日之星。其中，2010年全球智慧電網產值將超過200億美元，可見的事實是，在09年2月美國總統奧巴馬提出的美國復蘇與再投資法案 （American Recovery and Reinvestment Act）中，智能電網投資額達110億美元，是能源總投資額的18%，奧巴馬政府將智能電網視為綠色新政（Green New Deal）的一環，市場商機可期，不僅電力業者摩拳擦掌，通訊、IT（Internet Technology）相關業者更是動作頻頻。

主要國家地區再生能源供電量占總供電量比重目標。（來源於：DIGITIMES）

有效利用可再生能源，智慧電網舉足輕重

　　有監於溫室效應日益嚴重及國際原油不斷高漲，為減少二氧化碳排放量，並降低對石油過度依賴，各國政府無不積極導入太陽能、風力等再生能源作為解決方案，未來再生能源供電比重增加儼然可見，以歐洲為例，至2020年再生能源供電比重將達總供電量的五分之一。然再生能源的發電量受天氣、溫度等環境影響甚 鉅，如太陽能發電受日照長短影響、風力發電則仰賴足夠風力，兩者皆不如較易控制且能隨時輸出的火力發電。許多國家將再生能源供電目標訂在總供電量的 20~30%，要實現這個目標，現有電力系統根本無力負擔，如此一來，將造成電力系統供電不穩或停電等問題。

　　對此，以導入蓄電池、智慧電錶、感測器等建構的智慧電網（Smart Grid）成為最佳解決方案，透過蓄電池儲存再生能源產生的電能，作為發電不足時的備用，再由連網的感測器進行監控，使供電及用電能達到最佳狀態，目前以 美國最積極推動智慧電網，在此政策背景下，電力業者及設備商無不積極佈局。

　　智慧電網主要是更加有效地去管理好發電之後的輸、送、配這些環節。智慧電網的發展，先是智慧電錶，然後實現可再生能源發電的上網和並網，這些都做到了才行。但是就目前來說，還沒有任何一個國家是真正了實現電網的全部的智慧化。

　　歐洲已經有幾個國家開始部署智慧電網，比如在義大利，他們現在已經是安裝了三千萬個智慧電錶，但是義大利還沒有完全實現智慧電網化，因為義大利還沒有這麼多的智慧控制系統去把所有的可再生能源發的電都納入到智慧電網當中去，所以智慧電網的事業才剛剛開始。

　　智慧電網要第一步就是安裝智慧電錶，比如歐盟的一個指令就是希望在2020年的時候，所有的歐洲的國家都實現了電錶的智慧化，而且在那個時使歐洲的電 力消耗下降20%，又使歐洲電力生產當中可再生能源發的電的比例上升到20%。中國政府也非常重視智慧電網建設，中國政府將投資使現有的電網升級。據悉， 中國政府據要投資將近100億美元，用來建設智慧電網，而且是以AMR（自動抄表）為基礎的智慧電網。具體來說，中國政府的計畫是要在未來五年，在全國範 圍內安裝2.4億個智慧電錶。現在中國也有各種各樣的標準委員會在為智慧電錶的通訊制定標準。這也就意著在2012年到2015年之間的三年內，每年中國 所新安裝的智慧電錶都將達到八千萬個。從長遠來說，考慮到中國的13億人，中國安裝智慧電錶的總量應該是五億個，這是一個非常巨大的數字，也意味著中國智 慧電網的滲透率能達到發達國家的水平。另外在再生能源方面，中國希望在2020年，能夠把電力生產當中可再生能源發電的份額上升到30%，這幾乎是世界上 最激進的一個發展可再生能源的一個規劃了。要這麼做的話，沒有智慧電網是不可能的。

動態能源管理的核心就是智慧電網，智慧電網通過與終端用戶設備、建築控制系統和能源分配系統協同工作以實現節能目的。

智慧電網主要應用領域及作用

（1）智能電網平臺：支援核心電網自動化

　　電網中所有相關節點對於收集電網狀態資訊是十分重要的。過去，只是收集高壓電網和部分中壓電網的資訊，而現在全面查看電網狀態正變得日益重要。管理人 員能夠發現所有地區的電網損耗，並能更好地管理可再生能源，它們通常能向以前未監控的地區供電。管理系統效率日趨複雜，這也需要集成分散的決策機制，即將 智慧集成入電網，從而實現電網管理的優化，大幅度減少斷電現象。

智慧電網的主要應用領域

（2）電網監控和管理：利用收集的資訊

　　如果採取正確的措施來快速隔離有故障的電網，代價高昂的斷電現象即可避免。公用事業公司（utility company）正在安裝感測器以接近即時地（秒到毫秒級延遲）監控電網，儘早地發現故障。這些監控系統將從起始的輸電網擴展至配電網。電網性能資訊被集 成入公用事業公司的SCADA系統，提供自動、接近即時的電網電力控制能力。

（3）集成維護：延長資產生命週期

　　從中長期來看，收集資訊能夠優化電網資產的維護戰略。由於使用、年限和許多其他因素的不同，資產狀況可能存在很大差異。固定週期式的傳統維護策略不再 適用。管理人員能夠對資產進行持續監控，關鍵問題可被提早發現。借助全新通信技術，現場技術人員能夠獲得關鍵資產狀態資訊，確保問題得以及時解決。這一全 新的維護方法能夠顯著地延長資產使用壽命，避免發生代價高昂的中斷事件。

（4）智能計量：即時能耗監控

　　由於受到產量、燃料價格、氣候條件和需求波動等供需關係的影響，當今批發市場的電力價格反復無常。一般來說，晚間非高峰用電的價格比白天的價格低 50%。但是，消費者通常只是見到一個與時間週期無關的平穩價格。在能源法規制訂者的要求下，一些公用事業公司開始以“智慧電錶”替換傳統的機械電錶，使 客戶能根據一天中的時間段選擇可變價位。通過讓客戶隨時看到其所消耗能源的實際成本，他們能夠相應地做出調整，關閉一些設備，將能耗從高價格時段轉換至低 價格時段。這一錯峰用電和限電機制能夠同時降低消費者成本和消費者對公用事業公司的高峰需求。

（5）需求方管理：降低家庭、辦公室和工廠的電力消耗

　　通過持續監控電力消耗和主動管理設備耗能方式，需求方管理能夠有效地減少家庭、辦公室和工廠的電力消耗。管理的內容包括需求回應計畫、智慧電錶和可變 電價、配備智慧設備的智慧樓宇，以及能源儀錶板。這些創新組合在一起，使公用事業公司和消費者能夠更有效地管理和回應電力需求的變化。

（6）集成可再生能源：鼓勵家庭和企業安裝自己的可再生能源

　　鼓勵一些家庭和企業，利用更加經濟高效的小型發電設備本地供電。這些設備包括光電和太陽能設備等可再生能源設備，以及不可再生能源設備，如具備熱回收功能的燃油或燃氣發電機。

（7）汽車電網

　　抽水蓄能電站依然是大規模存儲電力的唯一經濟的選擇。隨著插電型油電混合車（PHEV）和電動汽車的開發，新的機遇將改變市場。例如，當汽車電池價格 低時，可用來存儲電能，而當價格升高時，可再賣回給電網。就駕駛者而言，其車輛將成為控制電力成本的一種有效方式，而公用事業公司則能利用PHEV車隊為 電網供電，以解決高峰期的電力需求。

巨頭逐鹿，熱炒智慧計量表

　　通常來說，智慧電網的產業主要由高級計量體系（AMI）、高級配電運行（ADO）、高級輸電運行（ATO）和高級資產管理（AAM）四大模組構成。 AMI是一種用於先進電錶，能夠提供即時的雙向通信設施，是智慧電網的基礎資訊平臺，一般來說，AMI是電網智慧化建設的第一步，主要涉及大量的智慧電 錶、感測器等設備。隨著智慧電網建設的深入，逐步實現配電、輸電智慧化（ADO、ATO），從而實現整個電網資產運行效率的提高（AAM）。

　　智慧計量表是智慧電網的用戶終端，也是整個智慧電網發展的開端。重量級的技術公司--思科、IBM、微軟和穀歌都沒有在此次智慧電網的競逐中缺席，而 且已經有了許多創新。在大型基礎智慧化項目中嘗到了甜頭的IBM，已經在構築電網智慧化專案的技術主線。這將包括在電網沿線設立的通信設備，以及軟體和伺 服器來處理堆積如山的資料。思科，同樣也在電力網絡設備和家用能源管理設備方面全力出擊，並宣稱智慧電網就是它的下一個10億元生意的目標。通信廠商沃達 豐（Vodafone）也看准了這塊市場，準備在自己的網路中添加家庭能耗智慧管理的元素。微軟和谷歌也緊跟消費者的需求，同時在尋求設備製造商作為合作 夥伴。

　　上述企業競逐的主要是智慧電網的配電設備市場，而在輸電和變電設備方面，傳統的電力製造廠商也在摩拳擦掌。比如GE、西門子和ABB都已經嘗試在電網 方面引入現代化的控制系統，以及智慧化的變電和儲能設備。他們的宣傳口號也幾近統一，就是告訴世人，智慧電網並非只是已經被炒熱的智慧計量表。

　　由於智慧電網所帶來的靈活電力使用機制，智慧電動汽車、智慧電器、智慧傢俱也在籌畫進入這一市場。開發和技術巨人們已經點燃了智慧電網市場，目標是贏 取電子設備的大訂單。已經處於劫難中的美國金融業也將智慧電網視為“救命稻草”。按照美國的一項統計，智慧電網及其相關能源技術已經獲得了超過一半的美國 風險投資。當然，此前已經積極參與到美國智慧電網建設的跨國公司嗅到了中國智慧電網中的商機。

表1：智能電網的好處

1、無線電表潛力大

　　電能表作為體現電力部門經濟效益的計量工具，需要其能正確反映供電與用電的情況。目前，一般的家用全電子式的電能表大多數採用專用晶片設計電量採集電路，只具有電能計量功能，難以實現分時計量、預付費、定時供電控制等功能。

　　微處理器晶片作為智慧化電能表的“心臟”，近幾年隨著應用範圍的不斷擴大，技術水平也在不斷提升，有力地促進了智慧抄表的應用。但伴隨著應用普及的 是，智慧抄表領域也出現了很多問題，引起業界的廣泛思考，比如行業“門檻現象”嚴重，應用方案水平參差不齊，多種載波、無線技術標準林立，“群雄混戰”現 象明顯。

　　內地有專家認為，無線通信技術在自動抄表系統及智慧電網中應用的優勢和前景是非常明朗的，但從現狀來看，目前我國電力線載波技術仍處於壟斷地位。近年 來，隨著技術的進步、科研工作者的不懈努力和應用層的不斷成熟，多數關鍵技術得以解決，路徑記憶與動態組網等技術不斷改進，加上電力系統天然的行業優勢， 近幾年電力線載波應用呈現不斷走高的態勢，設備市場也開始回暖。與傳統的RS-485相比，由於電力線載波無需重新佈線，節省成本且方便，受到用戶的普遍 歡迎，但隨著我國3G以及將來的4G等無線通信的應用，網路融合作為一種必然趨勢終將佔領傳統市場。無線抄表因其具有移動性、成本低等特性將會得到更好的 發展。目前大多數電錶企業都在不遺餘力地開發電力載波電能表，而對於無線集抄電錶，各企業大都作為技術儲備緊密跟蹤，實際下大力度投資的並不多。

2、廠商看好ZigBee

　　隨著無線抄表應用的發展，近年來以ZigBee（短距離、低功耗的無線通信技術）為代表的IEEE802.15.4技術越來越被行業所重視，包括飛思 卡爾（freescale）半導體在內的多家公司都曾公開表示，自動抄表（AMR）是最有前途的一種ZigBee應用。而通過穿透、安全性能的不斷改 善，ZigBee的應用前景越來越被看好，市場也正在不斷豐富其應用。而且值得欣喜的是，目前在國內大部分新裝的電錶及氣表都內置了無線抄表功能。

　　飛思卡爾半導體作為注重環境保護、提高能效技術以創造友好生存方式的企業，近年來在自動控制領域也不斷提供新的產品，例如8位元、16位和32位微控 制器，電容式近距離感測器，ZigBee/IEEE802.15.4收發器，數位信號控制器和嵌入式微處理器等，全力支援環保設計，幫助用戶不斷降低成 本，縮短產品的面市時間。由於ZigBee/IEEE802.15.4協議定義了每個節點的MAC （介質訪問控制）位址，因此可以關聯到固定的GPS（衛星定位）點，以確定電錶的位置。採用ZigBee協議的一個最大優勢是可以部署網狀網，擴大網路覆 蓋範圍，用路由器而非人力實施抄表。除此之外，在自動抄表領域，目前晶片企業的推動力度最大。德州儀器（TI）針對智慧家居領域推出了CC2530平臺， 廣泛應用於消費電子、照明和家庭自動化、攜帶型醫療設備以及工業應用抄表等領域。

“智慧”儀錶演進。（來源：freescale）

3、產品動態

（1）飛思卡爾

　　智慧電錶將是建立家庭和供電企業雙向溝通的第一步。飛思卡爾在智慧電錶方面是業界的領導者。09年5月底，飛思卡爾已在北京的2009中國表計大會上宣佈了一系列智慧電錶的參考設計。飛思卡爾提供低功耗和低成本的解決方案，用於單項和三相電錶度量。

　　該公司的產品包括帶LCD驅動器的MCU，以及用於電力調制解調器的數位信號控制器，集成ZigBee解決方案後可進行無線通訊，並有防篡改安全方面 的產品。一旦智慧電錶被採用，家庭局域網將幫助創建一個能源閘道來連接到家庭溫器（thermostate）、智慧電器和其他用電密集的設備。飛思卡爾正 在與領先的電器和掹溫器製造商合作，來增加可連接性，用以調節在電力高峰需求期電力分配。世界範圍內的國家開始實現智慧電網技術來提高能源效率和與可再生 能源的合作，這將減少我們的全球碳排放。

　　飛思卡爾的最新智慧計量平臺包括各種智慧計量技術，如經濟高效的電錶、基於電力線調制解調器（PLM）的自動抄表（AMR）以及基於ZigBee Smart Energy技術的無線AMR解決方案，將廣泛應用於包括電力能耗測量，煤氣、水和熱能的流量計，用戶介面以及家域網能量閘道等。智慧型儀器表能夠經濟地 測量能耗，根據需求即時定價，最大限度地降低高峰負載時的能耗，降低建設額外發電容量的需求。

表2：電力計量應用——飛思卡爾的解決方案

（2）德州儀器（TI）推出業界最完整低功耗RF解決方案

　　推出的2.4GHz射頻片上系統解決方案CC2530不僅支援 IEEE802.15.4標準，而且還支援包括ZigBee PRO網路、ZigBee RF4CE遠端控制、智慧能源、家庭與樓宇自動化、環境監控以及無線醫療等在內的一系列豐富應用。

　　CC2530集成了高性能RF收發器、8051MCU（微控制器）和 8kB RAM（隨機記憶體）。針對工業應用特點，CC2530提供四種靈活的功耗模式，可以根據應用環境實現有彈性的調整。同時， CC2530可以適應寬泛的溫度範圍，在-40℃~125℃之間可以穩定運行。與同類解決方案不同，CC2530可提供256kB的快閃記憶體，幫助客戶 開發多個網路協定，而且TI還為此提供了可免費下載的軟體與工具，以確保客戶能獲得進行全面系統開發所需的全部支援。

　　TI全面的實用計量產品系列包括面向電力、水和燃氣計量的器件，以及用於自動抄表（AMR）的電力線通信（PLC）和射頻（RF）介面，使客戶能夠設 計出“智慧抄表”解決方案。作為智慧解決方案的一部分，此前彼此獨立的系統（例如儀錶、家用溫度調節裝置和大型設備）能夠實現無線通信或通過現有電力線進 行通信，使消費者能夠進一步瞭解用電情況。瞭解更多智能抄表可滿足智能家庭的需求。從高度優化的專用嵌入式處理器到低功耗射頻、電源管理和RFID器 件，TI提供了最完整的智慧抄表解決方案集。

飛思卡爾智慧型儀器表方案：使用S08LG MCU的單相電錶，帶有外部模擬前端（AFE）。

（3）恩智浦（NXP）

　　智慧電錶作為簡易型家庭閘道，被用於多種公用設施自動抄表（AMR）和負荷管理。恩智浦公司有專門的負責智慧電錶應用的部門，提供全方位的解決方案， 可以滿足日益增長的需求。恩智浦在多年前就已經佈局智慧電錶領域，擁有電錶解決方案中所需的全部關鍵部件技術，這不是其他公司所能比的。

　　比如恩智浦為單相低成本電錶、高端集抄設備以及負控終端設備提供電錶晶片產品。除此之外，恩智浦還提供電錶所需即時時鐘、顯示驅動晶片、UART/I²C/SPI 介面晶片、智慧識別卡晶片、電源方案、邏輯晶片以及二極體/三極管等產品。恩智浦一直著重和多個生產智慧電錶的客戶共同進行技術研發和方案設計，為他們提 供最貼身的產品設計和技術支援，從LPC700、LPC900 一直到現在的LPC1100微控制器，恩智浦的每一代產品都會根據市場和客戶的需求進行改進。

　　恩智浦的智慧電錶方案，具有高性能、低功耗、防竊電等多種特點，並可以採用非接觸式讀卡技術和室內多計量表無線連接用ISM-band收發器以及多種 高性能標準晶片來整合不同的產品。針對智慧電錶系統中的三相（多功能）表、單相複費率/多功能表和多功能終端，恩智浦推出了採用ARM Cortex-M3內核的微控制器LPC1700系列。LPC1700系列為業界性能最高的Cortex-M3微控制器，它執行應用程式碼的速度比其他同 類競爭產品平均快35%。當LPC1700以較高時鐘速度運行時，優勢更加明顯。 LPC1700目前已通過EEMBC72、100和120MHz認證。速度和效能的提高主要歸功於該微控制器的智慧架構、靈活的直接存儲訪問（DMA）和 市場上最佳快閃記憶體的使用。 LPC1700系列在同時操作乙太網、USBOn-The-Go/Host/Device和CAN等高帶寬通信外設時，不會發生通信瓶頸。另外，針對智 慧電錶的無線抄表需求，恩智浦推出了基於LPC1768MCU的融合RFID的全新方案。

低功耗的MSP430適用于各種儀錶應用。