智能電網(wǎng)有望改變游戲規(guī)則，但新游戲的規(guī)則仍在編寫中。迅速發(fā)展的智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施有望降低成本并支持各種創(chuàng)新的消費(fèi)，工業(yè)和嵌入式設(shè)備。

智能電網(wǎng)有望成為整個電子行業(yè)的游戲規(guī)則改變者，包括消費(fèi)者，工業(yè)和嵌入式所有類型的設(shè)備。創(chuàng)新是由價值驅(qū)動的，要么是因?yàn)樾庐a(chǎn)品降低了現(xiàn)有技術(shù)的成本，要么是因?yàn)樗峁┝擞脩粼敢庵Ц兜男鹿δ堋ｋm然消費(fèi)者是否愿意為新功能支付高價并不總是可以預(yù)測，但降低運(yùn)營成本的前景始終具有吸引力。

考慮照明自動化行業(yè)。十多年來，遠(yuǎn)程控制房屋中的每盞燈都已成為可能。高端系統(tǒng)提供每個消費(fèi)者都希望擁有的功能，而不是以最有能力或愿意支付的價格。 X10技術(shù)為照明自動化提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，但其不可靠性使得消費(fèi)者不感興趣。因此，家庭照明自動化市場經(jīng)歷了有限的增長。隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，首要關(guān)注的是通過智能監(jiān)控和管理功耗來實(shí)現(xiàn)顯著的成本節(jié)約。只需幾美元，設(shè)備就能夠準(zhǔn)確地測量功耗，并根據(jù)電源可用性和基于時間的定價層自行打開和關(guān)閉。然而，隨著智能電網(wǎng)的部署，它還將帶來一個基礎(chǔ)設(shè)施，可以輕松支持各種自動化功能。

智能電源管理的最佳選擇是消耗大量功率并且相當(dāng)?shù)脑O(shè)備自行決定何時使用。家庭和企業(yè)中的主要電力消費(fèi)者通常是HVAC（加熱通風(fēng)A/C）系統(tǒng)，其次是具有電動機(jī)和電源（例如洗衣機(jī)和干衣機(jī)）的電器。像冰箱和爐灶這樣的物品可能消耗電力，但在使用時不是隨意的，因此對它們的智能化需求則相關(guān)性較小。

推動采用智能電網(wǎng)技術(shù)的其他主要趨勢包括：

更有效地管理電網(wǎng)電力：

電力容量繼續(xù)超過功耗增長。建造新的電源是非常昂貴的，并且公用事業(yè)公司希望盡可能長時間地推遲。另一種方法是更好地管理峰值功率負(fù)載。這可以通過各種減載和需求響應(yīng)程序來實(shí)現(xiàn);例如，如果消費(fèi)者允許其公用事業(yè)公司在高峰使用時間內(nèi)控制其恒溫器，那么消費(fèi)者將獲得折扣或價格優(yōu)惠。

通過可見性為消費(fèi)者帶來能源意識：

對于大多數(shù)人來說，功耗是郵件中每月一次到達(dá)的單個號碼。當(dāng)人們不知道何時或如何使用電源時，很難嘗試對一個人的使用負(fù)責(zé)。通過提供對家庭和企業(yè)使用模式的實(shí)時可見性，消費(fèi)者可以主動分析并減少他們的消費(fèi)。

使設(shè)備能夠監(jiān)控其使用情況并支持遠(yuǎn)程管理：消費(fèi)者可以訪問能源信息，首先必須收集。雖然許多功率計現(xiàn)在跟蹤使用情況和時間，但他們只能看到總功耗（見圖1）。由于沒有跟蹤特定設(shè)備，消費(fèi)者無法判斷使用量是否來自冰箱，熱水浴缸，烘干機(jī)或空調(diào)設(shè)備。

圖1：由于沒有旋轉(zhuǎn)輪，智能電表可以跟蹤使用情況和時間。但是，它們僅限于測量總功耗，除非設(shè)備支持智能功率跟蹤和自我監(jiān)控。

在整個家庭內(nèi)外共享能源信息：當(dāng)用戶可以跟蹤整個家庭的用電量時，他們可以做出更明智的選擇（即，將使用時間轉(zhuǎn)移到較低價格等級的時候）。存在兩個主要障礙：如何在整個家庭中共享信息以及如何將這些信息傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)云上。

隨著電動汽車進(jìn)入電網(wǎng)管理不斷增加的負(fù)載：電動汽車需要大量的電源，大多數(shù)司機(jī)將在下班回家時將車插入。問題在于鄰域?qū)用娴膯栴}：在同一變壓器上同時充電的幾輛車的存在可能給公用事業(yè)公司帶來許多問題。當(dāng)使用率趨于最低時，充電負(fù)荷可以在整個晚上分散，而不是升級設(shè)備。

跟蹤和自我監(jiān)控

準(zhǔn)確跟蹤電力使用和模式需要在電器本身。計量IC降低設(shè)備電流以測量能耗并將此信息提供給設(shè)備的主處理器。計量設(shè)備的主要成本驅(qū)動因素之一是需要多少精度。對于某些設(shè)備，如智能電表本身，動態(tài)范圍會影響精度，因此需要更高分辨率的ADC。對于在明確定義的范圍內(nèi)運(yùn)行的系統(tǒng)，較低分辨率的ADC可能就足夠了。

自我監(jiān)控的一個好處是能夠?qū)υO(shè)備操作進(jìn)行分析。通過足夠的準(zhǔn)確性，設(shè)備可以識別出其性能下降并警告所有者需要進(jìn)行維修以避免系統(tǒng)故障。 Microchip，意法半導(dǎo)體和德州儀器等主要智能電網(wǎng)廠商提供各種計量IC，以支持其廣泛的智能電網(wǎng)組件產(chǎn)品。低端應(yīng)用的IC起價為1美元，高電流和高精度應(yīng)用的IC最高可達(dá)20美元。為提高效率，設(shè)備還需要支持需求響應(yīng)事件，并積極協(xié)助消費(fèi)者根據(jù)分層費(fèi)率做出使用選擇。傳統(tǒng)上，必須手動調(diào)整家用HVAC系統(tǒng)以反映定價層。當(dāng)恒溫器連接到智能電表時，可以下載實(shí)時匯率表并自動調(diào)整使用率。當(dāng)峰值需求高時，恒溫器可以調(diào)節(jié)到更高的溫度，甚至可以由公用事業(yè)公司直接關(guān)閉。注意，諸如冰箱，通信設(shè)備（電話，路由器，計算機(jī)），尤其是醫(yī)療設(shè)備之類的設(shè)備不能被任意關(guān)閉。只有以這種方式管理連接到智能電網(wǎng)的設(shè)備。

自我監(jiān)控還可以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的控制。智能恒溫器（見圖2）可以讓消費(fèi)者編制更復(fù)雜的時間表，甚至可以分析用電量，以確定當(dāng)前是否有人在房屋或建筑物中，而不是僅支持工作日或周末設(shè)置的控制以降低編程復(fù)雜性。

圖2：智能恒溫器可以對供暖和空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行智能管理，例如允許公用事業(yè)公司在高峰需求期間調(diào)整使用率。

設(shè)計師還需要考慮到某些設(shè)備需要的事實(shí)比簡單地關(guān)閉更優(yōu)雅地管理。例如，考慮作為需求響應(yīng)事件的一部分在周期中關(guān)閉的洗衣機(jī)。除非儀表還能告訴洗衣機(jī)重新打開，否則衣服將在水中放置數(shù)小時。優(yōu)選地，墊圈可以在關(guān)閉之前排出。洗衣機(jī)還應(yīng)該有一個漂白指示器，以便洗衣機(jī)可以拒絕關(guān)閉，以防止衣服在消費(fèi)者返回家中的幾個小時內(nèi)被破壞?；蛘?，人可能正在為重要會議清潔襯衫并且需要能夠覆蓋需求響應(yīng)機(jī)制。這些是制造商需要預(yù)測的各種問題。

連接

實(shí)時跟蹤電力使用的一部分理念是提高消費(fèi)者的消費(fèi)意識，無論是按金額還是按時間。當(dāng)前的計費(fèi)系統(tǒng)每月一次為消費(fèi)者提供一個消費(fèi)號碼，使得即使在沒有充電時也難以識別即使是立體聲留下的簡單低效率或者使用電力的寄生墻式充電器。實(shí)時跟蹤允許消費(fèi)者通過剖析家中主要電力設(shè)備的使用情況來發(fā)現(xiàn)這種能量消耗。如果未計入使用的總數(shù) - 即房屋中的所有其他電器和電子設(shè)備 - 很高，這將通過改變使用習(xí)慣提醒消費(fèi)者潛在的改進(jìn)區(qū)域。

提供遠(yuǎn)程訪問和其他自動化功能，家電需要有一個到家庭網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的鏈接。作為家庭網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的候選人包括智能電表，單獨(dú)購買的能源監(jiān)控器或恒溫器（因?yàn)樗堰B接到家中最大的耗電設(shè)備）。

家庭網(wǎng)絡(luò)需要連接技術(shù)價格低廉，易于使用，可擴(kuò)展且節(jié)能。最常見的智能電網(wǎng)應(yīng)用包括：

ZigBee：ZigBee將自己定位為事實(shí)上的智能電表標(biāo)準(zhǔn)，聲稱其存在于絕大多數(shù)部署的智能電表中。 ZigBee提供智能能源和家庭自動化配置文件，定義設(shè)備如何與儀表相互通信（參見圖3），簡化了與家庭網(wǎng)絡(luò)的集成。

圖3：ZigBee的智能能源配置文件提供了一種通過智能電表連接家庭設(shè)備的有效方式，并允許公用事業(yè)公司整合能源數(shù)據(jù)。

Wi-Fi：作為無線技術(shù)，Wi -Fi具有巨大的安裝基礎(chǔ)，在大多數(shù)家庭中隨時可用作互聯(lián)網(wǎng)連接，并且對消費(fèi)者來說是熟悉的。連接到支持Wi-Fi的設(shè)備與配置無線打印機(jī)一樣復(fù)雜。然而，在某些圈子中，這被認(rèn)為太復(fù)雜，并且需要一種不需要配置的技術(shù)。

電力線通信（PLC）：PLC為設(shè)備提供有線連接。由于它通過電力線運(yùn)行，所有主要設(shè)備都已連接到智能電表。

專有：專有無線連接往往支持自動配置，并且風(fēng)險較低，無法推向市場。但是，它們需要更多硬件，成本高于標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，并且往往具有有限的可擴(kuò)展性。從技術(shù)角度來看，沒有明顯的獲勝技術(shù)。今天的許多芯片供應(yīng)商都提供各種現(xiàn)成的連接接口?？梢允褂盟斜匦璧能浖布凸δ埽ɡ缂用埽?。這些供應(yīng)商不支持一種標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈冧N售其中幾種。根據(jù)協(xié)議的不同，開發(fā)人員甚至可以在接口之間進(jìn)行遷移，只需對系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)這使得制造商可以根據(jù)最終產(chǎn)品可以容忍的成本和復(fù)雜性來支持不同的連接選項(xiàng)。

所有這些技術(shù)很可能在同一家庭或企業(yè)中用于連接各種設(shè)備。 ZigBee似乎在集成到許多智能電表架構(gòu)中具有明顯的領(lǐng)先優(yōu)勢。然而，有人擔(dān)心可能存在距離儀表或其他ZigBee節(jié)點(diǎn)太遠(yuǎn)的設(shè)備以實(shí)現(xiàn)可靠的連接。相反，PLC保證連接。一種可能的情況是在儀表中安裝ZigBee和PLC PHY。然而，對電表制造商而言，接入電表對于電器制造商來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。這是因?yàn)槊總€國家/地區(qū)使用的實(shí)施種類繁多。公用事業(yè)公司使用不同類型的儀表，并需要一組不同的API來連接它們。此外，許多公用事業(yè)公司還沒有激活和打開他們的通信鏈路供設(shè)備使用，從而阻止了儀表被用作能源網(wǎng)關(guān)。雖然可以使用獨(dú)立的能源網(wǎng)關(guān)，但它們也支持各種協(xié)議。從這個角度來看，制造商將智能電網(wǎng)技術(shù)整合到他們的設(shè)備中的謹(jǐn)慎是可以理解的，因?yàn)槟繕?biāo)還沒有明確的目標(biāo)。大多數(shù)設(shè)備的使用壽命都很長，而提供死端實(shí)施可能會損害品牌無論使用何種技術(shù)，當(dāng)連接中斷時，設(shè)備都需要能夠運(yùn)行。理想情況下，設(shè)備會自行跟蹤時間，并能夠調(diào)出最后收到的能源費(fèi)率配置文件。他們還可能能夠預(yù)測需求響應(yīng)事件，以在潛在的昂貴時段期間警告用戶。這些都是重要的考慮因素，因?yàn)樵O(shè)備制造商將負(fù)責(zé)能源管理系統(tǒng)的穩(wěn)健性。

整合

公用事業(yè)和制造商的主要設(shè)計考慮因素之一是管理和整合能源流信息。從每月一個數(shù)據(jù)點(diǎn)移動到每半小時幾個數(shù)據(jù)點(diǎn)代表了大量要收集和關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。隨著越來越多的設(shè)備采用顯示器，他們將能夠提供自己消費(fèi)的會計。然而，能量跟蹤的大部分價值來自于能夠從中心點(diǎn)協(xié)調(diào)家庭或企業(yè)中的所有設(shè)備。雖然恒溫器，智能電表或中央能量監(jiān)控器可以作為連接設(shè)備的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，但這些設(shè)備可能具有有限的顯示功能，無法有效傳達(dá)家中所有設(shè)備的信息。

一種方法是支持訪問可通過無線鏈接提供完整配置和UI功能的PC或智能手機(jī)。理想情況下，消費(fèi)者希望遠(yuǎn)程訪問能源信息，要求將信息傳遞到互聯(lián)網(wǎng)云。但是，這種方法要求在后端服務(wù)器上收集信息。支持這樣的服務(wù)器可能會給設(shè)備設(shè)計帶來額外的復(fù)雜性和費(fèi)用。此外，為了對消費(fèi)者最有用，整個家庭的能源信息需要整合到一個管理平臺上，這樣消費(fèi)者就不必手動跟蹤單個設(shè)備。鞏固節(jié)能也有可能提高消費(fèi)者對節(jié)能的響應(yīng)能力。例如，一臺烘干機(jī)說每月節(jié)省5美元可能不會給消費(fèi)者留下深刻的印象，因?yàn)榭吹秸麄€家庭節(jié)省的費(fèi)用是每月40美元。

一些公用事業(yè)和能源監(jiān)控公司選擇使用Google Power Meter作為投資的替代方案在建立自己的能源管理平臺。 Google Power Meter可直接通過其公用事業(yè)公司或通過可單獨(dú)購買的網(wǎng)關(guān)設(shè)備為消費(fèi)者和企業(yè)提供支持。作為一個標(biāo)準(zhǔn)化平臺，Google Power Meter可以通過提供基于智能能源設(shè)計的通用且易于使用的API來促進(jìn)向消費(fèi)者能源意識的更順利過渡。它還消除了公用事業(yè)或電器公司開發(fā)自己的專有管理平臺的需要。

跟蹤數(shù)據(jù)的能力引發(fā)了許多問題：能源數(shù)據(jù)可用于確定人們在他們的房屋中做什么（隱私）以及他們目前是否在家（安全）。尚未解決的一個更棘手的問題是誰在收集能源消耗數(shù)據(jù)后擁有這些數(shù)據(jù)。在家中，儀表或能量監(jiān)視器可以使用標(biāo)準(zhǔn)安全協(xié)議和證書來保護(hù)家庭網(wǎng)絡(luò)通信。網(wǎng)關(guān)和后端管理平臺之間需要采用類似的機(jī)制。為了支持安全性，設(shè)備還需要一種簡單直觀的方式與能源網(wǎng)關(guān)配對。配對可以通過使用在設(shè)備上輸入的網(wǎng)關(guān)提供的PIN來完成。

智能電網(wǎng)技術(shù)仍處于早期階段。幸運(yùn)的是，實(shí)施智能能源管理所需的基礎(chǔ)技術(shù)本身已經(jīng)成熟并且已經(jīng)在市場上得到證實(shí)。制造商面臨的挑戰(zhàn)在于確定要集成哪些技術(shù)以及何時發(fā)布它們。已有產(chǎn)品進(jìn)入市場以支持能源意識，隨著家電制造商繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)和測試，更多應(yīng)添加到商店樓層。智能能源管理的優(yōu)勢如此之高，尤其是具有增強(qiáng)自動化能力的承諾，不久之后，如何連接設(shè)備的細(xì)節(jié)就清晰了。