ADI智能電網(wǎng)全程解決方案

中國國家電網(wǎng)宣布將在2020年建成覆蓋全國的智能電網(wǎng)，并且已投入了4萬(wàn)億人民幣用于基礎設計建設。這一宏大計劃的實(shí)施將涉及到新能源發(fā)電、新能源并網(wǎng)接入、大容量能量存儲、特高壓輸電以及數字化變電站、智能計量等廣泛的相關(guān)領(lǐng)域，為全球電力設備企業(yè)打開(kāi)了一個(gè)前所未有的巨大市場(chǎng)，同時(shí)也對半導體廠(chǎng)商和設備廠(chǎng)商提出了更高的技術(shù)挑戰。

智能電網(wǎng)的建設中所面臨的關(guān)鍵挑戰有很多，“我們可以看到更多的需求包括高精度的模數轉換器及精密的運算放大器、支持網(wǎng)絡(luò )功能的處理器以及控制器，長(cháng)壽命、寬溫度范圍、高可靠的隔離器件，等等?！痹谧罱匍_(kāi)的“2012產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢媒體研討會(huì )”上，ADI公司技術(shù)業(yè)務(wù)經(jīng)理張松剛（Singer）指出。

ADI公司參與能源相關(guān)的半導體解決方案已有超過(guò)十年的歷史，并在2009年專(zhuān)門(mén)成立了從事智能電網(wǎng)和其他能源應用的新機構，從能源計量芯片到全面能源及電力系統各個(gè)環(huán)節的控制系統方案中都有豐富的產(chǎn)品方案，在輸配電、繼電保護、測控系統、電能計量及能量控制等方面一直保持領(lǐng)先技術(shù)優(yōu)勢，并占據著(zhù)很高的市場(chǎng)份額。面臨智能電網(wǎng)逐步全球普及帶來(lái)的巨大機遇，ADI又有怎樣的觀(guān)察？能提供哪些領(lǐng)先的技術(shù)支持呢？

圖1：在發(fā)、輸、配、用所有環(huán)節，ADI均能提供領(lǐng)先的技術(shù)解決方案。

發(fā)電環(huán)節，新能源前景依然看好　

NPD Solarbuzz中國項目報告近期指出，許多光伏制造企業(yè)已經(jīng)制訂了宏偉的計劃，準備2012年在國內自主或合作開(kāi)發(fā)數百兆瓦的項目。而不少業(yè)界人士近期也紛紛指出，經(jīng)過(guò)去年下半年的洗牌和下滑，當前光伏市場(chǎng)的成本大幅下降，現在建電站的成本大幅減小，市場(chǎng)又開(kāi)始呈現出火熱的態(tài)勢。在風(fēng)電方面，根據《新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃》，僅海上風(fēng)電規劃中，“十二五”時(shí)期中國裝機容量為500萬(wàn)千瓦，2020年裝機容量將達3000萬(wàn)千瓦。

盡管以風(fēng)電、太陽(yáng)能光伏為代表的新能源在迎來(lái)快速增長(cháng)的勢頭之后，2011年曾經(jīng)一度面臨過(guò)山車(chē)般的市場(chǎng)景氣逆轉，但不可否認，新能源依然具有美好的發(fā)展前景?！霸诎l(fā)電這一塊，新能源將作為未來(lái)主要趨勢。我們也會(huì )花更多的時(shí)間關(guān)注新能源領(lǐng)域?！盨inger表示，“而目前中國企業(yè)在新能源裝備制造領(lǐng)域占據全球市場(chǎng)領(lǐng)先地位，ADI期待幫助中國企業(yè)在技術(shù)上進(jìn)一步提高競爭能力?！?/P>

新能源發(fā)電主要涉及的技術(shù)包括了大功率風(fēng)力發(fā)電機組的設計與組裝技術(shù)、發(fā)電機控制技術(shù)、大功率變流技術(shù)、光伏系統的MPPT控制、光伏逆變技術(shù)和并網(wǎng)技術(shù)等?！霸谶@些方面，ADI都有相關(guān)的技術(shù)提供支持，特別是ADI高精度轉換器和運算放大器保證了新能源的電壓電流的精密測量?！盨inger指出，“例如，對逆變器的母線(xiàn)電流進(jìn)行檢測以及電氣隔離，ADI的AD7400、AD7401因為集成了Sigma-Delta調制器和ADI的專(zhuān)利技術(shù)iCoupler隔離器，可以大大降低系統復雜性，提高了集成度和穩定性。同時(shí)，對于某些利用霍爾器件做隔離的系統，ADI也提供精密ADC作為母線(xiàn)電流檢測的轉換器。另外，對于有些需要做馬達轉速/轉角檢測的應用，由于系統要求穩定性極高，AD2S1210這類(lèi)RDC可以為系統提供一個(gè)簡(jiǎn)便、穩定的正/余旋信號處理轉換通道?！?/P>

圖2：ADI在風(fēng)能、太陽(yáng)能以及能源存儲等新能源領(lǐng)域提供了廣泛的解決方案。

電力輸配，新技術(shù)和標準催生大市場(chǎng)　

“由于新能源發(fā)電的原動(dòng)力不可控，發(fā)電輸出的電能具有波動(dòng)性和間歇性，當并網(wǎng)規模達到一定程度是將會(huì )改變電網(wǎng)的潮流分布，傳統電網(wǎng)的潮流控制將發(fā)生重大改變，會(huì )直接影響電網(wǎng)的穩定性?！盨inger指出。新能源發(fā)電的不確定性，所帶來(lái)的功率波動(dòng)使得電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，太陽(yáng)能發(fā)電也會(huì )有孤島效應，采用傳統的電網(wǎng)保護及測控設備都無(wú)法滿(mǎn)足要求，需要更新型的電網(wǎng)保護及控制設備。

圖3：Singer：ADI期待幫助中國企業(yè)在技術(shù)上提高全球競爭能力。

“新能源規?；蟪霈F的這些問(wèn)題對智能電網(wǎng)提出了現實(shí)的需求，需要將不同地區變電站從傳統意義上的制式進(jìn)行數字化和智能化，從而保證整個(gè)電網(wǎng)的平衡?！盨inger表示。這種轉變將要求很多基礎設施進(jìn)行升級更新，無(wú)疑將帶出極大的電力基礎設備市場(chǎng)機遇?！耙宰詣?dòng)化變電站為例，國家電網(wǎng)規劃未來(lái)五年將實(shí)現6100座自動(dòng)化變電站，僅此一項就是一個(gè)非常龐大的市場(chǎng)?！盨inger指出。

然而，目前基于IEC 61850標準的自動(dòng)化變電站的實(shí)現成本依然很高，對龐大的電網(wǎng)系統改造具有極大的壓力?！癆DI希望能幫助降低其中的成本，促進(jìn)中國電網(wǎng)智能化的推進(jìn)?！盨inger表示，“目前在核心處理器這塊，市場(chǎng)上支持IEC61850的解決方案非常有限，ADI近期將會(huì )推出一款支持該標準的非?！o力’的核心處理器?！盨inger笑著(zhù)透露了ADI的關(guān)鍵產(chǎn)品計劃。

智能電網(wǎng)的轉換帶來(lái)的將不僅僅是變電站的技術(shù)升級，所有的電力二次設備都需要滿(mǎn)足具有更強的接口能力、控制能力、保護能力、測量能力、通信能力和數據處理能力。此外，部分二次側的設備功能如一些檢測功能將轉移到一次側，這同樣會(huì )對相關(guān)的產(chǎn)品設計帶來(lái)挑戰，特別是對芯片將提出挑戰，因為一次設備大部分在室外，對溫度范圍、抗干擾以及特殊環(huán)境要求增加?！皩C的溫漂、抗干擾、隔離等性能提出了比傳統解決方案明顯更高的要求。以隔離為例，光隔離將面臨高溫、高熱以及長(cháng)壽命要求上的挑戰?！盨inger指出，“而這些領(lǐng)域正是ADI所擅長(cháng)的，例如專(zhuān)利的iCoupler數字隔離技術(shù)就可以很好地克服傳統光耦隔離對環(huán)境要求高的缺點(diǎn)?！?/P>

電力計量，智能電表方興未艾

“中國是最早開(kāi)始實(shí)行用電計量電子化的國家，而且進(jìn)行得非常徹底。而現在，中國同樣率先快速推進(jìn)智能電表的普及?！憋@然，Singer對中國在電力計量技術(shù)走在全球前列頗為欣慰。事實(shí)上，隨著(zhù)全球智能電網(wǎng)市場(chǎng)的啟動(dòng)，電表智能化正呈方興未艾之勢，中國及全球主要國家都將引來(lái)持續若干年的智能電表安裝高峰期。

電能計量不再是智能電表的唯一功能，電力使用狀況的信息收集、分析和交互管理——透過(guò)先進(jìn)的智能分析工具產(chǎn)生有用信息，再以此實(shí)時(shí)地做出更好的用電決策和電力系統配置優(yōu)化，這將是未來(lái)智能電表的功能需求。智能電表技術(shù)的進(jìn)步將使個(gè)人和企業(yè)可以選擇使用電能的方式和時(shí)間，降低能量的浪費和實(shí)現電能合理利用，電力企業(yè)可以對收集的用電信息進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現存在的問(wèn)題甚至電力故障，為用戶(hù)提供用電咨詢(xún)。電表已經(jīng)從簡(jiǎn)單的基本計量向自動(dòng)抄表、信息采集、自動(dòng)控制等多功能的趨勢發(fā)展。

ADI無(wú)疑是電能計量領(lǐng)域的開(kāi)拓者，很早就成功推出了電能計量器件并一直占據領(lǐng)先的市場(chǎng)優(yōu)勢。作為基本的要求，計量功能依然是智能電表的最重要的，而且對精度、動(dòng)態(tài)范圍等關(guān)鍵特性上提出更高的要求。ADI推出的多款高精度電能計量芯片解決了這些計量需求，包括單芯片計量轉換芯片ADE7858、ADE7868、ADE7878以及ADE7953可以大大簡(jiǎn)化系統軟硬件設計。如果需要更高計量精度， AD73360、AD7606 等同時(shí)采樣ADC可以實(shí)現0.1s—0.2s的高精度計量。

除了高精度計量IC，ADI公司的器件幾乎支持計量系統的所有功能，包括隔離、電源管理和多種類(lèi)型的通信?！爸悄茈姳硪粋€(gè)重要的功能就是實(shí)現電表的自主通信，ADI在這個(gè)領(lǐng)域同樣領(lǐng)先，我們一直在做很深入的研發(fā)?！盨inger指出。據悉，ADI在美國的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )部署方面是射頻集成電路的主要供應商。在國內，ADI利用其基于新型OFDM技術(shù)電力線(xiàn)載波通訊解決方案打入市場(chǎng)，該技術(shù)與目前電力線(xiàn)通信中常用的FSK通訊協(xié)議相比，具有更優(yōu)越的通信可靠性。

圖4：西門(mén)子智能電表采用了 ADI公司的Blackfin處理器。