應對電能質(zhì)量監測新挑戰，ADI助力配電網(wǎng)數字化轉型

隨著(zhù)各類(lèi)新能源設備不斷增加，低碳環(huán)保成為能源行業(yè)的主流，如何有效治理配網(wǎng)電能質(zhì)量是提高配網(wǎng)可靠、安全運行以及推動(dòng)主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)應用發(fā)展的關(guān)鍵，對電網(wǎng)質(zhì)量的管控也要求越來(lái)越多的電力設備能增加電能質(zhì)量檢測模塊。一方面，電力電子設備的大量接入，使得輸配電網(wǎng)的電能質(zhì)量呈現新特征、新問(wèn)題，亟待解決；另一方面，用電側負荷的多樣性、非線(xiàn)性、沖擊性等日益加劇，電能高效利用迫在眉睫，這些新問(wèn)題給電能質(zhì)量控制技術(shù)帶來(lái)了機遇與挑戰。

揭秘ADI芯片化電能質(zhì)量解決方案

良好的電能質(zhì)量意味著(zhù)能要保持穩定的供電電壓，包括穩定的頻率與穩定的幅值，否則可能會(huì )導致變壓器效率降低、破壞電網(wǎng)、電源損壞、信息系統的崩潰等一系列事故的發(fā)生。因此，監測電能質(zhì)量不僅能確保能源的穩定供應，也能進(jìn)一步提高電網(wǎng)的可靠性，同時(shí)提前診斷設備失效的可能性，提升經(jīng)濟效益。

此外，碳中和碳達峰目標所驅?zhuān)瑯嫿ㄒ孕履茉礊橹黧w的新型電力系統已經(jīng)成為電力行業(yè)轉型發(fā)展的方向，未來(lái)新能源高比例并網(wǎng)，電力系統調節手段不足的問(wèn)題將愈加突出，數字化、智能化有望成為未來(lái)新型電力系統發(fā)展的重要抓手，將在電力系統的電源、電網(wǎng)、負荷、儲能各環(huán)節全面發(fā)揮作用。新型電力系統對電能質(zhì)量監測的需求來(lái)自于分布式發(fā)電、邊緣計算及電能計量、電能質(zhì)量生態(tài)系統等多個(gè)方面，例如增加的可再生能源和分布式發(fā)電帶來(lái)電網(wǎng)波動(dòng)、逆變器可能會(huì )導致電能質(zhì)量問(wèn)題，允許邊緣計算監控配電網(wǎng)絡(luò )的電能質(zhì)量等。

新型電力系統對電能質(zhì)量監測的需求

為應對新型電力系統市場(chǎng)的電能質(zhì)量監測需求變化，ADI采用高精度多通道多功能計量模擬前端ADE9430做為模擬采樣芯片，可以實(shí)現三相電能計量、高達40次的諧波檢測及各種電能質(zhì)量要求的信號調理及檢測輸出，并以代碼軟件庫的型式實(shí)現了標準要求的電能質(zhì)量檢測和分析的各類(lèi)功能，包括了高精度的電能計量功能、各級諧波分析功能、閃變和三相不平衡等標準要求的內容, 可以滿(mǎn)足模塊化設計和快速推向市場(chǎng)。該方案滿(mǎn)足國際通用的電能質(zhì)量標準IEC6 1000-4-30 ClassS，在滿(mǎn)足標準的三相電能計量的同時(shí)，提供了可以運行在MCU上的電能質(zhì)量軟件庫。

基于A(yíng)DE9430的電能質(zhì)量解決方案

作為一款高性能、多相電能和S類(lèi)電源質(zhì)量監控IC，ADE9430芯片級解決方案滿(mǎn)足配電網(wǎng)中的各類(lèi)電能質(zhì)量監控裝置、配電變壓器監控及融合終端、新型物聯(lián)網(wǎng)電能表、新型物聯(lián)網(wǎng)斷路器、數據中心的PDU及UPS、分布式能源監控等目前各類(lèi)新應用的需求。

便攜式電能質(zhì)量分析儀是對電網(wǎng)運行質(zhì)量進(jìn)行檢測及分析的設備，可以對電網(wǎng)運行進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的數據采集監測，同時(shí)配備電能質(zhì)量數據分析軟件，對測量數據進(jìn)行各種分析。其設計方案的模擬信號采集可由2片ADI 16位分辨率8通道同步采樣的AD7606完成。AD7606每個(gè)通道包含模擬輸入鉗位保護、可編程增益放大器 (PGA)、低通濾波器、16 位逐次逼近寄存器 (SAR) 和模數轉換器 (ADC)，AD7606B還包含靈活的數字濾波器、低漂移、2.5 V 精密基準電壓源和基準電壓緩沖器，用于驅動(dòng)ADC以及靈活的并行和串行接口。

此外，AD777x系列產(chǎn)品實(shí)現了業(yè)界最佳的動(dòng)態(tài)范圍和數據輸出綜合性能，集成了采樣速率轉換器，簡(jiǎn)化電能質(zhì)量設備的設計難題，可幫助電能質(zhì)量測量設備進(jìn)行電網(wǎng)早期故障的檢測，使其更容易滿(mǎn)足IEC61000-4-30 Class A標準……

多場(chǎng)景應用進(jìn)一步提高配網(wǎng)電能質(zhì)量

事實(shí)上，在能源領(lǐng)域ADI技術(shù)覆蓋了發(fā)、輸、用、配各個(gè)環(huán)節，針對配網(wǎng)電能質(zhì)量要求ADI也推出了更多創(chuàng )新方案，例如集中式儲能與家用儲能解決方案、BMS芯片、直流充電樁應用與直流電能表方案等。

以?xún)δ芟到y應用要求為例，隨著(zhù)分布式新能源滲透率的逐步提高，加上各類(lèi)非線(xiàn)性、沖擊性負荷的接入，敏感負載對供電可靠性和電能質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求，儲能作為有功功率存儲的介質(zhì)，可以有效平衡配網(wǎng)有功功率，很大程度上解決新能源發(fā)電產(chǎn)生的電壓驟降、電壓跌落等隨機性、波動(dòng)性問(wèn)題，實(shí)現新能源發(fā)電的平滑輸出，能有效調節新能源發(fā)電引起的電網(wǎng)電壓、頻率及相位的變化，提高配網(wǎng)電能質(zhì)量。

ADI BMS系列芯片作為非常成熟的技術(shù)已被大量應用于電動(dòng)汽車(chē)及儲能系統中，在滿(mǎn)足測量精度、被動(dòng)及主動(dòng)均衡、安全及可靠性設計上都有突出表現。例如ADI針對鋰電池管理推出的高精度18通道可堆疊設計的專(zhuān)用電池管理芯片ADBMS1818，與LTC6820通信芯片配合可以完美地實(shí)現各類(lèi)BMS系統設計及搭建ESS儲能系統應用；ADI功率轉換系統級解決方案則包括了針對功率轉換的隔離柵極驅動(dòng)SiC/IGBT/Si MOSFET方案、CAN/USB/RS-485/SPI隔離通信方案等。

面向工業(yè)儲能應用的BMS方案

對于將來(lái)的配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車(chē)是一個(gè)巨大的終端負載，大量電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)序、集中充電，將對配電網(wǎng)帶來(lái)極大的沖擊，大電流直流快充是電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢。對此ADI同樣提供了充電樁電力計量、直流變換模塊、充電控制器等主要功能模塊解決方案，例如ADuM4136 iCoupler隔離式柵極驅動(dòng)器可實(shí)現150kV/μs的共模瞬變抗擾度(CMTI)，以數百kHz的開(kāi)關(guān)頻率驅動(dòng)SiC MOSFET，加上去飽和保護等快速故障管理功能，設計人員可以正確驅動(dòng)高達1200V的單個(gè)或并聯(lián)SiC MOSFET，能夠確保充電機在不犧牲效率的情況下，在功率變換器中實(shí)現超高的功率密度。

ADI直流充電樁信號鏈

針對直流計量應用，ADI的直流電能表設計方案采用了多通道24位的精密ADC AD7779做為采樣核心器件，精密運放AD4528連接μΩ級電流分流器，用來(lái)為小分流信號提供超低漂移、100 V/V放大。通過(guò)直接與AD7779 ADC輸入端相連的1000:1比率的電阻電位分壓器，可以精確測量高直流電壓。最后，利用微控制器實(shí)現簡(jiǎn)單的連續采樣、中斷驅動(dòng)計量功能；同時(shí)，微控制器還支持系統級接口，如RS-485、LCD顯示和按鈕，ADI采用該方案設計了概念驗證的原型表。

為應對能源危機和環(huán)境問(wèn)題，各種新能源發(fā)電技術(shù)、直流輸電技術(shù)等已逐步發(fā)展并推廣應用，使得現代電網(wǎng)逐步形成了集中式規?；ヂ?lián)大電網(wǎng)和分布式電源與微電網(wǎng)并存的發(fā)展方向，其電能質(zhì)量問(wèn)題也勢必出現新的現象和規律。作為精密測量和電能計量行業(yè)領(lǐng)導者，針對電能質(zhì)量監測ADI可提供豐富對的芯片化及模塊化解決方案，通過(guò)對各類(lèi)傳感信號的檢測和處理來(lái)得到系統級的監控與管理信息，以滿(mǎn)足市場(chǎng)的各種要求，加速電網(wǎng)的數字化智能化轉型。