芯象半導體推出智能微電網本地通信架構

產業(yè)價值

智能微電網是指由分布式電源、用電負荷、配電設施、監(jiān)控和保護裝置等組成的小型發(fā)配用電系統(tǒng)，具備完整的發(fā)輸配用全鏈路功能，可實現自我控制、自主保護與協(xié)同管理，是典型的自治型電力系統(tǒng)。它既可以與外部電網并網運行，也可以孤立運行，是智能電網的重要組成部分。隨著電力行業(yè)“十五五”規(guī)劃的落地，智能微電網成為新型電力系統(tǒng)的關鍵組成部分。據行業(yè)預測，未來五年我國智能微電網市場規(guī)模將保持高速增長，應用場景將從傳統(tǒng)工業(yè)廠區(qū)、產業(yè)園區(qū)、逐步向鄉(xiāng)村振興、新型電力系統(tǒng)、家用能源體系建設等多領域延伸，在提升供電可靠性、助力”雙碳”目標實現等方面展現出廣闊的產業(yè)價值。

圖：智能微電網結構示意

核心挑戰(zhàn)

智能微電網要實現完美的自治運行與故障自愈能力需依托新型高可靠、低時延的本地通信技術提供底層支撐。從通信技術視角分析，其面臨的核心技術挑戰(zhàn)體現在以下四個維度：

1. 終端節(jié)點規(guī)模龐大：一個工商業(yè)智能微電網系統(tǒng)涵蓋計量類（智能電表）、開關類（斷路器）、量測類（智能量測終端）、發(fā)電類（光伏逆變器、充電樁）、儲能類（儲能變流器）及能源路由器等核心設備；若要實現精細化管控，還需接入環(huán)境傳感器、故障傳感器、智能照明系統(tǒng)、空調暖通系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等海量感知與控制終端。

2. 控制與調度需滿足毫秒級響應：交流電力系統(tǒng)工頻周期為20ms，若要實現電源無縫切換、高頻次電力場景態(tài)勢采集、故障快速定位與實時調度，本地通信系統(tǒng)必須具備毫秒級響應能力。同時智能微電網包含眾多子系統(tǒng)，通信系統(tǒng)需支持多子系統(tǒng)并發(fā)運行的實時響應。典型場景下，由于天氣原因導致光伏組件功率驟降時，需在毫秒級內完成儲能充放電指令與大電網補能調度的協(xié)同傳輸，以維持微電網電壓與頻率穩(wěn)定，而這一過程的毫秒級響應能力，是保障系統(tǒng)性能與效率最大化的關鍵。

3、需實現交直流系統(tǒng)互聯(lián)互通：完整的智能微電網系統(tǒng)涵蓋強電交流系統(tǒng)（如國網、南網供電設施及傳統(tǒng)交流用電器）、高壓直流系統(tǒng)（如光伏系統(tǒng)、電動車供電系統(tǒng)）、弱電直流系統(tǒng)（如樓宇自控系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)），因此本地通信系統(tǒng)需支持跨電源域的統(tǒng)一控制與調度。

4. 終端傳感設備低功耗需求嚴苛：系統(tǒng)內部署有大量傳感設備，此類設備具備便攜化、隨裝化部署特性，且需滿足高頻次的信息采集需求，因此本地通信系統(tǒng)需具備超低功耗特性，同時支持設備深度休眠與自主喚醒功能。

圖：智能微電網多電源域互通

系統(tǒng)優(yōu)勢

芯象半導體依托多年通信領域的深度技術積累，推出基于“分層網絡”的智能微電網本地通信架構，真正實現”網隨電通、實時通信、可靠連接”的特性。該系統(tǒng)具備的技術優(yōu)勢為：

1. 大容量接入能力：支持單一項目十萬量級設備同時在線，全系統(tǒng)100%連通率；

2. 實時并發(fā)交互能力：支持系統(tǒng)內多場景、多子網（數百量級）并發(fā)運行，場景內毫秒級實時通信；

3. 超低功耗待機能力：支持無線傳感設備全場景靈活部署，設備待機功耗低至微安級，單顆紐扣電池即可實現數年待機；

4. 跨域連通能力：采用 PLC融合無線通信系統(tǒng)（SubG、2.4G），可實現多電源域互聯(lián)互通、跨回路通信、跨相線通信。

系統(tǒng)架構

該系統(tǒng)具備三層網絡架構，支持全系統(tǒng)應用，也可根據客戶項目實際特點，進行局部系統(tǒng)裁剪與個性化適配，各層網絡特性如下：

1.第一層網絡（主干層）支持2048節(jié)點自組網，采用HPLC-HRF雙模通信架構，支持SubG頻段無線連接以及多達15級中繼組網能力，可以滿足大型園區(qū)級網絡覆蓋，通信直達樓宇內部。支持的設備終端包括智能表計、智能斷路器、充電樁、儲能與光伏逆變器等。本層重點解決大范圍網絡覆蓋、大容量終端接入、信息采集與雙向通信的可靠性問題，響應時間為百毫秒級。借助第一層網絡，中央協(xié)調器可以實現對微電網系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮，優(yōu)化微電網的運行效率，同時實現多分布式電源、儲能系統(tǒng)的協(xié)同控制。

2.第二層網絡（物聯(lián)層）可以作為多個子網絡掛載在第一級網絡任意節(jié)點下。支持子網絡內部毫秒級實時通信。子網絡內部節(jié)點采用PLC-IoT超短幀結構搭載2.4G無線通信能力組成雙模通信系統(tǒng)。同時基于正交碼實現多子網物理層隔離，可支持數百個子網并行穩(wěn)定工作。第二層網絡適用于建筑物房間內部覆蓋，以及具備人機交互的場景，可提供高流暢的實時操控體驗，如大型酒店多房間并發(fā)操控場景。支持的終端設備包括分布式光伏組件級管理系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、水暖系統(tǒng)、音響與氛圍系統(tǒng)等。第二層網絡重點解決通信的實時性需求，實現多網絡無擾并存以及良好的人機交互體驗。

3.第三層網絡（傳感層）可以作為智能微電網的邊緣神經層，可以通過第二層網絡任意節(jié)點接入系統(tǒng)。該層網絡節(jié)點具備低功耗無線連特特性，支持無源傳感設備，如溫濕度傳感器、光線傳感器、人體紅外傳感器、無線煙感等設備，同時支持照明系統(tǒng)的隨意貼面板部署，實現一顆紐扣電池長達數年的待機能力。第三層網絡重點解決的是邊緣設備低功耗運行的問題，實現設備安裝、配置、運維的便捷性。

基于以上本地三層網絡架構，云端的微電網控制中心可以高效的完成全局優(yōu)化與能量管理工作，包括：負荷預測、電源計劃、經濟調度、市場交易對接等。

圖：智能微電網三層網絡架構

生態(tài)互通與可靠運行

芯象半導體推出的三層網絡架構支持方案商自主二次開發(fā)，同時具備優(yōu)異的生態(tài)兼容性與多系統(tǒng)互聯(lián)互通能力，包括：

1.系統(tǒng)支持統(tǒng)一開放指令集和統(tǒng)一網管，真正實現全系統(tǒng)在同一個網絡下統(tǒng)一的運維管理接口。邊緣側節(jié)點也可以通過手機藍牙接入，通過APP實現直接的網絡配置、運維與部署通道。借助該通道，也可以實現對支持BLE藍牙系統(tǒng)的第三方生態(tài)設備接入；

2.作為微電網系統(tǒng)，可以通過第一層網絡實現與國網、南網標準設備的互聯(lián)互通，實現智能微電網的并網工作與能源調動；

3.協(xié)議透傳：本系統(tǒng)支持 Modbus、RS485 等主流工業(yè)總線協(xié)議透傳，可與海量工業(yè)設備、控制系統(tǒng)實現無縫對接；

4.完善的調試軟件、專業(yè)運維系統(tǒng)，搭配開放的軟硬件參考設計，可大幅縮短方案商二次開發(fā)周期，加速產品落地與項目交付；

5.Mesh組網：第二層網絡是實現實時控制的關鍵層級，為了達到可靠穩(wěn)定的用戶體驗，系統(tǒng)加入無頭端Mesh組網模式，即便本層CCO設備癱瘓，甚至整個第一層網絡故障，仍然可以保持本層設備的自主運行與穩(wěn)定互聯(lián)；

6.全網精準授時：當網絡實現規(guī)?；渴鸷?，全網時鐘同步是實現系統(tǒng)穩(wěn)定控制與數據交互的核心基礎。本系統(tǒng)采用芯象半導體自研高精度授時體系，單次授時即可實現全網設備毫秒級時鐘同步。；

7.在線升級：配合遠程運維工具，全系統(tǒng)支持在線升級，保障通信與應用系統(tǒng)的迭代優(yōu)化能力；

8.可靠雙模通信：第一層網絡支持HPLC技術與SubG射頻系統(tǒng)雙模，重點解決遠距離網絡覆蓋需求，第二層采用PLC-IoT技術與2.4G射頻雙模，重點解決跨域通信與無線傳感器互通的痛點。兩套雙模技術均采用單芯片雙通道架構，極大的節(jié)省布板面積與系統(tǒng)成本；同時在智能微電網架構中，通信模組與終端用電器距離較近，因此用電器帶來的各種干擾以及阻抗的變化對通信性能影響較大，本系統(tǒng)在載波通信技術底層增加了大量的自適應抗干擾算法，同時通過無線通道的輔助連接，有效的規(guī)避了單一電力線載波通信天生的性能短板，有效的提升了全系統(tǒng)的通信可靠性；

9.安全互聯(lián)與認證：系統(tǒng)支持強大的安全認證體系，保證組網后的設備都是經過物聯(lián)云授權的認證設備。系統(tǒng)基于國密標準簽名算法和國密無證書公鑰機制算法，完成物聯(lián)云對入網設備身份信息及報文信息的簽名和驗簽。

10.積木式搭建與靈活擴展：三層網絡架構支持全系統(tǒng)運行，同時也支持靈活的系統(tǒng)裁剪與組合搭建。由于智能微電網結構靈活，從工商業(yè)園區(qū)、供電臺區(qū)到家庭戶用規(guī)模差異較大，覆蓋場景從幾十節(jié)點的獨立房間到上萬節(jié)點的整個商業(yè)樓宇。因此芯象半導體推出的網絡架構支持靈活的積木式搭建能力，獨立任何一層或者獨立子網均可以完成系統(tǒng)運行，通過系統(tǒng)搭建也可以實現十萬量級的節(jié)點互聯(lián)互通。

圖：本地網絡的分層組件

系統(tǒng)能力與服務保障

芯象半導體自研電力線載波以及無線通信芯片可全面適配上述分層網絡的全場景部署應用。其中主干層采用HDC雙模芯片SIG900系列，物聯(lián)層采用PLC-IoT雙模芯片SIG200DM系列，傳感層采用2.4G無線通信芯片LH7350系列。

基于以上芯片方案，芯象半導體提供全系列、多形態(tài)的通信模組產品，可大幅降低客戶二次開發(fā)與方案集成難度，加速項目落地。

圖：不同形態(tài)的網絡通信模組

在現場部署與工程實施環(huán)節(jié)，芯象半導體配套提供全系列專業(yè)運維工具，包括抄控器、中繼器、跨相耦合器等，客戶可以便捷的進行集成與工程落地實施。

圖：網絡運維工具

啟動元年

2026年是智能微電網規(guī)模發(fā)展的關鍵一年，這一領域的高質量發(fā)展既是我國實現“雙碳”目標的重要支撐，也是構建新型電力系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)。芯象半導體打造的適配智能微電網的本地通信架構，將為產業(yè)持續(xù)注入發(fā)展動力，推動這一 “能源新基建” 成為能源變革的核心主力軍。

芯象半導體

·芯象半導體專注于數字能源領域數?；旌蟂oC芯片設計，深耕多核異構SoC體系架構，完成“通感算”一體化系列產品布局；

·核心產品為通信芯片和行業(yè)模組方案，應用于電力集抄、智能配電、數字光伏、能效管理等四大領域；

·公司為國家高新企業(yè)、省級專精特新企業(yè)、北京市知識產權優(yōu)勢單位、浙商總會綠色能源委員會委員單位、全球智慧物聯(lián)網聯(lián)盟GIIC理事單位；

·累計申報知識產權超90項，其中已獲得發(fā)明專利授權40余項、實用新型專利2項、軟件著作權11項、集成電路布圖設計5項；

·公司由多家千億級產業(yè)龍頭聯(lián)合投資組建，在新型電力系統(tǒng)、算電協(xié)同、智能微電網、能效與雙碳等領域具備戰(zhàn)略級協(xié)同基礎。