電網即時數據、監控與控制

由於電網的持續快速轉型，電力公用事業在其業務關鍵層面上面臨了重大挑戰。

傳統城市電網依賴地面配電和電線佈線。由於大城市沒有更多的架空電纜，而且一般人不喜歡從自己家裡或在家門前看到電線，因此這種系統需要向地下挖掘電力管道供電。

以前電力公司使用相當簡單的方法就能找出地面上的故障：他們派出一輛維修車沿著電源線行駛，尋找掉落的電源線、掛在電線上的樹，或是電線上過多的積雪。在所有這些情況下、造成電力中斷的原因顯而易見。但電網現代化可在無法看見地下故障時提供即時通訊、量測與監控，以及快速反應與修復。

在連接公用事業電網系統方面，使用即時數據管理已變得比以往更加重要。目標是將數據交給能夠善用數據的人。現代行動裝置是一種隨手可得的平台，可用於智慧電網及整合構成微電網之太陽能光電面板的多種能源的數據傳輸與控制。Wi-Fi® 和 Bluetooth® 是無線電網連線的顯著方法；如有需要，中間閘道可以是另一個選項。TI 的電網 IoT 參考設計：使用 Wi-Fi® 將斷路器和感測器連接到其他設備是專為智慧電網中的即時資產監控而設計。參考設計的主要優點包括：

• 即時資產健全狀況監控 (透過 Wi-Fi® 通訊監控電流、電壓和溫度)。
• 爲關鍵應用新增備援的可變資料速率傳輸功能。
• 備份變電所內的有線通訊。
• 縮短偵測故障的反應時間。
• 縮短停電時間。

此參考設計展示了整合 Wi-Fi 如何能成為可要求高資料傳輸速率和高頻寬之變電所設備和住宅斷路器的可行解決方案。Sub-1 GHz 連線是另一種適用的無線技術，可在長距離下傳輸變電所和配電自動化的低功耗資料，在多個節點 (如故障指示器) 需要將資料傳輸至單一資料收集器以形成星狀網路時，非常實用。這兩種技術都可透過基於基礎 SimpleLink 軟體開發套件的 SimpleLink™ 無線 MCU 系列獲得，進而促進 100% 代碼重複使用，和多種無線連線技術之間的無縫轉換。

電網 IoT 參考設計：使用 Sub-1 GHz RF 連接故障指示器、資料收集器和 Mini-RTU，在多個感測器節點 (在此情況下為故障通道指示器 [FPI]) 與使用 TI 15.4 堆疊的收集器之間的星狀網路中採用無線 Sub-1 GHz 通訊。此設計針對短距離 (<50 m) 的低功耗進行最佳化，使用高架 FPI 和配電自動化中的數據收集器作為應用方案。

同時也採用了 TI SimpleLink 系列中的 CC1310，該系列採用 Sub-1 GHz 射頻 (RF) 收發器和 Arm®Cortex®-M3 MCU。TI 15.4 堆疊可透過美國、歐洲電信標準協會和中國頻帶來設定信標模式通訊。電流消耗數據可透過最佳化傳輸功率等級 (0 至+10 dBm) 和信標間隔 (0.3 s 至 5 s)，以 50 Kbps 的資料傳輸速率傳輸 1 至 300 位元組的單一封包資料傳輸。

由於電網經由風力渦輪機和太陽能板的多個饋入點連接到可再生電源，因此配電變得更加複雜。提升自動化程度是一項具有遠端量測、服務與維修功能的決定性特徵，需要即時監控與控制以及高可靠性。網路備援在這些複雜的智慧電網中極具根本的重要性。這個重要零組件或功能的複本確保系統能在故障情況下繼續運作，減少網路停機時間及可能導致的財產損失甚至生命危害。網路備援還可使工作人員在電力輸送不中斷的情況下進行網路子集維護。

乙太網路普遍受用，而且隨手可得，並以國際電子電機委員會 (IEC) 61850 乙太網路標準為基礎來進行電網管理。備援協定是增加可靠性，並使乙太網路成為智慧電網管理網路的基石。IEC 62439-3 定義兩種架構：並行備援協定 (PRP) 和高可用性無縫備援 (HSR)，用於在有線乙太網路上實現零損耗備援。ARM 型處理器與 MCU 整合了對這些通訊協定與相關直通切換的支援。使用 PRP，每個節點連接到兩個單獨的並行區域網路 (LAN)。

來源節點為每個封包傳送兩份，每個介面各一份。目的節點接收訊框，接受第一個複本，並捨棄第二個訊框。只要兩個網路中的任一網路能夠運作，目的節點總是會收到至少一個封包，並且不停機。HSR 環提供與 PRP 相同的備援層級，使用環狀拓撲而不是兩個 LAN。