账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
电表数据分析的大商机
 

【作者: Jed Hurwitz】2018年01月08日 星期一

浏览人次:【4451】
  


对於一个已运作超过100年,且势必还要再继续运作数个世纪的行业而言,智慧型电表在其部署和使用普及的程度上,相对来说,还只能算是处於起步阶段。对於公用设施业者来说,电表是位於前端的收银机,因此,其准确性的重要程度无庸置疑。针对这类计量设备及公共设施,目前已存在很多的相关要求、规格和规定,用来确保其准确度。然而在实际上,一旦电表的设计经过认证、制造、并部署到现场之後,大多数电表的准确性把关,其实只仰赖最初生产测试时的确认。要如何让在现场的电表能够正确的计费直到退役,目前只能依靠统计式的抽样样本测试。


从电子和机械式电表转换到智慧型电表,最主要的变化是加入了连线能力。透过智慧型电表,不仅可以实现使用电量的远程回报,还可藉由电表本身状态、健康状况和性能的回报,实现电表的诊断功能。这个新的可能性,提供了一种可以当电表在现场工作的同时,就可获取许多有用资讯的方法,而不需要人为的干预、断开连线,或另备专用的设备等做法来因应。


全讯号链的准确性和知识是关键

其他的一些具有关键任务的领域业界,如汽车业和工业界等,都已将功能安全性的概念整合到其诊断需求中,本质上,就是要求对於其产品,在先前、使用需求期间和之後,都能检查其功能是否正确的在运作中。


对於公用事业的计量行业而言的,如此的功能之一,就是当此电表被部署时的准确性。虽然业界目前都是采用现场抽样测试,并依赖於电表内部元件的隐含精密度(implied precision)在部署到现场时仍维持在校准状态,但这种方法有其风险。最近Metering International的一篇文章中,讨论了为何进行现场准确度监测是必要的[1]。造成准确度变化很重要的原因之一是在於感测器,这些感测器经常暴露於高电流和电压事件,以及恶劣的环境。因此,很重要的一点是,任何诊断能力都应包含~对於用来量测电力的全讯号链进行监控,如感测器和电子电路或元件。


大数据分析的机会

对於资讯系统架构师来说,一个好问题是,「如果你可以定期取得每个部署於现场的电表的准确度,你会怎麽利用这些资讯?」,排除故障和异常值会是一可能得到的答案,但更有可能得到的答案,是收集整个部署电表部署的相关资讯,并进行某种形式的大数据分析。


远程监控整个电表部署的准确性,此一概念并不会违反任何的法条规定,而大量积累出来的数据,可依据不同规划管理电表的方式,带来很大的好处。每小时或每天所收集到的数据量并不会很巨大,但其应用的可能性却是无限的。在图1所示的情境中,可以监视整个部署群的准确性到达相当细微的解析程度,且可提取出这些电表於使用寿命期间的差异度。此资讯可提供不同制造批、供应商、部署地区或不同的电力网拓朴所造成的差异。另外,也可以将此资料与其他类的量测值加以关联化,如季节性、温度、湿度和电力使用等,以判定是否存在一些特定的趋势,可有利於规划未来的电表规格,以实现更高可重复性的现场测量。


此外,如果能了解整个电表部署的表现情况,有助於深入了解样本测试的可期??值,而这会是监管机构所要求的。对於整个电表部署进行大数据分析,将能够更好的掌握公用事业所承担的责任风险。


解决方案:mSure

迄今为止,尚未出现过任何测试,能真正涵盖完整讯号链、原位动作(operate in situ),以及自检准确性(self checks accuracy)。因此,目前还没有机制,可以识别并回报电表设备的准确性变化。然而,ADI早在15年前,即率先开始发展电子式电表用的量测IC,且已被使用在全球将近五亿个部署的电表中。目前ADI更开发出一种用於电表的新型监测技术mSure。该系统可原位连续监测电表的准确性,以提供内建的自检能力,负责在电表的整个使用寿命期间检查电表的性能。



图1 : 传送到云端的电表准确度测量的图表数据分析一例,显示电表部署与其他叁数的关联化可如何地创造出附加价值。
图1 : 传送到云端的电表准确度测量的图表数据分析一例,显示电表部署与其他叁数的关联化可如何地创造出附加价值。

mSure可测量准确度,且最重要的是,它可以在电表运行时使用,而不会影响电表的量测功能,因此无需断开连线。图2为一个采用了mSure的电表的前端方块图,就像一般传统的量测前端,其中有一个感测器(橘色)和一些用於将电压或电流讯号加以数位化的电路(蓝色),但除此外,该IC还整合了一些额外的功能区块(绿色),包括叁考讯号产生器、检测器、和去除电路(removal circuit),以实现mSure的功能。



图2 : mSure的概念方块图
图2 : mSure的概念方块图

在制造过程中,电表供应商会透过使用感测器量测一已知电流或电压的方式,对感测器和电子元件的准确度进行校准,以确保整个电表能符合规格。之後电表便可依靠这些元件的精度,来维持电表在其部署寿命期间的准确性。电表在使用寿命期间和环境中所发生的任何错误,几??都会是由感测器及这些电子元件中随後发生的问题所导致。


mSure系统藉由将一已知的叁考讯号注入感测器路径(sensor path),来连续监测该讯号路径的响应。藉由叠加(superposition)效果,感测器会同时感测到叁考讯号和负载讯号。由於此组合讯号会从相同的路径来获取,因此在电子电路的尾端处会出现该组合讯号的数位代表值。检测电路会从负载讯号中提取出叁考讯号的成分,一旦完成时,mSure系统就可使用完整讯号链(从感测器一路到数位代表值)的传递函数。依据叠加理论,同样的传递函数也适用於负载讯号一直到数位代表值,如此我们就能够判断准确度是否出现了变化。为了保留电力的数据,mSure讯号可透过数位方式,从计量的讯号路径中被移除。


为了要能被普遍接受,mSure系统的设计具有以下的优点:高成本效益、电力效益、能在一长寿命周期中非常稳定的动作、并且能稳固的对应各种负载和干扰。它可以藉由设定来适用於业界中各种主要类型的感测器上,包括分流器(shunt)、变流器(current transformer)、分压器(potential divider)、和Rogowski线圈等。其监测功能并不会干扰到计量认证(metrology certification),也不需要任何配套的法规更改,因为它不会改变校准或准确度的设定。


营业收入的保护

电表篡改是公用事业收入损失的主要原因之一。虽然通常这被视为是发展中经济体的一个较大的问题,但实际上在许多已开发国家中,它其实也是重要的议题,并且情况不断地在恶化当中。根据英国的天然气和电力市场办事处(Office of Gas and Electricity Markets)最近提出的一份报告估计,每年被盗用的电力规模超过2亿欧元,另外还有2500万欧元则是被花费在公用事业公司调查电力盗用、维修、或更换篡改的现场设备上[2]。尽管mSure本身并不能防止每一种类型的篡改方法,但它独特的感测器和电子元件的监测功能,使其能够检测出目前防篡改电表所无法识别的一些篡改尝试,例如更改感测器的转移函数。即使公用事业只预防了所有篡改事件中的一小部分,对於营业收入来说,都能有显着的助益。


结论

现今的电表,都是事先经过生产工厂中认证、校准和测试後,才提供到市场并进行安装部署,以确保能符合不同地区标准所规定的一整套准确性和性能条件,而接下来就只能信任(元件品质和统计测试)这些电表都将保持准确。ADI所推出的mSure新技术,能够善用智慧型电表的连线,实现无干扰式的现场原位准确度测试(noninvasive in situ accuracy testing in the field)。它可以带来诸如大数据分析这类的好处,供业者了解整个电表部署的准确性,并判定出任何的篡改尝试,这将有助於改这些善业者的业务收入。


在未来,mSure解决方案除了能量测电力以监测电力网设备外,还可用来提供更广泛的效益,特别是在设备资产健康、故障位置隔离、以及服务复原(FLISR)等领域上。


(本文作者Jed Hurwitz任职於ADI亚德诺半导体)


叁考文献

[1] Bal Mukund Vyas. “The Importance of Sustained AccuracyCommercial Implications of Inaccurate Meters.” Metering International, Issue. 2, 2015.


[2] “Tackling Electricity TheftConsultation.” Ofgem, July 2013.


**刊头图**(source:Enterprise IoT Insights)


相关文章
精确、联网、高效能 嵌入式系统联网新革命
物联当道 嵌入式系统的联网新价值
蓝牙网状网路与IIoT如何重塑厂房与仓储管理
五大环控技术 建构智慧化温室系统
传动系统朝向AI自我预先维护机制技术发展
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新品
Blackfin Development Tools Bundle
原厂/品牌:ADI
供应商:安馳科技
產品類別:DSP
BLACKFIN USB-LAN EZ-EXTENDER
原厂/品牌:ADI
供应商:安馳科技
產品類別:DSP
BLACKFIN EZ-EXTENDER
原厂/品牌:ADI
供应商:安馳科技
產品類別:DSP
  相关新闻
» 物联网加速落地 感测器整合需求日益迫切
» 物联网落地速度加快 整合成感测器必要设计
» ADI以高性能长距语音解决方案克服智慧喇叭的设计挑战
» ST:台湾智慧制造脚步较快 不过大陆潜力值得期待
» 南台湾国际产学联盟展现智慧照护医材软硬实力
  相关产品
» ADI 60V、双通道、双相升压控制器能串联输出以调整超过 200V 电压
» ADI发表用於自驾车12V-12V 冗馀电池系统的98% 效率双向升降压型控制器
» ADI推出具数位电源系统管理功能超薄μModule稳压器
» ADI推出3.2MHz、汽车等级四通道1A降压型稳压器
» ADI发表低功耗高精度固定增益全差分放大器/ADC驱动器
  相关资源
» Power Management Solutions for Altera FPGAs
» MicroModule Power Products
» Wireless & RF Solutions
» Telecom, Datacom and Industrial Power Products
» Power Management for LEDs

AD