介紹
物聯網將為我們帶來更加智能的電網，讓所有電力基礎設施之間實現更多的信息共享和網絡接入，為千家萬戶帶來便利。通過物聯網，消費者、設備製造商和電力部門可以找到許多新的方式來管理設備，最終達到節省資源的目的，並可以使用智能電表、家庭網關、智能插座和網絡電器來節省電費。
本白皮書向您介紹了全球廣泛使用的各種智能電網網絡接入方式。例如，TI 正在開發結合硬件（模擬和數字）和軟件的完整係統解決方案，以克服構建更智能、更互聯的智能電網的一些挑戰。
讓電網基礎設施、電表、家庭和樓宇通過網絡緊密相連
思科2011年的報告指出，到2020年，物聯網（IoT）的連接設備數量預計將達到500億個，它們將為消費者、設備製造商和電力部門提供寶貴的信息資源。在物聯網中，各行各業的設備將通過互聯網和點對點連接以及一些封閉網絡（例如智能電網基礎設施使用的網絡）相互連接。
隨著全世界的注意力集中在如何管理和節約能源和水上，物聯網也將把智能電網的優勢延伸到電力部門的配電、自動化和用電監控。家庭和企業的管理係統可幫助消費者監控其用電量，然後根據需求調整使用行為。這些係統可以通過在低峰時段使用電器並連接傳感器來監控房間使用情況、照明條件等來自動調節用電量。但所有這一切都需要一個更智能、更互聯的電網。
改造電網以應對當今的挑戰
簡而言之，建設智能電網意味著在全球人口快速增長的情況下，利用有限的發電能力來確保我們未來的能源供應。智能電網可以減少損耗、提高效率、優化能源需求的分配，並實現大規模利用太陽能和風能等可再生能源。隨著電力基礎設施老化，電網麵臨嚴峻挑戰，包括：全球主要工業城市頻繁停電；在印度等國家，超過30%的電力在傳輸過程中損失；在法國和澳大利亞，超過35%的飲用水被浪費。
我們需要調整和改變電網拓撲結構，從集中式拓撲結構轉變為能夠動態吸收各種能源的分布式拓撲結構。還需要跟蹤實時能源消耗和能源供應需求：使用更多的遙感設備來測量、監控和傳輸能源數據，以實現電網的自我修複，提高整體效率，並提高自我監測和水平決策。網絡智能電網可以構建通信網絡，連接未來所有各種能源相關設備。 TI 正在克服全球智能電網麵臨的許多挑戰，包括構建連接電網設備的係統解決方案，從輸電和配電基礎設施到電表、水表、燃氣表和熱量表，再到家庭樓宇自動化。
實現物聯網智能電網的關鍵第一步是智能電表的大規模部署。
數以百萬計的智能電表已經連接到互聯網
在世界各地，電表處於智能電表部署的最前沿。例如，美國智能電表（e-meter）的使用率接近50%，目前有數百萬電表連接到電網並定期傳輸數據。從本質上講，這些儀表正在將其功能從能源測量設備擴展到雙向通信係統，如圖1 所示。
圖1 TI支持多種網絡接入方案的智能電表
現代智能電表必須滿足一定的標準才能在智能電網的發展中發揮重要作用。首先，電表需要向電力部門報告家庭和建築物的用電信息。在美國，相應的解決方案是低功耗射頻（LPRF）通信，它使用Sub-1GHz網狀網絡。然而，根據國家和電網的性質，無線解決方案不一定是最佳選擇。例如，西班牙或法國使用有線窄帶OFDM 有線通信(PLC) 技術。不存在單一的通用網絡接入解決方案。實施物聯網的要求更廣泛，從有線到無線，有時甚至是兩者的結合。
其次，電表需要通過家庭顯示器或網關向家庭提供有用的用電量信息。這些信息使消費者能夠調整他們的用電行為並減少能源費用。在美國，使用IEEE 802.15.4 2.4 GHz ZigBee 標準，並結合“智能能源”應用規範。英國或日本等其他國家正在評估低於1 GHz 的RF 或PLC 解決方案以實現更大的覆蓋範圍，或混合使用RF 和PLC。因此，從本質上講，電表正在成為智能傳感器，可以在室內和室外傳輸信息，使用網狀網絡相互連接，並向公用事業公司報告基本用電數據。
對於電表製造商來說，轉向智能電表對電表拓撲產生了巨大影響，如圖1 所示。在進行用電量測量的計量部分之上，現在集成了一些無線電或PLC 解決方案。有時，還具有預付費和近場通信(NFC) 功能。對主機微控製器(MCU) 的需求正在發生變化，要求它們具有更大的內存、更簡單的網絡和安全的通信協議。此外，智能電表的MCU還需要支持許多高級功能，例如：動態定價/需求響應、遠程連接和斷開、網絡安全、無線下載和安裝後升級功能，這樣電力部門就不需要派技術人員對每一個電表進行檢查。
TI 提高了其現場測試計量評估套件的可用性，並擴展了其計量IC 產品線，提供了更大的內存、安全性和準確性。例如，作為其MCU 產品組合的一部分，TI 的新型多相電表工具套件基於MSP43
