【導讀】隨著各類新能源設(shè)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、安全運行以及推動主動配電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵，對電網(wǎng)質(zhì)量的管控也要求越來越多的電力設(shè)備能增加電能質(zhì)量檢測模塊。一方面，電力電子設(shè)備的大量接入，使得輸配電網(wǎng)的電能質(zhì)量呈現(xiàn)新特征、新問題，亟待解決；另一方面，用電側(cè)負荷的多樣性、非線性、沖擊性等日益加劇，電能高效利用迫在眉睫，這些新問題給電能質(zhì)量控制技術(shù)帶來了機遇與挑戰(zhàn)。
揭秘ADI芯片化電能質(zhì)量解決方案
良好的電能質(zhì)量意味著能要保持穩(wěn)定的供電電壓，包括穩(wěn)定的頻率與穩(wěn)定的幅值，否則可能會導致變壓器效率降低、破壞電網(wǎng)、電源損壞、信息系統(tǒng)的崩潰等一系列事故的發(fā)生。因此，監(jiān)測電能質(zhì)量不僅能確保能源的穩(wěn)定供應(yīng)，也能進一步提高電網(wǎng)的可靠性，同時提前診斷設(shè)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(qū)，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)已經(jīng)成為電力行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的方向，未來新能源高比例并網(wǎng)，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)手段不足的問題將愈加突出，數(shù)字化、智能化有望成為未來新型電力系統(tǒng)發(fā)展的重要抓手，將在電力系統(tǒng)的電源、電網(wǎng)、負荷、儲能各環(huán)節(jié)全面發(fā)揮作用。新型電力系統(tǒng)對電能質(zhì)量監(jiān)測的需求來自于分布式發(fā)電、邊緣計算及電能計量、電能質(zhì)量生態(tài)系統(tǒng)等多個方面，例如增加的可再生能源和分布式發(fā)電帶來電網(wǎng)波動、逆變器可能會導致電能質(zhì)量問題，允許邊緣計算監(jiān)控配電網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量等。
新型電力系統(tǒng)對電能質(zhì)量監(jiān)測的需求
為應(yīng)對新型電力系統(tǒng)市場的電能質(zhì)量監(jiān)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，可以實現(xiàn)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(diào)理及檢測輸出，并以代碼軟件庫的型式實現(xiàn)了標準要求的電能質(zhì)量檢測和分析的各類功能，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(nèi)容, 可以滿足模塊化設(shè)計和快速推向市場。該方案滿足國際通用的電能質(zhì)量標準IEC6 1000-4-30 ClassS，在滿足標準的三相電能計量的同時，提供了可以運行在MCU上的電能質(zhì)量軟件庫。
基于ADE9430的電能質(zhì)量解決方案
作為一款高性能、多相電能和S類電源質(zhì)量監(jiān)控IC，ADE9430芯片級解決方案滿足配電網(wǎng)中的各類電能質(zhì)量監(jiān)控裝置、配電變壓器監(jiān)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(shù)據(jù)中心的PDU及UPS、分布式能源監(jiān)控等目前各類新應(yīng)用的需求。
便攜式電能質(zhì)量分析儀是對電網(wǎng)運行質(zhì)量進行檢測及分析的設(shè)備，可以對電網(wǎng)運行進行長時間的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測，同時配備電能質(zhì)量數(shù)據(jù)分析軟件，對測量數(shù)據(jù)進行各種分析。其設(shè)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(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，AD7606B還包含靈活的數(shù)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(qū)動ADC以及靈活的并行和串行接口。
此外，AD777x系列產(chǎn)品實現(xiàn)了業(yè)界最佳的動態(tài)范圍和數(shù)據(jù)輸出綜合性能，集成了采樣速率轉(zhuǎn)換器，簡化電能質(zhì)量設(shè)備的設(shè)計難題，可幫助電能質(zhì)量測量設(shè)備進行電網(wǎng)早期故障的檢測，使其更容易滿足IEC61000-4-30 Class A標準……
多場景應(yīng)用進一步提高配網(wǎng)電能質(zhì)量
事實上，在能源領(lǐng)域ADI技術(shù)覆蓋了發(fā)、輸、用、配各個環(huán)節(jié)，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(yīng)用與直流電能表方案等。
以儲能系統(tǒng)應(yīng)用要求為例，隨著分布式新能源滲透率的逐步提高，加上各類非線性、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、波動性問題，實現(xiàn)新能源發(fā)電的平滑輸出，能有效調(diào)節(jié)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(yīng)用于電動汽車及儲能系統(tǒng)中，在滿足測量精度、被動及主動均衡、安全及可靠性設(shè)計上都有突出表現(xiàn)。例如ADI針對鋰電池管理推出的高精度18通道可堆疊設(shè)計的專用電池管理芯片ADBMS1818，與LTC6820通信芯片配合可以完美地實現(xiàn)各類BMS系統(tǒng)設(shè)計及搭建ESS儲能系統(tǒng)應(yīng)用；ADI功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)級解決方案則包括了針對功率轉(zhuǎn)換的隔離柵極驅(qū)動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(yīng)用的BMS方案
對于將來的配電網(wǎng)來說，電動汽車是一個巨大的終端負載，大量電動汽車的無序、集中充電，將對配電網(wǎng)帶來極大的沖擊，大電流直流快充是電動汽車行業(yè)未來發(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(qū)動器可實現(xiàn)150kV/μs的共模瞬變抗擾度(CMTI)，以數(shù)百kHz的開關(guān)頻率驅(qū)動SiC MOSFET，加上去飽和保護等快速故障管理功能，設(shè)計人員可以正確驅(qū)動高達1200V的單個或并聯(lián)SiC MOSFET，能夠確保充電機在不犧牲效率的情況下，在功率變換器中實現(xiàn)超高的功率密度。
ADI直流充電樁信號鏈
針對直流計量應(yīng)用，ADI的直流電能表設(shè)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，用來為小分流信號提供超低漂移、100 V/V放大。通過直接與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，利用微控制器實現(xiàn)簡單的連續(xù)采樣、中斷驅(qū)動計量功能；同時，微控制器還支持系統(tǒng)級接口，如RS-485、LCD顯示和按鈕，ADI采用該方案設(shè)計了概念驗證的原型表。
為應(yīng)對能源危機和環(huán)境問題，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(yīng)用，使得現(xiàn)代電網(wǎng)逐步形成了集中式規(guī)模化互聯(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)量問題也勢必出現(xiàn)新的現(xiàn)象和規(guī)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(jiān)測ADI可提供豐富對的芯片化及模塊化解決方案，通過對各類傳感信號的檢測和處理來得到系統(tǒng)級的監(jiān)控與管理信息，以滿足市場的各種要求，加速電網(wǎng)的數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型。
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