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4萬億人民幣用于基礎設計建設。這一宏大計劃的實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(shù)字化變電站、智能計量等廣泛的相關領域，為全球電力設備企業(yè)打開了一個前所未有的巨大市場，同時也對半導體廠商和設備廠商提出了更高的技術挑戰(zhàn)。

智能電網(wǎng)的建設中所面臨的關鍵挑戰(zhàn)有很多，“我們可以看到更多的需求包括高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器及精密的運算放大器、支持網(wǎng)絡功能的處理器以及控制器，長壽命、寬溫度范圍、高可靠的隔離器件，等等。”在最近召開的“2012產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢媒體研討會”上，ADI公司技術業(yè)務經(jīng)理張松剛（Singer）指出。

ADI公司參與能源相關的半導體解決方案已有超過十年的歷史，并在2009年專門成立了從事智能電網(wǎng)和其他能源應用的新機構(gòu)，從能源計量芯片到全面能源及電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)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(tǒng)、電能計量及能量控制等方面一直保持領先技術優(yōu)勢，并占據(jù)著很高的市場份額。面臨智能電網(wǎng)逐步全球普及帶來的巨大機遇，ADI又有怎樣的觀察？能提供哪些領先的技術支持呢？

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

發(fā)電環(huán)節(jié)，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(nèi)自主或合作開發(fā)數(shù)百兆瓦的項目。而不少業(yè)界人士近期也紛紛指出，經(jīng)過去年下半年的洗牌和下滑，當前光伏市場的成本大幅下降，現(xiàn)在建電站的成本大幅減小，市場又開始呈現(xiàn)出火熱的態(tài)勢。在風電方面，根據(jù)《新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，僅海上風電規(guī)劃中，“十二五”時期中國裝機容量為500萬千瓦，2020年裝機容量將達3000萬千瓦。

盡管以風電、太陽能光伏為代表的新能源在迎來快速增長的勢頭之后，2011年曾經(jīng)一度面臨過山車般的市場景氣逆轉(zhuǎn)，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，新能源將作為未來主要趨勢。我們也會花更多的時間關注新能源領域?！盨inger表示，“而目前中國企業(yè)在新能源裝備制造領域占據(jù)全球市場領先地位，ADI期待幫助中國企業(yè)在技術上進一步提高競爭能力?！?/P>

新能源發(fā)電主要涉及的技術包括了大功率風力發(fā)電機組的設計與組裝技術、發(fā)電機控制技術、大功率變流技術、光伏系統(tǒng)的MPPT控制、光伏逆變技術和并網(wǎng)技術等?！霸谶@些方面，ADI都有相關的技術提供支持，特別是ADI高精度轉(zhuǎn)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，對逆變器的母線電流進行檢測以及電氣隔離，ADI的AD7400、AD7401因為集成了Sigma-Delta調(diào)制器和ADI的專利技術iCoupler隔離器，可以大大降低系統(tǒng)復雜性，提高了集成度和穩(wěn)定性。同時，對于某些利用霍爾器件做隔離的系統(tǒng)，ADI也提供精密ADC作為母線電流檢測的轉(zhuǎn)換器。另外，對于有些需要做馬達轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)角檢測的應用，由于系統(tǒng)要求穩(wěn)定性極高，AD2S1210這類RDC可以為系統(tǒng)提供一個簡便、穩(wěn)定的正/余旋信號處理轉(zhuǎn)換通道。”

圖2：ADI在風能、太陽能以及能源存儲等新能源領域提供了廣泛的解決方案。

電力輸配，新技術和標準催生大市場　

“由于新能源發(fā)電的原動力不可控，發(fā)電輸出的電能具有波動性和間歇性，當并網(wǎng)規(guī)模達到一定程度是將會改變電網(wǎng)的潮流分布，傳統(tǒng)電網(wǎng)的潮流控制將發(fā)生重大改變，會直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性?！盨inger指出。新能源發(fā)電的不確定性，所帶來的功率波動使得電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，太陽能發(fā)電也會有孤島效應，采用傳統(tǒng)的電網(wǎng)保護及測控設備都無法滿足要求，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)在技術上提高全球競爭能力。

“新能源規(guī)模化后出現(xiàn)的這些問題對智能電網(wǎng)提出了現(xiàn)實的需求，需要將不同地區(qū)變電站從傳統(tǒng)意義上的制式進行數(shù)字化和智能化，從而保證整個電網(wǎng)的平衡?！盨inger表示。這種轉(zhuǎn)變將要求很多基礎設施進行升級更新，無疑將帶出極大的電力基礎設備市場機遇。“以自動化變電站為例，國家電網(wǎng)規(guī)劃未來五年將實現(xiàn)6100座自動化變電站，僅此一項就是一個非常龐大的市場?！盨inger指出。

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

智能電網(wǎng)的轉(zhuǎn)換帶來的將不僅僅是變電站的技術升級，所有的電力二次設備都需要滿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(shù)據(jù)處理能力。此外，部分二次側(cè)的設備功能如一些檢測功能將轉(zhuǎn)移到一次側(cè)，這同樣會對相關的產(chǎn)品設計帶來挑戰(zhàn)，特別是對芯片將提出挑戰(zhàn)，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(tǒng)解決方案明顯更高的要求。以隔離為例，光隔離將面臨高溫、高熱以及長壽命要求上的挑戰(zhàn)?！盨inger指出，“而這些領域正是ADI所擅長的，例如專利的iCoupler數(shù)字隔離技術就可以很好地克服傳統(tǒng)光耦隔離對環(huán)境要求高的缺點?！?/P>

電力計量，智能電表方興未艾

“中國是最早開始實行用電計量電子化的國家，而且進行得非常徹底。而現(xiàn)在，中國同樣率先快速推進智能電表的普及?！憋@然，Singer對中國在電力計量技術走在全球前列頗為欣慰。事實上，隨著全球智能電網(wǎng)市場的啟動，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持續(xù)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——透過先進的智能分析工具產(chǎn)生有用信息，再以此實時地做出更好的用電決策和電力系統(tǒng)配置優(yōu)化，這將是未來智能電表的功能需求。智能電表技術的進步將使個人和企業(yè)可以選擇使用電能的方式和時間，降低能量的浪費和實現(xiàn)電能合理利用，電力企業(yè)可以對收集的用電信息進行分析，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題甚至電力故障，為用戶提供用電咨詢。電表已經(jīng)從簡單的基本計量向自動抄表、信息采集、自動控制等多功能的趨勢發(fā)展。

ADI無疑是電能計量領域的開拓者，很早就成功推出了電能計量器件并一直占據(jù)領先的市場優(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、動態(tài)范圍等關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(zhuǎn)換芯片ADE7858、ADE7868、ADE7878以及ADE7953可以大大簡化系統(tǒng)軟硬件設計。如果需要更高計量精度， AD73360、AD7606 等同時采樣ADC可以實現(xiàn)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(tǒng)的所有功能，包括隔離、電源管理和多種類型的通信。“智能電表一個重要的功能就是實現(xiàn)電表的自主通信，ADI在這個領域同樣領先，我們一直在做很深入的研發(fā)?！盨inger指出。據(jù)悉，ADI在美國的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡部署方面是射頻集成電路的主要供應商。在國內(nèi)，ADI利用其基于新型OFDM技術電力線載波通訊解決方案打入市場，該技術與目前電力線通信中常用的FSK通訊協(xié)議相比，具有更優(yōu)越的通信可靠性。

圖4：西門子智能電表采用了 ADI公司的Blackfin處理器。