相關(guān)內(nèi)容：

【智能儀表】（1）全球迅速普及，帶動眾多領(lǐng)域

【智能儀表】（2）五大功能已確定，新服務(wù)新技術(shù)蓄勢待發(fā)

【智能儀表】（3）需考慮兼容，兩種通信路徑漸成國際標(biāo)準(zhǔn)主流

電力“計量器”正在不斷進(jìn)步

智能電表的功能大體可分為計測電力的“計量器”，和發(fā)送及接收所計測到的抄表值的“通信單元”。在通信單元方面，如前文所述，新技術(shù)在陸續(xù)登場。而作為儀表基本功能的計量器也踏踏實實地實現(xiàn)著技術(shù)進(jìn)步（圖A-1）。

    圖A-1 功能日益整合的智能電表芯片

    為了減少部件個數(shù)以及節(jié)省空間，電路的集成化正在取得進(jìn)展。（圖：《日經(jīng)電子》根據(jù)美國MaximIntegrated公司的資料制作而成）

例如，在早期的智能電表中，沒有防止偷看及篡改抄表值的安全功能的產(chǎn)品不在少數(shù)。另外，計量電流及電壓的模擬電路，與進(jìn)行提高計量值精度的處理及電力計算等的儀表處理器是分開配備的，諸如此類，部件個數(shù)相當(dāng)多。

然而，現(xiàn)在的大多數(shù)智能電表中都配備了進(jìn)行安全處理以提高抗干擾性能的協(xié)處理器。并且，通過SoC等技術(shù)整合了計量用的模擬電路與儀表協(xié)處理器功能的儀表相當(dāng)多。今后，這種功能整合有可能加速。例如，安全協(xié)處理器、對向供電企業(yè)儀表數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（MDMS）發(fā)送抄表值的電文協(xié)議進(jìn)行處理的微控制器也將進(jìn)行整合等。目前已有美國Maxim Integrated公司發(fā)布了這種整合SoC。

朝著利用IP的方向發(fā)展

在B路徑方面，目前正在探討在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高級公寓等電波難以到達(dá)的房屋中采用電力線通信。作為通信標(biāo)準(zhǔn)，以耐噪聲性能較高等為由，與A路徑同樣，G3-PLC被看好。

另外，在B路徑中，在近距離無線通信及電力線通信的物理層及MAC層之上，還將充分利用中間件與能源管理系統(tǒng)聯(lián)動（圖4）。雖然也有采用電力及燃?xì)馄髽I(yè)自行規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的中間件的例子，但近來也在討論采用以IP開放性技術(shù)為基礎(chǔ)的協(xié)議棧軟件。這是因為，能源管理系統(tǒng)是由用戶方面進(jìn)行安裝的，如果采用能源供給企業(yè)的自有標(biāo)準(zhǔn)，則有可能無法連接。

    圖4 B路徑中采用的通信技術(shù)示例

    智能電表的B路徑中所采用的主要通信技術(shù)標(biāo)示在OSI參照模型的各層中。

為了確保與多種能源管理系統(tǒng)之間的連接性，將有望在家庭局域網(wǎng)領(lǐng)域普及的“SEP（smart energy profile）”及“ECHONET Lite”等也應(yīng)用于B路徑的趨勢正在加速。SEP是ZigBee標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體ZigBee Alliance主導(dǎo)制定的，ECHONETLite則是由日本ECHONET Consortium進(jìn)行制定的、用于控制家電等設(shè)備的協(xié)議。ECHONET Lite對OSI參照模型的5層及6層進(jìn)行了規(guī)定。關(guān)于SEP，將在后面進(jìn)行敘述。

家庭局域網(wǎng)（HAN）

家庭局域網(wǎng)是通過在家庭內(nèi)安裝能源管理系統(tǒng)，在家庭內(nèi)構(gòu)筑起來的網(wǎng)絡(luò)。以智能電表以及通過B路徑連接的“家庭局域網(wǎng)控制器”為中心，家電、照明設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、太陽能發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池、燃料電池、電動汽車等可以連接在一起。雖然家庭局域網(wǎng)的傳輸媒體利用無線通信的方式被看好，但其傳輸標(biāo)準(zhǔn)卻隨著開發(fā)能源管理系統(tǒng)的家電企業(yè)的不同而各不相同。除了ZigBee、Wi-SUN、Bluetooth之外，還有利用無線LAN的方案，企業(yè)間激烈的標(biāo)準(zhǔn)之爭目前正處于酣戰(zhàn)狀態(tài)。

在家庭局域網(wǎng)控制器控制各設(shè)備的應(yīng)用層協(xié)議方面，也有好幾個標(biāo)準(zhǔn)。在家庭用途方面，SEP、ECHONET Lite及“KNX”等被看好。其中，“SEP1.x”以北美為中心，在實用化方面取得了進(jìn)展。SEP1.x是在ZigBee的軟件棧上運行的應(yīng)用層協(xié)議，被用于控制空調(diào)設(shè)備以及游泳池所用的馬達(dá)等。不過，由于是ZigBee專用的，因此，可使用的物理層及MAC層僅限于IEEE802.15.4。

因此，目前正處在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中的后續(xù)規(guī)格“SEP2.0”，作為在TCP或者UDP上運行的基于IPv6的應(yīng)用層協(xié)議，已被投入實用，而且，物理層及MAC層沒有進(jìn)行限定（圖5）。雖然不具備與SEP1.x之間的兼容性，但卻可采用無線LAN及電線通信等IEEE802.15.4以外的多種傳輸標(biāo)準(zhǔn)。美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）將SEP2.0作為智能電網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)予以采用，因此預(yù)計SEP2.0今后將會廣泛普及。一位熟悉智能電表業(yè)界動向的專家說：“日本的空調(diào)設(shè)備企業(yè)以及擁有純電動汽車的汽車企業(yè)，為了在全球拓展市場，似乎已在探討使產(chǎn)品支持SEP2.0標(biāo)準(zhǔn)�！�

    圖5 SEP的協(xié)議棧

    SEP1.x在ZigBee的軟件棧上運行，可使用的物理層及MAC層限定為IEEE802.15.4。而SEP2.0作為一種在TCP及UDP上運行的應(yīng)用被投入實用，在物理層及MAC層中也可采用無線LAN及電線通信等通信方式。不過，1.x與2.0沒有兼容性。（圖：本刊根據(jù)ZigBee SIG日本公司的資料制作而成）

實現(xiàn)能源供需調(diào)節(jié)自動化

采用了智能電表之后，就可以之為樞紐，在電力、燃?xì)夤��?yīng)企業(yè)的管理系統(tǒng)與用戶的能源管理系統(tǒng)之間進(jìn)行雙向通信。關(guān)于利用這一通信網(wǎng)絡(luò)，使需求響應(yīng)（DR）實現(xiàn)自動化的“自動需求響應(yīng)（ADR）”的研究，以美國為中心進(jìn)行得非�；钴S。在日本，以早稻田大學(xué)研究生院先進(jìn)理工學(xué)研究科教授林康弘為中心，對日本電力系統(tǒng)進(jìn)行自動需求響應(yīng)的有效性進(jìn)行驗證的行動已經(jīng)開始。

研究智能電網(wǎng)發(fā)展動向的InterTech Research公司董事長兼社長新谷隆之認(rèn)為：“其中，美國勞倫斯伯克力國家實驗室（Lawrence Berkeley NationalLaboratory）需求響應(yīng)研究中心（Demand Response Research Center）開發(fā)的通信數(shù)據(jù)模型‘OpenADR’，已被美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院采用為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，因此其作為自動需求響應(yīng)的有力技術(shù)受到了關(guān)注�！�

通過利用OpenADR，采用了需求響應(yīng)機制的企業(yè)的自動需求響應(yīng)服務(wù)器，負(fù)責(zé)將XML中記述的需求響應(yīng)信號發(fā)送給用戶。需求響應(yīng)信號將降低能源消費量的要求、能源價格信息以及能源系統(tǒng)可靠性之類的信息通知用戶，如何應(yīng)對這些信息則交由用戶進(jìn)行處理。例如，家庭局域網(wǎng)控制器通過智能電表接收到要求降低能源消費量的需求響應(yīng)信號之后，控制器便制定總體的降低能耗計劃，根據(jù)這一計劃，按照SEP及ECHONET Lite等協(xié)議對連接在家庭局域網(wǎng)上的設(shè)備進(jìn)行控制（圖6）。

    圖6 自動需求響應(yīng)（ADR）一例

    圖中表示了為了防范電力短缺以及電力系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，對各個家庭的用電量進(jìn)行控制時的大概機制。家庭局域網(wǎng)控制器通過智能電表等接收需求響應(yīng)信號，對家庭內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行控制，由此抑制整體用電量。圖為發(fā)送抑制需求信號時的例子。（圖：本刊根據(jù)東京電力的資料制作而成）

雖然在美國及日本等部分地區(qū)，已開始進(jìn)行采用OpenADR的實證實驗，但這方面的研究尚未完成。例如，智能電表與家庭局域網(wǎng)控制器的職能分工就是其中之一。有人提出，當(dāng)能源供應(yīng)企業(yè)開始實施自動需求響應(yīng)之后，從公平性角度而言，應(yīng)保證所有的用戶都能以某種方式加以利用。如果只能用家庭局域網(wǎng)控制器來控制設(shè)備，那么，沒有家庭局域網(wǎng)控制器的用戶便無法利用自動需求響應(yīng)。因此，目前正在探討在智能電表中嵌入部分控制設(shè)備的功能的方法。

然而也有人提出，應(yīng)將家庭局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的控制全部交由家庭局域網(wǎng)控制器，而使智能電表的功能變得單純。除此之外，還在探討不使用A路徑及B路徑作為輸送需求響應(yīng)信號的路徑，而是利用從另外的互聯(lián)網(wǎng)直接輸送需求響應(yīng)信號的“C路徑”。 （日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）