2012年12月04日14:31 來源：人民網-財經頻道
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電力“計量器”正在不斷進步
智能電表的功能大體可分為計測電力的“計量器”，和發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，新技術在陸續登場。而作為儀表基本功能的計量器也踏踏實實地實現著技術進步（圖A-1）。
圖A-1 功能日益整合的智能電表芯片
為了減少部件個數以及節省空間，電路的集成化正在取得進展。（圖：《日經電子》根據美國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品不在少數。另外，計量電流及電壓的模擬電路，與進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，部件個數相當多。
然而，現在的大多數智能電表中都配備了進行安全處理以提高抗干擾性能的協處理器。並且，通過SoC等技術整合了計量用的模擬電路與儀表協處理器功能的儀表相當多。今后，這種功能整合有可能加速。例如，安全協處理器、對向供電企業儀表數據管理系統（MDMS）發送抄表值的電文協議進行處理的微控制器也將進行整合等。目前已有美國Maxim Integrated公司發布了這種整合SoC。
朝著利用IP的方向發展
在B路徑方面，目前正在探討在鋼筋混凝土結構的高級公寓等電波難以到達的房屋中採用電力線通信。作為通信標准，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聯動（圖4）。雖然也有採用電力及燃氣企業自行規定標准的中間件的例子，但近來也在討論採用以IP開放性技術為基礎的協議棧軟件。這是因為，能源管理系統是由用戶方面進行安裝的，如果採用能源供給企業的自有標准，則有可能無法連接。
圖4 B路徑中採用的通信技術示例
智能電表的B路徑中所採用的主要通信技術標示在OSI參照模型的各層中。
為了確保與多種能源管理系統之間的連接性，將有望在家庭局域網領域普及的“SEP（smart energy profile）”及“ECHONET Lite”等也應用於B路徑的趨勢正在加速。SEP是ZigBee標准化團體ZigBee Alliance主導制定的，ECHONETLite則是由日本ECHONET Consortium進行制定的、用於控制家電等設備的協議。ECHONET Lite對OSI參照模型的5層及6層進行了規定。關於SEP，將在后面進行敘述。
家庭局域網（HAN）
家庭局域網是通過在家庭內安裝能源管理系統，在家庭內構筑起來的網絡。以智能電表以及通過B路徑連接的“家庭局域網控制器”為中心，家電、照明設備、空調設備、太陽能發電系統、蓄電池、燃料電池、電動汽車等可以連接在一起。雖然家庭局域網的傳輸媒體利用無線通信的方式被看好，但其傳輸標准卻隨著開發能源管理系統的家電企業的不同而各不相同。除了ZigBee、Wi-SUN、Bluetooth之外，還有利用無線LAN的方案，企業間激烈的標准之爭目前正處於酣戰狀態。
在家庭局域網控制器控制各設備的應用層協議方面，也有好幾個標准。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展。SEP1.x是在ZigBee的軟件棧上運行的應用層協議，被用於控制空調設備以及游泳池所用的馬達等。不過，由於是ZigBee專用的，因此，可使用的物理層及MAC層僅限於IEEE802.15.4。
因此，目前正處在標准制定過程中的后續規格“SEP2.0”，作為在TCP或者UDP上運行的基於IPv6的應用層協議，已被投入實用，而且，物理層及MAC層沒有進行限定（圖5）。雖然不具備與SEP1.x之間的兼容性，但卻可採用無線LAN及電線通信等IEEE802.15.4以外的多種傳輸標准。美國國家標准與技術研究院（NIST）將SEP2.0作為智能電網技術的標准予以採用，因此預計SEP2.0今后將會廣泛普及。一位熟悉智能電表業界動向的專家說：“日本的空調設備企業以及擁有純電動汽車的汽車企業，為了在全球拓展市場，似乎已在探討使產品支持SEP2.0標准。”
圖5 SEP的協議棧
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上運行的應用被投入實用，在物理層及MAC層中也可採用無線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ZigBee SIG日本公司的資料制作而成）
實現能源供需調節自動化
採用了智能電表之后，就可以之為樞紐，在電力、燃氣供應企業的管理系統與用戶的能源管理系統之間進行雙向通信。關於利用這一通信網絡，使需求響應（DR）實現自動化的“自動需求響應（ADR）”的研究，以美國為中心進行得非常活躍。在日本，以早稻田大學研究生院先進理工學研究科教授林康弘為中心，對日本電力系統進行自動需求響應的有效性進行驗証的行動已經開始。
研究智能電網發展動向的InterTech Research公司董事長兼社長新谷隆之認為：“其中，美國勞倫斯伯克力國家實驗室（Lawrence Berkeley NationalLaboratory）需求響應研究中心（Demand Response Research Center）開發的通信數據模型‘OpenADR’，已被美國國家標准與技術研究院採用為標准規格，因此其作為自動需求響應的有力技術受到了關注。”
通過利用OpenADR，採用了需求響應機制的企業的自動需求響應服務器，負責將XML中記述的需求響應信號發送給用戶。需求響應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可靠性之類的信息通知用戶，如何應對這些信息則交由用戶進行處理。例如，家庭局域網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信號之后，控制器便制定總體的降低能耗計劃，根據這一計劃，按照SEP及ECHONET Lite等協議對連接在家庭局域網上的設備進行控制（圖6）。
圖6 自動需求響應（ADR）一例
圖中表示了為了防范電力短缺以及電力系統變得不穩定，對各個家庭的用電量進行控制時的大概機制。家庭局域網控制器通過智能電表等接收需求響應信號，對家庭內的設備進行控制，由此抑制整體用電量。圖為發送抑制需求信號時的例子。（圖：本刊根據東京電力的資料制作而成）
雖然在美國及日本等部分地區，已開始進行採用OpenADR的實証實驗，但這方面的研究尚未完成。例如，智能電表與家庭局域網控制器的職能分工就是其中之一。有人提出，當能源供應企業開始實施自動需求響應之后，從公平性角度而言，應保証所有的用戶都能以某種方式加以利用。如果隻能用家庭局域網控制器來控制設備，那麼，沒有家庭局域網控制器的用戶便無法利用自動需求響應。因此，目前正在探討在智能電表中嵌入部分控制設備的功能的方法。
然而也有人提出，應將家庭局域網內設備的控制全部交由家庭局域網控制器，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信號的路徑，而是利用從另外的互聯網直接輸送需求響應信號的“C路徑”。 （日經能源環境網 供稿）
