2012年12月04日14:31 来源：人民网-财经频道
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电力“计量器”正在不断进步
智能电表的功能大体可分为计测电力的“计量器”，和发送及接收所计测到的抄表值的“通信单元”。在通信单元方面，如前文所述，新技术在陆续登场。而作为仪表基本功能的计量器也踏踏实实地实现着技术进步（图A-1）。
图A-1 功能日益整合的智能电表芯片
为了减少部件个数以及节省空间，电路的集成化正在取得进展。（图：《日经电子》根据美国MaximIntegrated公司的资料制作而成）
例如，在早期的智能电表中，没有防止偷看及篡改抄表值的安全功能的产品不在少数。另外，计量电流及电压的模拟电路，与进行提高计量值精度的处理及电力计算等的仪表处理器是分开配备的，诸如此类，部件个数相当多。
然而，现在的大多数智能电表中都配备了进行安全处理以提高抗干扰性能的协处理器。并且，通过SoC等技术整合了计量用的模拟电路与仪表协处理器功能的仪表相当多。今后，这种功能整合有可能加速。例如，安全协处理器、对向供电企业仪表数据管理系统（MDMS）发送抄表值的电文协议进行处理的微控制器也将进行整合等。目前已有美国Maxim Integrated公司发布了这种整合SoC。
朝着利用IP的方向发展
在B路径方面，目前正在探讨在钢筋混凝土结构的高级公寓等电波难以到达的房屋中采用电力线通信。作为通信标准，以耐噪声性能较高等为由，与A路径同样，G3-PLC被看好。
另外，在B路径中，在近距离无线通信及电力线通信的物理层及MAC层之上，还将充分利用中间件与能源管理系统联动（图4）。虽然也有采用电力及燃气企业自行规定标准的中间件的例子，但近来也在讨论采用以IP开放性技术为基础的协议栈软件。这是因为，能源管理系统是由用户方面进行安装的，如果采用能源供给企业的自有标准，则有可能无法连接。
图4 B路径中采用的通信技术示例
智能电表的B路径中所采用的主要通信技术标示在OSI参照模型的各层中。
为了确保与多种能源管理系统之间的连接性，将有望在家庭局域网领域普及的“SEP（smart energy profile）”及“ECHONET Lite”等也应用于B路径的趋势正在加速。SEP是ZigBee标准化团体ZigBee Alliance主导制定的，ECHONETLite则是由日本ECHONET Consortium进行制定的、用于控制家电等设备的协议。ECHONET Lite对OSI参照模型的5层及6层进行了规定。关于SEP，将在后面进行叙述。
家庭局域网（HAN）
家庭局域网是通过在家庭内安装能源管理系统，在家庭内构筑起来的网络。以智能电表以及通过B路径连接的“家庭局域网控制器”为中心，家电、照明设备、空调设备、太阳能发电系统、蓄电池、燃料电池、电动汽车等可以连接在一起。虽然家庭局域网的传输媒体利用无线通信的方式被看好，但其传输标准却随着开发能源管理系统的家电企业的不同而各不相同。除了ZigBee、Wi-SUN、Bluetooth之外，还有利用无线LAN的方案，企业间激烈的标准之争目前正处于酣战状态。
在家庭局域网控制器控制各设备的应用层协议方面，也有好几个标准。在家庭用途方面，SEP、ECHONET Lite及“KNX”等被看好。其中，“SEP1.x”以北美为中心，在实用化方面取得了进展。SEP1.x是在ZigBee的软件栈上运行的应用层协议，被用于控制空调设备以及游泳池所用的马达等。不过，由于是ZigBee专用的，因此，可使用的物理层及MAC层仅限于IEEE802.15.4。
因此，目前正处在标准制定过程中的后续规格“SEP2.0”，作为在TCP或者UDP上运行的基于IPv6的应用层协议，已被投入实用，而且，物理层及MAC层没有进行限定（图5）。虽然不具备与SEP1.x之间的兼容性，但却可采用无线LAN及电线通信等IEEE802.15.4以外的多种传输标准。美国国家标准与技术研究院（NIST）将SEP2.0作为智能电网技术的标准予以采用，因此预计SEP2.0今后将会广泛普及。一位熟悉智能电表业界动向的专家说：“日本的空调设备企业以及拥有纯电动汽车的汽车企业，为了在全球拓展市场，似乎已在探讨使产品支持SEP2.0标准。”
图5 SEP的协议栈
SEP1.x在ZigBee的软件栈上运行，可使用的物理层及MAC层限定为IEEE802.15.4。而SEP2.0作为一种在TCP及UDP上运行的应用被投入实用，在物理层及MAC层中也可采用无线LAN及电线通信等通信方式。不过，1.x与2.0没有兼容性。（图：本刊根据ZigBee SIG日本公司的资料制作而成）
实现能源供需调节自动化
采用了智能电表之后，就可以之为枢纽，在电力、燃气供应企业的管理系统与用户的能源管理系统之间进行双向通信。关于利用这一通信网络，使需求响应（DR）实现自动化的“自动需求响应（ADR）”的研究，以美国为中心进行得非常活跃。在日本，以早稻田大学研究生院先进理工学研究科教授林康弘为中心，对日本电力系统进行自动需求响应的有效性进行验证的行动已经开始。
研究智能电网发展动向的InterTech Research公司董事长兼社长新谷隆之认为：“其中，美国劳伦斯伯克力国家实验室（Lawrence Berkeley NationalLaboratory）需求响应研究中心（Demand Response Research Center）开发的通信数据模型‘OpenADR’，已被美国国家标准与技术研究院采用为标准规格，因此其作为自动需求响应的有力技术受到了关注。”
通过利用OpenADR，采用了需求响应机制的企业的自动需求响应服务器，负责将XML中记述的需求响应信号发送给用户。需求响应信号将降低能源消费量的要求、能源价格信息以及能源系统可靠性之类的信息通知用户，如何应对这些信息则交由用户进行处理。例如，家庭局域网控制器通过智能电表接收到要求降低能源消费量的需求响应信号之后，控制器便制定总体的降低能耗计划，根据这一计划，按照SEP及ECHONET Lite等协议对连接在家庭局域网上的设备进行控制（图6）。
图6 自动需求响应（ADR）一例
图中表示了为了防范电力短缺以及电力系统变得不稳定，对各个家庭的用电量进行控制时的大概机制。家庭局域网控制器通过智能电表等接收需求响应信号，对家庭内的设备进行控制，由此抑制整体用电量。图为发送抑制需求信号时的例子。（图：本刊根据东京电力的资料制作而成）
虽然在美国及日本等部分地区，已开始进行采用OpenADR的实证实验，但这方面的研究尚未完成。例如，智能电表与家庭局域网控制器的职能分工就是其中之一。有人提出，当能源供应企业开始实施自动需求响应之后，从公平性角度而言，应保证所有的用户都能以某种方式加以利用。如果只能用家庭局域网控制器来控制设备，那么，没有家庭局域网控制器的用户便无法利用自动需求响应。因此，目前正在探讨在智能电表中嵌入部分控制设备的功能的方法。
然而也有人提出，应将家庭局域网内设备的控制全部交由家庭局域网控制器，而使智能电表的功能变得单纯。除此之外，还在探讨不使用A路径及B路径作为输送需求响应信号的路径，而是利用从另外的互联网直接输送需求响应信号的“C路径”。 （日经能源环境网 供稿）
