世界各國政府和電力公司已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng)電網(wǎng)將會(huì)被更高效、靈活、智能的能源分配網(wǎng)路取代；而電力線通訊解決方案可優(yōu)化電力輸送，並促進(jìn)跨電網(wǎng)的雙向通訊，從而實(shí)現(xiàn)最終用戶能源管理、最大限度地減少電力中斷，並僅僅傳輸所需的電力。

電力的產(chǎn)生和分配方式正在發(fā)生變化，智慧電網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)正在促進(jìn)可再生能源和儲(chǔ)能與一百多年來沒有發(fā)生重大變化的電網(wǎng)的融合。半導(dǎo)體技術(shù)處於智慧電網(wǎng)轉(zhuǎn)型的最前沿，他們正在幫助改善公用事業(yè)公司和客戶、電網(wǎng)及其營運(yùn)商之間共享的用電資訊，它們使電網(wǎng)能夠更加敏感地管理電力供應(yīng)和需求。

能源網(wǎng)際網(wǎng)路的形成

智慧電網(wǎng)架構(gòu)的基本特徵是能量可以流出和流入電網(wǎng)。在網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可能充當(dāng)源（提供電力）或匯（消耗電力），例如智慧電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可以整合太陽能電池板。

當(dāng)陽光不夠明亮?xí)r，節(jié)點(diǎn)會(huì)依靠網(wǎng)格自動(dòng)彌補(bǔ)不足。相反的，當(dāng)通過節(jié)點(diǎn)的太陽能資源產(chǎn)生多餘的電力時(shí)，電網(wǎng)可以將其吸走，從而可供其他節(jié)點(diǎn)使用。節(jié)點(diǎn)處可能有電池儲(chǔ)備，可以儲(chǔ)存能量以供日後使用。通過使用基於本地半導(dǎo)體的智能，可以管理該電池儲(chǔ)備的運(yùn)行，從而相應(yīng)地從電網(wǎng)獲取或放回電網(wǎng)。

圖1 : 智慧電網(wǎng)架構(gòu)的基本特徵是能量可以流出和流入電網(wǎng)。

:汽車電氣化的影響

由於家庭中的電氣和電子產(chǎn)品數(shù)量不斷增加，全球電力消耗正在增加。除此之外，電動(dòng)汽車（EV）的採用自然會(huì)增加電力需求。電動(dòng)汽車充電點(diǎn)充當(dāng)智慧電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)電動(dòng)汽車在充電時(shí)，會(huì)吸取電力來補(bǔ)充電池，它們還可以充當(dāng)電源，電動(dòng)汽車電池在夜間閒置時(shí)向電網(wǎng)供電。

智慧電網(wǎng)通過電網(wǎng)和電動(dòng)汽車電池之間廣泛的數(shù)位通訊，使電動(dòng)汽車成為電力資源。通過這種方式，電動(dòng)汽車可以提供固定儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供的許多電網(wǎng)服務(wù)。

電網(wǎng)穩(wěn)定

在智慧電網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)中，電力均以一定頻率（通常為50或60Hz）的交流電壓通過電力線傳輸。雖然傳統(tǒng)電網(wǎng)通常只有一種電源，但現(xiàn)在有多種電源。每個(gè)電源以相同的頻率向電網(wǎng)提供電力至關(guān)重要。它們還必須完全同相，以免造成線路不穩(wěn)定，從而可能導(dǎo)致停電。

由於最近快速、強(qiáng)大的數(shù)位半導(dǎo)體發(fā)展，現(xiàn)在可以立即控制和修改高功率線上承載的大量功率。如果沒有這一關(guān)鍵貢獻(xiàn)，就不可能維持整個(gè)電網(wǎng)的恆定頻率。

需求控制

智慧電網(wǎng)的關(guān)鍵屬性之一是能夠自動(dòng)強(qiáng)制降低節(jié)點(diǎn)功耗。當(dāng)需求水平較高或可再生能源可用性較低時(shí)，就會(huì)這樣做。當(dāng)有更多的可再生電力輸入時(shí)，可以將更多的電力輸送到節(jié)點(diǎn)。除此之外，電池儲(chǔ)存有助於平衡電力峰值，因此儲(chǔ)存的能量可用於在任何給定時(shí)間抵消有限的可再生能源輸入。通過這兩種機(jī)制，可以降低對(duì)化石燃料的依賴，讓可再生資源在發(fā)電中發(fā)揮更大的作用。

幫助客戶做出更可持續(xù)的選擇

正在討論的新電網(wǎng)實(shí)施，不僅對(duì)電力公司來說更加智能，而且還讓消費(fèi)者變得更加聰明。通過智慧電表，消費(fèi)者可以實(shí)時(shí)了解他們的消費(fèi)情況、電力成本以及可再生電力的可用性，從而使他們能夠改變自己的行為。這樣子，他們不僅可以省錢，還可以從可再生能源中獲取電力。

能源島和微電網(wǎng)

一組家庭或企業(yè)可以加入形成一個(gè)微電網(wǎng)，只有一個(gè)接入點(diǎn)接入智慧電網(wǎng)。匯集太陽能電池陣列和電池系統(tǒng)等昂貴的資產(chǎn)，可以節(jié)省基礎(chǔ)設(shè)施成本。微電網(wǎng)安排也適用於較大的公司綜合體，例如大學(xué)校園或醫(yī)院。

有了本地電池儲(chǔ)存，對(duì)電網(wǎng)電力的需求就會(huì)減少。這代表著對(duì)可持續(xù)發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)。基於電池儲(chǔ)存和可再生資源，微電網(wǎng)可以盡可能地「脫離電網(wǎng)」運(yùn)行，從而減輕配電網(wǎng)絡(luò)的壓力。

使用數(shù)位設(shè)備管理智慧電網(wǎng)運(yùn)行

智慧電網(wǎng)的複雜功能需要許多電子元件：用於監(jiān)控電流、電壓、溫度等關(guān)鍵參數(shù)的傳感器。向控制單元提供數(shù)據(jù)的安全通訊晶片以及控制單元中的微控制器，這些微控制器可以對(duì)智慧電網(wǎng)功能進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

實(shí)現(xiàn)許多這些基本智慧電網(wǎng)功能所需的半導(dǎo)體元件通常可以組合起來。這種整合度更高的單晶片系統(tǒng)（SoC）解決方案，比起擁有眾多獨(dú)立組件的解決方案更小且更易於實(shí)施。通常此類SoC會(huì)結(jié)合複雜的演算法，使各個(gè)部分相互協(xié)調(diào)運(yùn)行，從而提高電網(wǎng)的效率。

數(shù)位通訊交換也可以通過電力線本身進(jìn)行，以到達(dá)任何電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，而不需要專用且昂貴的通訊基礎(chǔ)設(shè)施。該過程稱為電力線通訊（PLC）。

圖2 : 數(shù)位通訊交換可以通過電力線本身進(jìn)行，以到達(dá)任何電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。

意法半導(dǎo)體是PLC調(diào)製解調(diào)器生產(chǎn)商，為智慧電網(wǎng)部署提供核心技術(shù)。ST也是無線通訊領(lǐng)域的主要生產(chǎn)商，在探索新興物聯(lián)網(wǎng)（IoT）方法的同時(shí)，率先採用PLC和無線混合解決方案。

先進(jìn)半導(dǎo)體解決智能計(jì)量挑戰(zhàn)

事實(shí)上，ST憑藉多年的經(jīng)驗(yàn)，提高了從發(fā)電到配電和消費(fèi)的整個(gè)能源鏈效率。ST提供電力線通訊解決方案，可優(yōu)化電力輸送並促進(jìn)跨電網(wǎng)的雙向通訊，從而實(shí)現(xiàn)最終用戶能源管理、最大限度地減少電力中斷並僅傳輸所需的電力；並且提供能源、水、熱力和天然氣的智能計(jì)量解決方案。全球部署的超過1.5億臺(tái)智慧電表採用ST的半導(dǎo)體器件，ST積極為所有主要工業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)化智慧電網(wǎng)計(jì)畫做出貢獻(xiàn)。