芯象半導(dǎo)體推出智能微電網(wǎng)本地通信架構(gòu)

產(chǎn)業(yè)價值

智能微電網(wǎng)是指由分布式電源、用電負(fù)荷、配電設(shè)施、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組成的小型發(fā)配用電系統(tǒng)，具備完整的發(fā)輸配用全鏈路功能，可實現(xiàn)自我控制、自主保護(hù)與協(xié)同管理，是典型的自治型電力系統(tǒng)。它既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行，是智能電網(wǎng)的重要組成部分。隨著電力行業(yè)“十五五”規(guī)劃的落地，智能微電網(wǎng)成為新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。據(jù)行業(yè)預(yù)測，未來五年我國智能微電網(wǎng)市場規(guī)模將保持高速增長，應(yīng)用場景將從傳統(tǒng)工業(yè)廠區(qū)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、逐步向鄉(xiāng)村振興、新型電力系統(tǒng)、家用能源體系建設(shè)等多領(lǐng)域延伸，在提升供電可靠性、助力”雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)等方面展現(xiàn)出廣闊的產(chǎn)業(yè)價值。

圖：智能微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意

核心挑戰(zhàn)

智能微電網(wǎng)要實現(xiàn)完美的自治運行與故障自愈能力需依托新型高可靠、低時延的本地通信技術(shù)提供底層支撐。從通信技術(shù)視角分析，其面臨的核心技術(shù)挑戰(zhàn)體現(xiàn)在以下四個維度：

1. 終端節(jié)點規(guī)模龐大：一個工商業(yè)智能微電網(wǎng)系統(tǒng)涵蓋計量類（智能電表）、開關(guān)類（斷路器）、量測類（智能量測終端）、發(fā)電類（光伏逆變器、充電樁）、儲能類（儲能變流器）及能源路由器等核心設(shè)備；若要實現(xiàn)精細(xì)化管控，還需接入環(huán)境傳感器、故障傳感器、智能照明系統(tǒng)、空調(diào)暖通系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等海量感知與控制終端。

2. 控制與調(diào)度需滿足毫秒級響應(yīng)：交流電力系統(tǒng)工頻周期為20ms，若要實現(xiàn)電源無縫切換、高頻次電力場景態(tài)勢采集、故障快速定位與實時調(diào)度，本地通信系統(tǒng)必須具備毫秒級響應(yīng)能力。同時智能微電網(wǎng)包含眾多子系統(tǒng)，通信系統(tǒng)需支持多子系統(tǒng)并發(fā)運行的實時響應(yīng)。典型場景下，由于天氣原因?qū)е鹿夥M件功率驟降時，需在毫秒級內(nèi)完成儲能充放電指令與大電網(wǎng)補(bǔ)能調(diào)度的協(xié)同傳輸，以維持微電網(wǎng)電壓與頻率穩(wěn)定，而這一過程的毫秒級響應(yīng)能力，是保障系統(tǒng)性能與效率最大化的關(guān)鍵。

3、需實現(xiàn)交直流系統(tǒng)互聯(lián)互通：完整的智能微電網(wǎng)系統(tǒng)涵蓋強(qiáng)電交流系統(tǒng)（如國網(wǎng)、南網(wǎng)供電設(shè)施及傳統(tǒng)交流用電器）、高壓直流系統(tǒng)（如光伏系統(tǒng)、電動車供電系統(tǒng)）、弱電直流系統(tǒng)（如樓宇自控系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)），因此本地通信系統(tǒng)需支持跨電源域的統(tǒng)一控制與調(diào)度。

4. 終端傳感設(shè)備低功耗需求嚴(yán)苛：系統(tǒng)內(nèi)部署有大量傳感設(shè)備，此類設(shè)備具備便攜化、隨裝化部署特性，且需滿足高頻次的信息采集需求，因此本地通信系統(tǒng)需具備超低功耗特性，同時支持設(shè)備深度休眠與自主喚醒功能。

圖：智能微電網(wǎng)多電源域互通

系統(tǒng)優(yōu)勢

芯象半導(dǎo)體依托多年通信領(lǐng)域的深度技術(shù)積累，推出基于“分層網(wǎng)絡(luò)”的智能微電網(wǎng)本地通信架構(gòu)，真正實現(xiàn)”網(wǎng)隨電通、實時通信、可靠連接”的特性。該系統(tǒng)具備的技術(shù)優(yōu)勢為：

1. 大容量接入能力：支持單一項目十萬量級設(shè)備同時在線，全系統(tǒng)100%連通率；

2. 實時并發(fā)交互能力：支持系統(tǒng)內(nèi)多場景、多子網(wǎng)（數(shù)百量級）并發(fā)運行，場景內(nèi)毫秒級實時通信；

3. 超低功耗待機(jī)能力：支持無線傳感設(shè)備全場景靈活部署，設(shè)備待機(jī)功耗低至微安級，單顆紐扣電池即可實現(xiàn)數(shù)年待機(jī)；

4. 跨域連通能力：采用 PLC融合無線通信系統(tǒng)（SubG、2.4G），可實現(xiàn)多電源域互聯(lián)互通、跨回路通信、跨相線通信。

系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)具備三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，支持全系統(tǒng)應(yīng)用，也可根據(jù)客戶項目實際特點，進(jìn)行局部系統(tǒng)裁剪與個性化適配，各層網(wǎng)絡(luò)特性如下：

1.第一層網(wǎng)絡(luò)（主干層）支持2048節(jié)點自組網(wǎng)，采用HPLC-HRF雙模通信架構(gòu)，支持SubG頻段無線連接以及多達(dá)15級中繼組網(wǎng)能力，可以滿足大型園區(qū)級網(wǎng)絡(luò)覆蓋，通信直達(dá)樓宇內(nèi)部。支持的設(shè)備終端包括智能表計、智能斷路器、充電樁、儲能與光伏逆變器等。本層重點解決大范圍網(wǎng)絡(luò)覆蓋、大容量終端接入、信息采集與雙向通信的可靠性問題，響應(yīng)時間為百毫秒級。借助第一層網(wǎng)絡(luò)，中央?yún)f(xié)調(diào)器可以實現(xiàn)對微電網(wǎng)系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮，優(yōu)化微電網(wǎng)的運行效率，同時實現(xiàn)多分布式電源、儲能系統(tǒng)的協(xié)同控制。

2.第二層網(wǎng)絡(luò)（物聯(lián)層）可以作為多個子網(wǎng)絡(luò)掛載在第一級網(wǎng)絡(luò)任意節(jié)點下。支持子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部毫秒級實時通信。子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點采用PLC-IoT超短幀結(jié)構(gòu)搭載2.4G無線通信能力組成雙模通信系統(tǒng)。同時基于正交碼實現(xiàn)多子網(wǎng)物理層隔離，可支持?jǐn)?shù)百個子網(wǎng)并行穩(wěn)定工作。第二層網(wǎng)絡(luò)適用于建筑物房間內(nèi)部覆蓋，以及具備人機(jī)交互的場景，可提供高流暢的實時操控體驗，如大型酒店多房間并發(fā)操控場景。支持的終端設(shè)備包括分布式光伏組件級管理系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、水暖系統(tǒng)、音響與氛圍系統(tǒng)等。第二層網(wǎng)絡(luò)重點解決通信的實時性需求，實現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)無擾并存以及良好的人機(jī)交互體驗。

3.第三層網(wǎng)絡(luò)（傳感層）可以作為智能微電網(wǎng)的邊緣神經(jīng)層，可以通過第二層網(wǎng)絡(luò)任意節(jié)點接入系統(tǒng)。該層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具備低功耗無線連特特性，支持無源傳感設(shè)備，如溫濕度傳感器、光線傳感器、人體紅外傳感器、無線煙感等設(shè)備，同時支持照明系統(tǒng)的隨意貼面板部署，實現(xiàn)一顆紐扣電池長達(dá)數(shù)年的待機(jī)能力。第三層網(wǎng)絡(luò)重點解決的是邊緣設(shè)備低功耗運行的問題，實現(xiàn)設(shè)備安裝、配置、運維的便捷性。

基于以上本地三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，云端的微電網(wǎng)控制中心可以高效的完成全局優(yōu)化與能量管理工作，包括：負(fù)荷預(yù)測、電源計劃、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、市場交易對接等。

圖：智能微電網(wǎng)三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

生態(tài)互通與可靠運行

芯象半導(dǎo)體推出的三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支持方案商自主二次開發(fā)，同時具備優(yōu)異的生態(tài)兼容性與多系統(tǒng)互聯(lián)互通能力，包括：

1.系統(tǒng)支持統(tǒng)一開放指令集和統(tǒng)一網(wǎng)管，真正實現(xiàn)全系統(tǒng)在同一個網(wǎng)絡(luò)下統(tǒng)一的運維管理接口。邊緣側(cè)節(jié)點也可以通過手機(jī)藍(lán)牙接入，通過APP實現(xiàn)直接的網(wǎng)絡(luò)配置、運維與部署通道。借助該通道，也可以實現(xiàn)對支持BLE藍(lán)牙系統(tǒng)的第三方生態(tài)設(shè)備接入；

2.作為微電網(wǎng)系統(tǒng)，可以通過第一層網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與國網(wǎng)、南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的互聯(lián)互通，實現(xiàn)智能微電網(wǎng)的并網(wǎng)工作與能源調(diào)動；

3.協(xié)議透傳：本系統(tǒng)支持 Modbus、RS485 等主流工業(yè)總線協(xié)議透傳，可與海量工業(yè)設(shè)備、控制系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接；

4.完善的調(diào)試軟件、專業(yè)運維系統(tǒng)，搭配開放的軟硬件參考設(shè)計，可大幅縮短方案商二次開發(fā)周期，加速產(chǎn)品落地與項目交付；

5.Mesh組網(wǎng)：第二層網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)實時控制的關(guān)鍵層級，為了達(dá)到可靠穩(wěn)定的用戶體驗，系統(tǒng)加入無頭端Mesh組網(wǎng)模式，即便本層CCO設(shè)備癱瘓，甚至整個第一層網(wǎng)絡(luò)故障，仍然可以保持本層設(shè)備的自主運行與穩(wěn)定互聯(lián)；

6.全網(wǎng)精準(zhǔn)授時：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)規(guī)?；渴鸷?，全網(wǎng)時鐘同步是實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定控制與數(shù)據(jù)交互的核心基礎(chǔ)。本系統(tǒng)采用芯象半導(dǎo)體自研高精度授時體系，單次授時即可實現(xiàn)全網(wǎng)設(shè)備毫秒級時鐘同步。；

7.在線升級：配合遠(yuǎn)程運維工具，全系統(tǒng)支持在線升級，保障通信與應(yīng)用系統(tǒng)的迭代優(yōu)化能力；

8.可靠雙模通信：第一層網(wǎng)絡(luò)支持HPLC技術(shù)與SubG射頻系統(tǒng)雙模，重點解決遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求，第二層采用PLC-IoT技術(shù)與2.4G射頻雙模，重點解決跨域通信與無線傳感器互通的痛點。兩套雙模技術(shù)均采用單芯片雙通道架構(gòu)，極大的節(jié)省布板面積與系統(tǒng)成本；同時在智能微電網(wǎng)架構(gòu)中，通信模組與終端用電器距離較近，因此用電器帶來的各種干擾以及阻抗的變化對通信性能影響較大，本系統(tǒng)在載波通信技術(shù)底層增加了大量的自適應(yīng)抗干擾算法，同時通過無線通道的輔助連接，有效的規(guī)避了單一電力線載波通信天生的性能短板，有效的提升了全系統(tǒng)的通信可靠性；

9.安全互聯(lián)與認(rèn)證：系統(tǒng)支持強(qiáng)大的安全認(rèn)證體系，保證組網(wǎng)后的設(shè)備都是經(jīng)過物聯(lián)云授權(quán)的認(rèn)證設(shè)備。系統(tǒng)基于國密標(biāo)準(zhǔn)簽名算法和國密無證書公鑰機(jī)制算法，完成物聯(lián)云對入網(wǎng)設(shè)備身份信息及報文信息的簽名和驗簽。

10.積木式搭建與靈活擴(kuò)展：三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支持全系統(tǒng)運行，同時也支持靈活的系統(tǒng)裁剪與組合搭建。由于智能微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活，從工商業(yè)園區(qū)、供電臺區(qū)到家庭戶用規(guī)模差異較大，覆蓋場景從幾十節(jié)點的獨立房間到上萬節(jié)點的整個商業(yè)樓宇。因此芯象半導(dǎo)體推出的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支持靈活的積木式搭建能力，獨立任何一層或者獨立子網(wǎng)均可以完成系統(tǒng)運行，通過系統(tǒng)搭建也可以實現(xiàn)十萬量級的節(jié)點互聯(lián)互通。

圖：本地網(wǎng)絡(luò)的分層組件

系統(tǒng)能力與服務(wù)保障

芯象半導(dǎo)體自研電力線載波以及無線通信芯片可全面適配上述分層網(wǎng)絡(luò)的全場景部署應(yīng)用。其中主干層采用HDC雙模芯片SIG900系列，物聯(lián)層采用PLC-IoT雙模芯片SIG200DM系列，傳感層采用2.4G無線通信芯片LH7350系列。

基于以上芯片方案，芯象半導(dǎo)體提供全系列、多形態(tài)的通信模組產(chǎn)品，可大幅降低客戶二次開發(fā)與方案集成難度，加速項目落地。

圖：不同形態(tài)的網(wǎng)絡(luò)通信模組

在現(xiàn)場部署與工程實施環(huán)節(jié)，芯象半導(dǎo)體配套提供全系列專業(yè)運維工具，包括抄控器、中繼器、跨相耦合器等，客戶可以便捷的進(jìn)行集成與工程落地實施。

圖：網(wǎng)絡(luò)運維工具

啟動元年

2026年是智能微電網(wǎng)規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵一年，這一領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展既是我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要支撐，也是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。芯象半導(dǎo)體打造的適配智能微電網(wǎng)的本地通信架構(gòu)，將為產(chǎn)業(yè)持續(xù)注入發(fā)展動力，推動這一 “能源新基建” 成為能源變革的核心主力軍。

芯象半導(dǎo)體

·芯象半導(dǎo)體專注于數(shù)字能源領(lǐng)域數(shù)?；旌蟂oC芯片設(shè)計，深耕多核異構(gòu)SoC體系架構(gòu)，完成“通感算”一體化系列產(chǎn)品布局；

·核心產(chǎn)品為通信芯片和行業(yè)模組方案，應(yīng)用于電力集抄、智能配電、數(shù)字光伏、能效管理等四大領(lǐng)域；

·公司為國家高新企業(yè)、省級專精特新企業(yè)、北京市知識產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢單位、浙商總會綠色能源委員會委員單位、全球智慧物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟GIIC理事單位；

·累計申報知識產(chǎn)權(quán)超90項，其中已獲得發(fā)明專利授權(quán)40余項、實用新型專利2項、軟件著作權(quán)11項、集成電路布圖設(shè)計5項；

·公司由多家千億級產(chǎn)業(yè)龍頭聯(lián)合投資組建，在新型電力系統(tǒng)、算電協(xié)同、智能微電網(wǎng)、能效與雙碳等領(lǐng)域具備戰(zhàn)略級協(xié)同基礎(chǔ)。