2019年8月9日，英国发生自2003年“伦敦大停电”以来规模最大、影响人口最多的停电事故，包括伦敦在内的英国部分重要城市出现地铁与城际火车停运、道路交通信号中断、部分医院由于备用电源不足无法进行医疗服务等现象，约有100万人受到影响。作为世界繁华的大都市之一，伦敦的停电事故让世人看到国际大都市背后不堪重负的电力系统，比如电网联网后不能统一调度、部分电力设备严重老化、电网维护力量薄弱等等。电力系统需要迎来新一波的技术革命。
泛在电力物联网作为新兴的电网自动化系统，正逐步助力实现传统电网向能源互联网的升级。“在此过程中，业界需要不断地寻找并应用新方法、新技术来支撑泛在电力物联网配电系统的安全、可靠、优质、高效运行，如何将物联网技术通过ADI芯片与整个配电系统结合起来，是我们一直在致力解决的问题。”在近日举办的第十届配电技术应用论坛上，高性能模拟技术提供商ADI亚德诺半导体产品经理张松刚这样表示。
ADI产品经理张松刚主题演讲《ADI智能传感技术助力泛在电力物联网》
探索全面智能感知，推进泛在电力物联网部署
作为一项集大数据与云计算、边缘计算技术、数据传输、人工智能、移动互联控制技术、现代化设备及管理技术等于一体的综合信息管理系统，泛在电力物联网通常也被称为电网自动化系统，是通过实时连接能源生产、传输、消费各环节设备、客户、数据，全面承载电网运营、企业运营、客户服务、新型业态等全业务的新一代信息通信系统，具有终端泛在接入、平台开放共享、计算云雾协同、数据驱动业务、应用随需定制等特征，与智能电网深度融合，共同构成能源互联网。配电物联网是泛在电力物联网在配电领域的落地实践，智能感知则是配电物联网的基础支撑。
据我国国家电网有限公司统计，目前国网系统接入的终端设备超过5亿只（其中4.7亿只电表，各类保护、采集、控制设备几千万台），预计在泛在电力物联网初步建成后，接入设备数量将达到20亿。“从物联网的角度来看，整个泛在电力物联网系统涉及到的现实世界数据采集，对各类传感器的需求巨大，可以说是宇宙级的。”张松刚提到。
配电物联网的建设将改善目前感知终端存在感知部件覆盖不足、快速响应能力低、取能技术尚待突破等问题，高可靠性、小型化低功耗、集成化、无源化与高安全性则是智能感知技术的未来发展方向。怎么做好电气状态的监测以及配电环境的监测？致力于为客户提供在感知、测量、通信、网络安全和边缘计算等各个环节产品和解决方案的ADI，正在与该公司客户一起探索更快部署泛在电力物联网的途径。”
ADI理解泛在电力物联网对智能感知的需求
加强状态监测与环境监测，确保配电设备安全
“在大家比较熟悉的输电环节，例如导线浮冰、地质灾害等监测非常重要，基于MEMS加速计、惯导单元以及温度传感等，把这些系统结合在一起，完全可以实现输电线的安全监测。” 张松刚指出。MEMS技术发展早在上个世纪70年代就开始了，而ADI是最早介入该领域的公司之一，目前ADI聚焦于MEMS的惯导技术在各个行业的应用，以超低噪声、超低功耗以及高温性能实现各种更加鲁棒性的应用场景。
ADI高性能MEMS传感器应对更加鲁棒性的应用场景
以ADXL1001和ADXL1002两款专门针对工业条件监测应用而设计的MEMS加速度计举例，它们能够在具有两个满度范围选项的拓展频率范围内提供超低的噪声密度，以及承受高达10,000g的外部冲击，所以目前市面上旋转机械中发生的主要故障（如套筒轴承损坏、对准误差、不平衡、摩擦、松动、传动装置故障、轴承磨损和空化）都在ADXL100x系列状态监控加速度计的测量范围以内。除此之外，ADXL1001和ADXL1002还拥有集成的全静电自检功能和超范围指示器，可以提供先进的系统级功能并可用于嵌入式应用。在功耗方面，凭借3.3V至5.25V 的单电源供电，ADXL1001/ADXL1002 还允许进行无线传感产品设计。“此外，ADI将MEMS、陀螺仪和加速度计结合的惯导单元，可以直接实现惯性的导航应用在很多电力领域中，例如与低噪声多轴加速度计结合，可以进行电线舞动和浮垂的监测，也可以由惯导单元实现巡监机器人故障定位等等。”张松刚强调道。
除了状态监测，ADI还有一系列针对环境感知的传感技术，包括温度、气体、光学与声学等，可用在现场环境监视以及配电柜监测等。其中的代表产品是能够实现±0.25°C高精度的数字温度传感器ADT7320，支持SPI接口或者I2C接口，分辨率可达16位，精度非常高。同时芯片内部有过温、欠温的中断，并有省电模式可供选择使用。而集成光学模块ADPD188B则可完成烟雾的测量，分析气体中的颗粒度从而避免误报，为各类电气设备的消防安全监测提供保障。此外，近年来发展较快的磁阻技术、ToF及红热等环境传感技术上，ADI同样拥有成熟的产品，能更好满足未来泛在电力物联网关键应用中的传感技术需求。
张松刚还特别提到ADI推出的mSure自检测技术，可以对电表精度和故障状况进行直接的实时非侵入监控，支持mSure的电表结合云分析服务，为电力公司提供电表寿命期内的精度实时数据和可行性分析、电表故障和先进的窃电检测。
泛在电力物联网能量收集技术及无线组网架构的全新探讨
随着泛在电力物联网的进一步部署，电力行业积累了海量数据，在数据量、多样性、速度和价值方面具有大数据的特征。增强对海量数据资源的价值挖掘能力，首先要解决的是供电问题。采用电力线供电成本昂贵，且随着无线传感网络器件节点的增多，铺设太多的线路也变得不切实际。低功耗能量采集技术可以将微弱的环境能量采集起来，并能高效转换成电能，以给电子设备供电。“ADI提供了多种能量收集应用的超低功率IC，例如对光伏能源(太阳能) 进行转换的ADP5091，对振动能源(压电)进行转换的LTC3588，对热能源(TEC、TEG、热电堆、热电偶) 进行转换的LTC3107等电源管理产品，可提供高效率转换至稳定电压，使微功耗的能源收集成为可能。”张松刚表示。
ADI广泛的微功耗能量收集技术
此外，无线组网技术作为设备通信的大趋势，据预测到2020年将有超过300亿的设备具有和其他设备的无线通信能力，而这其中数目比例最大的就是低功耗无线局域网设备，特别是物联网应用中的各类无线收发。据张松刚介绍，目前无线组网技术也用在了泛在电力物联网领域，例如高压电力线的线缆测温、舞动监测，变电站环境下的传感器网或者短距离的自组网信号传递等。
对此，ADI推出了SmartMesh IP网络，由高度可扩展的自成形多跃点无线节点网格和网络管理器构成，最大的特点是在2.4GHz ISM频段上实现了达到99.999%的高可靠性Mesh网络，并且功耗极低（一节纽扣电池可以用10年）。每个无线节点都可以发送和接收消息（支持双向数据），也可以有不同的数据报告速率。网络管理器会自动协调各个成对通信以便高效地路由流量，并相应地对流量进行负载平衡以便将时间延长至网络的第一次电池更换。因此，这种无线组网技术非常适合于对网路传输可靠性要求很高且希望免维护使用的工业应用场合，尤其适合泛在电力物联网部署。同时，ADI在超级电容、后备电源管理等应用也有相应方案。
ADI无线组网解决方案针对工业应用的典型场景
此外，配电自动化系统不断更新换代，更具智能的电子设备被用以监控电能质量并快速隔离任何会影响电网整体运行的故障。智能终端，如DTU/FTU/TTU等，正在迅速发展并改变着电网架构。据张松刚介绍，国家电网于2018年秋季提出智能配送终端的新标准，强调采用平台化硬件设计和分布式边缘计算架构，以软件定义方式支撑业务功能实现及灵活扩展。“ADE9078作为一款高度精确的完全集成式电能计量器件，通过与电流变压器(CT)和罗氏线圈传感器接口，支持用户开发三相计量平台，可实现1类至0.2类电表的高性能，已经用在国网新的配电变压器监测终端产品中，并正被考虑用在智能分路监测终端和智能故障传感器中，在未来的智能断路器及智能插座中也都同样可以考虑使用。”张松刚透露。
配电物联网感知新需求及ADI完整的信号链解决方案
本文总结
全球正发生一场前所未有的能源革命和数字革命，建设泛在电力物联网绝不是一股热潮，而是一场深刻意义的革新，将实现传统电网向能源互联网的智能化升级，需要更强大的科技创新力量支撑。“在监控设备以及输配电系统的安装与升级上，ADI通过提供完整的产品与信号链解决方案，搭建了连接现实世界与数字世界的桥梁，将充分挖掘泛在电力物联网的智能监控能力、技术支撑能力和价值体现能力，全面助推我国泛在电力物联网创新模式及生态产业建设，帮助整个中国电力行业做出更好、更先进的产品。”张松刚强调道。
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