智慧能源時代的新型電力系統互聯趨勢

“能源是一切文明的基礎，也是決定文明形態的天花板。”作為國民經濟命脈，當前能源產業正面臨著數字化、智能化和綠色低碳發展的挑戰，在推進能源轉型和提質增效方面，智慧能源系統正扮演重要的角色。目前，智慧能源無論是理論和科技創新還是產業化實踐層面，都處于重要的探索發展階段。在實際應用層面，能源互聯網、智能電網、新型儲能、數字能源等多個領域都已經有落地應用，未來的發展前景廣闊。

2023年貿澤電子技術創新周的智慧能源主題直播活動中，我們通過4天的直播和大家共同探討智慧能源建設的關鍵技術，智慧能源生態系統的構建、能源管理體系以及能源數字化轉型等內容，從多維度呈現能源產業未來的綜合發展趨勢。

本期專題，我們邀請到來自Phoenix Contact、Littelfuse、是德科技、 Wolfspeed、Silicon Labs、Analog Devices、Onsemi、Amphenol、OMRON等國際大廠的資深專家以及西安交通大學的學者，圍繞太陽能能源利用與創新、電力轉換器的設計與應用、能量存儲技術與解決方案、電力計量與監控系統、能源監測與管理、繼電保護技術與應用等領域的新趨勢，為廣大工程師帶來干貨滿滿的技術盛宴。

以下是第一篇技術干貨筆記。

新型電力系統

需要怎樣的智慧互聯技術？

智慧能源系統的好處顯而易見——減少對不可再生化石燃料的依賴；讓能源生產來源多樣化；更環保、可持續發展；提供能源獨立性和安全性；還能帶來經濟增長，創造就業機會。要實現這一切，需要智慧能源系統一系列先進技術和智能控制，以優化能源生產、儲存、分配和消費。其中無線技術、工業以太網以及連接器在智慧能源應用中起著至關重要的作用。

01

SiliconLabs

無線解決方案在智能能源的應用

Silicon Labs在直播分享中重點針對智能太陽能光伏系統、智能表計、智慧路燈和電動汽車充電等應用方案的實際開發來詳細探討無線解決方案在智能能源的應用。

作為一家優秀的半導體公司，Silicon Labs（芯科科技）通過其創新的無線解決方案，為智慧能源設備制造商提供安全、可靠、靈活的無線解決方案，幫助解決棘手的產品開發挑戰。

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智能太陽能光伏系統

• 通過無線鏈接，構建一個智能的太陽能光伏系統，配備了功率優化器和直流逆變器，通過跟蹤每一模塊可達到的大功率點（MPTT）來增加能量輸出

• 采用了單獨的太陽能光伏面板優化器，無線電源電子器件還可以降低安裝和維護成本

• EFR32FG2x系列（FG23/FG25/FG28）的無線硬件能夠為智能太陽能光伏系統實現專有協議、Connect或Wi-SUN等無線通訊功能

• EFR32FG2x具有20dBm的發射功率和出色的接收器靈敏度，實現可靠的無線鏈接

• 支持Wi-SUN的功率優化器和微逆變器可自動形成高通量、彈性的自我修復網絡，降低維護成本

智能表計

• Wi-SUN技術支持三種廣泛使用的調制方案——FSK、MR-OQPSK（多速率多區域偏移正交相移鍵控）和OFDM（正交頻分復用）。其中MR-OQPSK可以帶來低功耗、抗噪能力，OFDM可利用間隔緊密的重疊副載波來盡可能提高頻譜效率，這兩者對下一代智能電表都至關重要。EFR32FG25是Silicon Labs首款支持正交分頻復用（OFDM）調制的SoC。

• EFR32FG25 無線 SoC 是用于智能電表、照明、城市和樓宇自動化的長距離 1 GHz 以下無線連接的解決方案。包含多速率 OFDM、FSK 和 OPSK 調制方案，可實現高達 3.6 Mbps 的數據速率，同時保持對 2.4 GHz 干擾的抗擾性。較大的內存占用和增加的 IO 數量可實現設計整合，當與 Secure Vault（PSA 3 級認證）結合使用時，可以提供更高級別的系統安全性。

智慧路燈

• Silicon Labs的EFR32FG2x系列支持的Wi-SUN協議在遠程sub-GHz頻段提供基于標準大規模網狀網絡解決方案是現有的網狀網路物聯網標準（Zigbee、Thread、Z-Wave和Bluetooth網格）無法實現的。FG25 sub-GHz SoC可以在紐扣電池上運作十年，非常適合Wi-SUN形成網狀和星形網絡拓撲的能力，進而優化網絡的低功耗性能。

電動汽車充電

• Silicon Labs的EFR32FG2x系列的無線SoC和模塊具備出色的RF性能，具有優越的接收器靈敏度和+20dpm的高傳輸功率。除此之外還添加了高級安全功能，可以降低公用電車充電系統面臨的完全漏洞風險

• 支持Wi-SUN FAN 1.1標準，有助于創建更具擴展性、彈性和安全性的廣域網系統。

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02

Onsemi

全新10BASE-T1S PHY+MAC控制器

NCN26010推進工業以太網發展

隨著工業領域的快速發展，工業以太網作為一種高效可靠的通信技術，正逐漸成為工業自動化的主流。而工業以太網的發展對于能源可持續發展、智慧能源體系的推進同樣有著密切的聯系。工業以太網作為一種高速、高帶寬的通信技術，能夠實現設備之間的高效通信和數據傳輸，從而提高生產效率和降低能源消耗，同時企業可以實時監測能源消耗情況，分析能源利用效率，并通過智能控制手段實現能源的優化配置和管理，從而提高能源利用效率為智慧能源的實現提供有力支持。

安森美本次直播中重點介紹了其全新推出的基于IEEE802.3cg標準的單對以太網10BASE-T1S PHY+MAC控制器NCN26010在推進工業以太網發展方面的相關方案應用。

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• 802.3cg標準即10BASE-T1L，是一種工業以太網網絡協議。核心能力是雙工、直流平衡、點對點通信方案，實現了IT和OT的聚合以太網。實現了統一通信標準和提高數據吞吐量。NCN26010是一款新型 10BASE-T1S 以太網控制器，這是一款10Mb/s、符合IEEE 802.3cg標準的器件，設計用于工業多點以太網的10BASE?T1S PHY，為工業環境提供多點通信。

• 支持10BASE-T1S的PHY + MAC控制器，可連接到控制器、傳感器和其他器件而無需外部MAC。可在單個 10BASE-T1S 以太網控制器上實現在單雙絞線上可實現 40多個節點，是 IEEE 802.11 標準所要求的節點數量的五倍。NCN26010在線路引腳上的電容比現有的T1S方案更低，從而在單個網絡上實現更多節點的支持。通過非單個屏蔽雙絞線提供傳輸和接收數據所需的所有物理層功能，對于機柜內布線，NCN26010可減少 70%的布線，同時顯著提高帶寬。

• NCN26010實現了多分支網絡，減少了大型安裝的網絡總數，與以前的控制器相比，體積更小、更易集成。實現了多分支 10BASE-T1S以太網，可替代傳統的點對點以太網，NCN26010還具備專有的增強抗噪模式，適合于電子噪聲的工業環境中使用，如工業自動化、傳感器接口、現場儀表等領域。

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03

Amphenol

連接器對于智能能源系統的重要作用

智能電網是一個先進的互聯電力系統，利用現代的通信技術來實時采集和分析數據，讓電網實現更智能化自動化的控制。對于智慧源系統，子系統間高效、穩定的通信非常重要，網絡連接產品可以促進各種智能能源系統和智能電網內部和之間的連接，同時可以對能源生成、分布和消耗情況進行有效監控，并予以相應優化。

此外，大型能源生產設施類似于其他工業廠房，也可能會面臨一些同樣的環境類難題。由于大量灰塵、碎屑、液體滲入、熱循環和電磁干擾等問題可能會導致連接中斷，從而增加停機時間、降低工作效率和導致非計劃性維修工作，互連產品必須堅固耐用，設計精良。而隨著眾多設備越來越趨向小型化設計，互連產品還需滿足此類設備的大量數據傳輸和功率需求。

安費諾在本次直播中重點介紹了其針對工業網絡可靠通訊可以提供眾多連接方案包括：SPE、RJ45連接器、以及模塊化RJ45產品。

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• 單對以太網提供 IP20和 IP6X 兩種規格，適合辦公和工業環境。SPE IP20接口包括用于電纜端接的插頭、直角和垂直安裝的 PCB 插座以及預端接電纜組件。SPE IP6X 接口采用圓形設計，與 M12 尺寸相同并帶有推拉耦合環，可確保與面板安裝的配對插座可靠鎖定，還提供多種配置的 SPE IP6X 電纜。與標準 RJ45 連接器相比， ix 和 SPE 在空間、體積比典型RJ45 小 75%，端口密度更高。IP20 ix 連接器的間距為10mm，為 RJ45 的一半，因此，在以太網交換機等多端口應用中，端口數量增加一倍。

• 在設備安裝時，由于長度要求的不同，定制電纜非常重要，因此可現場安裝的插頭非常有價值。SPE 和 ix 插頭套件均配有集成 IDC 或絕緣位移觸點，可將剪斷的導線端接至觸點，而無需剝線。連接器的設計便于為 IDC 連接正確修剪和定位導線，ix 插頭還提供一種特殊工具，可簡化一次性端接所有導線的工作。ix 和 SPE 還集成的電纜應力消除機制，可確保端接不受電纜應力的影響。

• 模塊化連接器的可靠性和高性能，產品組合中有多種變化，涵蓋更多的配置、性能等級和選項。PoE 功能有助于減少對電源點的需求，從而在增加具有PoE功能的設備和裝置時更容易擴大設施規模。

• 圓形MRD堅固耐用適用于電纜對電纜或電纜對面板的應用，功率可高達10A和500V_AC。金屬鎖定機構提供聲音反饋，表明已完成安全連接。其中一個重要的特點是連接器的閂鎖機制。可靠的閂鎖對于確正確連接、避免信號中斷至關重要。

• ix Industrial連接器集成磁性模塊方案，為以太網及其他工業協議提供可靠的物聯網連接，支持企業/云端互聯以及工廠車間中的傳感器/執行器。連接器可為以太網通信提供10Gb/s的CAT6A性能，支持90W的PoE++，出色的EMC屏蔽，兼容100BaseT、1000BaseT和10GBaseT。

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04

Phoenix Contact

賦能全電氣社會，連接新型電力系統

Phoenix Contact從“源”（面向新能源接入的連接方案）、“網”（面向堅強智能電網的連接方案）、“荷”（面向負荷電氣化的連接方案）、“儲”（面向靈活儲能系統的連接方案）四大方面，全面探討構建新型電力系統連接方案。

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新能源接入連接技術

逆變器、變流器、直流調壓裝置連接推薦

新能源接入系統架構

雙向儲能變流器（PCS）是連接電網與儲能電池的接口。能源管理系統（EMS）作為微電網的大腦，根據微電網的實時負荷情況，通過儲能協調裝置向PCS發送命令，控制儲能電池的充電及向電網輸電，同時保持各儲能電池電量均衡，保證電網的穩定及電池的健康。

以太網鴻溝是任何控制領域都會遇到的問題，這也是電力物聯網建設面臨的痛點。造成這一問題的主要原因在于通訊協議不統一、布線成本高、通訊質量差以及設備智能化成本高。

SPE單對以太網連接技術的多項技術特色在建設電力物聯網中具備優勢。

單對以太網是一種只需要一對線纜來傳輸數據和電力的以太網技術。具有出色的傳輸特性，可以實現無源化設計、簡化成本、小型化設計，并使互訪問及互操作的一網到底成為可能。它可以為每個傳感器啟用基于IP的網絡，通過更細的線纜，較小的插頭和連接器以及較小的空間需求而體現了產品的價值。

首先，傳統的以太網線是4根或者8根的，SPE則采用1對2線全雙工的方式并且通過不同頻率來實現不同速度的通信。線芯的減少將極大降低線纜成本，在海量的電力物聯網感知層設備接入時，可節省大量成本。

其次，設備現場化，對設備及連接器的防護等級提出了新的要求，SPE提供IP20及IP67兩種版本，可滿足戶外惡劣環境。

SPE支持POE/PODL技術，可提供60W的電源輸入，小型智能化設備可以完全依靠SPE來供電，而無需另外設計電源接口。

SPE的底座的尺寸只有傳統的RJ45的50%不到，大量設備接入時，可極大節省設備的空間。

SPE符合標準的IEEE 802.3以太網標準，并且它下面有5個不同的工作組，其中可以支持從10M到100M到1G的不同傳輸速度和可達1公里的傳輸距離，并且還可以通過數據電纜提供電源。

儲能系統中的特色產品應用介紹（重點產品）

Phoenix Contact聚焦儲能系統制造、組裝、運維的過程特點為儲能系統提供各種解決方案，包括連接器、接線端子、觸點等產品為電池模組的串并聯提供安全、可靠、靈活多樣的連接方案。通過Phoenix Contact母排連接器或電池極連接器的可插拔電池連接，可以快速、安全地安裝儲能系統，適合用于高達1500V的應用。

其中高壓連接器和穿墻式信號連接器，能有效保證儲能設備的功能性、環境的安全性以及設備的使用壽命。其金屬導體選用了鍍銀銅合金，有效地保證了產品長期運行的穩定性，在安全快捷可靠的基本功能上，還實現了“三防一轉”的亮點提升：“防錯插、防手指觸摸（未插入時也可確保電池模塊具有防觸電保護）、安裝防呆、360°自由旋轉，適用于可調出線口”，并且取得了TUV、UL4128（儲能系統標準）的雙認證。

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