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(gè)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(jià)值驅(qū)動(dòng)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(jià)并不總是可以預(yù)測(cè)，但降低運(yùn)營(yíng)成本的前景始終具有吸引力。

考慮照明自動(dòng)化行業(yè)。十多年來(lái)，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(gè)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(jià)格。 X10技術(shù)為照明自動(dòng)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(dòng)化市場(chǎng)經(jīng)歷了有限的增長(zhǎng)。隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，首要關(guān)注的是通過(guò)智能監(jiān)控和管理功耗來(lái)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(cè)量功耗，并根據(jù)電源可用性和基于時(shí)間的定價(jià)層自行打開(kāi)和關(guān)閉。然而，隨著智能電網(wǎng)的部署，它還將帶來(lái)一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施，可以輕松支持各種自動(dòng)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(shí)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(dòng)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(shí)不是隨意的，因此對(duì)它們的智能化需求則相關(guān)性較小。

推動(dòng)采用智能電網(wǎng)技術(shù)的其他主要趨勢(shì)包括：

更有效地管理電網(wǎng)電力：

電力容量繼續(xù)超過(guò)功耗增長(zhǎng)。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(zhǎng)時(shí)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(guò)各種減載和需求響應(yīng)程序來(lái)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(shí)間內(nèi)控制其恒溫器，那么消費(fèi)者將獲得折扣或價(jià)格優(yōu)惠。

通過(guò)可見(jiàn)性為消費(fèi)者帶來(lái)能源意識(shí)：

對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，功耗是郵件中每月一次到達(dá)的單個(gè)號(hào)碼。當(dāng)人們不知道何時(shí)或如何使用電源時(shí)，很難嘗試對(duì)一個(gè)人的使用負(fù)責(zé)。通過(guò)提供對(duì)家庭和企業(yè)使用模式的實(shí)時(shí)可見(jiàn)性，消費(fèi)者可以主動(dòng)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(wèn)能源信息，首先必須收集。雖然許多功率計(jì)現(xiàn)在跟蹤使用情況和時(shí)間，但他們只能看到總功耗（見(jiàn)圖1）。由于沒(méi)有跟蹤特定設(shè)備，消費(fèi)者無(wú)法判斷使用量是否來(lái)自冰箱，熱水浴缸，烘干機(jī)或空調(diào)設(shè)備。

圖1：由于沒(méi)有旋轉(zhuǎn)輪，智能電表可以跟蹤使用情況和時(shí)間。但是，它們僅限于測(cè)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(gè)家庭內(nèi)外共享能源信息：當(dāng)用戶可以跟蹤整個(gè)家庭的用電量時(shí)，他們可以做出更明智的選擇（即，將使用時(shí)間轉(zhuǎn)移到較低價(jià)格等級(jí)的時(shí)候）。存在兩個(gè)主要障礙：如何在整個(gè)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(dòng)汽車進(jìn)入電網(wǎng)管理不斷增加的負(fù)載：電動(dòng)汽車需要大量的電源，大多數(shù)司機(jī)將在下班回家時(shí)將車插入。問(wèn)題在于鄰域?qū)用娴膯?wèn)題：在同一變壓器上同時(shí)充電的幾輛車的存在可能給公用事業(yè)公司帶來(lái)許多問(wèn)題。當(dāng)使用率趨于最低時(shí)，充電負(fù)荷可以在整個(gè)晚上分散，而不是升級(jí)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(jì)量IC降低設(shè)備電流以測(cè)量能耗并將此信息提供給設(shè)備的主處理器。計(jì)量設(shè)備的主要成本驅(qū)動(dòng)因素之一是需要多少精度。對(duì)于某些設(shè)備，如智能電表本身，動(dòng)態(tài)范圍會(huì)影響精度，因此需要更高分辨率的ADC。對(duì)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(gè)好處是能夠?qū)υO(shè)備操作進(jìn)行分析。通過(guò)足夠的準(zhǔn)確性，設(shè)備可以識(shí)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(jì)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(jià)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(dòng)調(diào)整家用HVAC系統(tǒng)以反映定價(jià)層。當(dāng)恒溫器連接到智能電表時(shí)，可以下載實(shí)時(shí)匯率表并自動(dòng)調(diào)整使用率。當(dāng)峰值需求高時(shí)，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(jì)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(jiàn)圖2）可以讓消費(fèi)者編制更復(fù)雜的時(shí)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(duì)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(jì)師還需要考慮到某些設(shè)備需要的事實(shí)比簡(jiǎn)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(kāi)，否則衣服將在水中放置數(shù)小時(shí)。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(gè)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(gè)小時(shí)內(nèi)被破壞?；蛘?，人可能正在為重要會(huì)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(cè)的各種問(wèn)題。

連接

實(shí)時(shí)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(shí)，無(wú)論是按金額還是按時(shí)間。當(dāng)前的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)每月一次為消費(fèi)者提供一個(gè)消費(fèi)號(hào)碼，使得即使在沒(méi)有充電時(shí)也難以識(shí)別即使是立體聲留下的簡(jiǎn)單低效率或者使用電力的寄生墻式充電器。實(shí)時(shí)跟蹤允許消費(fèi)者通過(guò)剖析家中主要電力設(shè)備的使用情況來(lái)發(fā)現(xiàn)這種能量消耗。如果未計(jì)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(guò)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(wèn)和其他自動(dòng)化功能，家電需要有一個(gè)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(gòu)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(jià)格低廉，易于使用，可擴(kuò)展且節(jié)能。最常見(jiàn)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(dòng)化配置文件，定義設(shè)備如何與儀表相互通信（參見(jiàn)圖3），簡(jiǎn)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(guò)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(wú)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(shí)可用作互聯(lián)網(wǎng)連接，并且對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)是熟悉的。連接到支持Wi-Fi的設(shè)備與配置無(wú)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(guò)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(wú)線連接往往支持自動(dòng)配置，并且風(fēng)險(xiǎn)較低，無(wú)法推向市場(chǎng)。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(lái)看，沒(méi)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?，硬件和功能（例如加密）。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(kāi)發(fā)人員甚至可以在接口之間進(jìn)行遷移，只需對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(lái)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(shì)。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(duì)電表制造商而言，接入電表對(duì)于電器制造商來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。這是因?yàn)槊總€(gè)國(guó)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(lái)連接它們。此外，許多公用事業(yè)公司還沒(méi)有激活和打開(kāi)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(gè)角度來(lái)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(méi)有明確的目標(biāo)。大多數(shù)設(shè)備的使用壽命都很長(zhǎng)，而提供死端實(shí)施可能會(huì)損害品牌無(wú)論使用何種技術(shù)，當(dāng)連接中斷時(shí)，設(shè)備都需要能夠運(yùn)行。理想情況下，設(shè)備會(huì)自行跟蹤時(shí)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(cè)需求響應(yīng)事件，以在潛在的昂貴時(shí)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(jì)考慮因素之一是管理和整合能源流信息。從每月一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)移動(dòng)到每半小時(shí)幾個(gè)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(lái)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(huì)計(jì)。然而，能量跟蹤的大部分價(jià)值來(lái)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(wú)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(wèn)可通過(guò)無(wú)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(wèn)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(huì)給設(shè)備設(shè)計(jì)帶來(lái)額外的復(fù)雜性和費(fèi)用。此外，為了對(duì)消費(fèi)者最有用，整個(gè)家庭的能源信息需要整合到一個(gè)管理平臺(tái)上，這樣消費(fèi)者就不必手動(dòng)跟蹤單個(gè)設(shè)備。鞏固節(jié)能也有可能提高消費(fèi)者對(duì)節(jié)能的響應(yīng)能力。例如，一臺(tái)烘干機(jī)說(shuō)每月節(jié)省5美元可能不會(huì)給消費(fèi)者留下深刻的印象，因?yàn)榭吹秸麄€(gè)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(tái)。 Google Power Meter可直接通過(guò)其公用事業(yè)公司或通過(guò)可單獨(dú)購(gòu)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，Google Power Meter可以通過(guò)提供基于智能能源設(shè)計(jì)的通用且易于使用的API來(lái)促進(jìn)向消費(fèi)者能源意識(shí)的更順利過(guò)渡。它還消除了公用事業(yè)或電器公司開(kāi)發(fā)自己的專有管理平臺(tái)的需要。

跟蹤數(shù)據(jù)的能力引發(fā)了許多問(wèn)題：能源數(shù)據(jù)可用于確定人們?cè)谒麄兊姆课葜凶鍪裁矗[私）以及他們目前是否在家（安全）。尚未解決的一個(gè)更棘手的問(wèn)題是誰(shuí)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(shū)來(lái)保護(hù)家庭網(wǎng)絡(luò)通信。網(wǎng)關(guān)和后端管理平臺(tái)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(jiǎn)單直觀的方式與能源網(wǎng)關(guān)配對(duì)。配對(duì)可以通過(guò)使用在設(shè)備上輸入的網(wǎng)關(guān)提供的PIN來(lái)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(chǎng)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(shí)發(fā)布它們。已有產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)以支持能源意識(shí)，隨著家電制造商繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)和測(cè)試，更多應(yīng)添加到商店樓層。智能能源管理的優(yōu)勢(shì)如此之高，尤其是具有增強(qiáng)自動(dòng)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。