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应对电能质量监测新挑战ADI助力配电网数字化转型

发布时间:2022-12-02 11:31:08 | 作者:米乐买足彩

  随着各类新能源设备不断增加,低碳环保成为能源行业的主流,如何有效治理配网电能质量是提高配网可靠、安全运行以及推动主动配电网技术应用发展的关键,对电网质量的管控也要求越来越多的电力设备能增加电能质量检测模块。一方面,电力电子设备的大量接入,使得输配电网的电能质量呈现新特征、新问题,亟待解决;另一方面,用电侧负荷的多样性、非线性、冲击性等日益加剧,电能高效利用迫在眉睫,这些新问题给电能质量控制技术带来了机遇与挑战。

  良好的电能质量意味着能要保持稳定的供电电压,包括稳定的频率与稳定的幅值,否则可能会导致变压器效率降低、破坏电网、电源损坏、信息系统的崩溃等一系列事故的发生。因此,监测电能质量不仅能确保能源的稳定供应,也能进一步提高电网的可靠性,同时提前诊断设备失效的可能性,提升经济效益。

  此外,碳中和碳达峰目标所驱,构建以新能源为主体的新型电力系统已经成为电力行业转型发展的方向,未来新能源高比例并网,电力系统调节手段不足的问题将愈加突出,数字化、智能化有望成为未来新型电力系统发展的重要抓手,将在电力系统的电源、电网、负荷、储能各环节全面发挥作用。新型电力系统对电能质量监测的需求来自于分布式发电、边缘计算及电能计量、电能质量生态系统等多个方面,例如增加的可再生能源和分布式发电带来电网波动、逆变器可能会导致电能质量问题,允许边缘计算监控配电网络的电能质量等。

  为应对新型电力系统市场的电能质量监测需求变化,ADI采用高精度多通道多功能计量模拟前端ADE9430做为模拟采样芯片,可以实现三相电能计量、高达40次的谐波检测及各种电能质量要求的信号调理及检测输出,并以代码软件库的型式实现了标准要求的电能质量检测和分析的各类功能,包括了高精度的电能计量功能、各级谐波分析功能、闪变和三相不平衡等标准要求的内容, 可以满足模块化设计和快速推向市场。该方案满足国际通用的电能质量标准IEC6 1000-4-30 ClassS,在满足标准的三相电能计量的同时,提供了可以运行在MCU上的电能质量软件库。

  作为一款高性能、多相电能和S类电源质量监控IC,ADE9430芯片级解决方案满足配电网中的各类电能质量监控装置、配电变压器监控及融合终端、新型物联网电能表、新型物联网断路器、数据中心的PDU及UPS、分布式能源监控等目前各类新应用的需求。

  便携式电能质量分析仪是对电网运行质量进行检测及分析的设备,可以对电网运行进行长时间的数据采集监测,同时配备电能质量数据分析软件,对测量数据进行各种分析。其设计方案的模拟信号采集可由2片ADI16位分辨率8通道同步采样的AD7606完成。AD7606每个通道包含模拟输入钳位保护、可编程增益放大器 (PGA)、低通滤波器、16 位逐次逼近寄存器 (SAR) 和模数转换器 (ADC),AD7606B还包含灵活的数字滤波器、低漂移、2.5 V 精密基准电压源和基准电压缓冲器,用于驱动ADC以及灵活的并行和串行接口。

  此外,AD777x系列产品实现了业界最佳的动态范围和数据输出综合性能,集成了采样速率转换器,简化电能质量设备的设计难题,可帮助电能质量测量设备进行电网早期故障的检测,使其更容易满足IEC61000-4-30 Class A标准……

  事实上,在能源领域ADI技术覆盖了发、输、用、配各个环节,针对配网电能质量要求ADI也推出了更多创新方案,例如集中式储能与家用储能解决方案、BMS芯片、直流充电桩应用与直流电能表方案等。

  以储能系统应用要求为例,随着分布式新能源渗透率的逐步提高,加上各类非线性、冲击性负荷的接入,敏感负载对供电可靠性和电能质量提出了越来越高的要求,储能作为有功功率存储的介质,可以有效平衡配网有功功率,很大程度上解决新能源发电产生的电压骤降、电压跌落等随机性、波动性问题,实现新能源发电的平滑输出,能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化,提高配网电能质量。

  ADI BMS系列芯片作为非常成熟的技术已被大量应用于电动汽车及储能系统中,在满足测量精度、被动及主动均衡、安全及可靠性设计上都有突出表现。例如ADI针对锂电池管理推出的高精度18通道可堆叠设计的专用电池管理芯片ADBMS1818,与LTC6820通信芯片配合可以完美地实现各类BMS系统设计及搭建ESS储能系统应用;ADI功率转换系统级解决方案则包括了针对功率转换的隔离栅极驱动SiC/IGBT/Si MOSFET方案、CAN/USB/RS-485/SPI隔离通信方案等。

  对于将来的配电网来说,电动汽车是一个巨大的终端负载,大量电动汽车的无序、集中充电,将对配电网带来极大的冲击,大电流直流快充是电动汽车行业未来发展的必然趋势。对此ADI同样提供了充电桩电力计量、直流变换模块、充电控制器等主要功能模块解决方案,例如ADuM4136 iCoupler隔离式栅极驱动器可实现150kV/µs的共模瞬变抗扰度(CMTI),以数百kHz的开关频率驱动SiC MOSFET,加上去饱和保护等快速故障管理功能,设计人员可以正确驱动高达1200V的单个或并联SiC MOSFET,能够确保充电机在不牺牲效率的情况下,在功率变换器中实现超高的功率密度。

  针对直流计量应用,ADI的直流电能表设计方案采用了多通道24位的精密ADC AD7779做为采样核心器件,精密运放AD4528连接μΩ级电流分流器,用来为小分流信号提供超低漂移、100 V/V放大。通过直接与AD7779 ADC输入端相连的1000:1比率的电阻电位分压器,可以精确测量高直流电压。最后,利用微控制器实现简单的连续采样、中断驱动计量功能;同时,微控制器还支持系统级接口,如RS-485、LCD显示和按钮,ADI采用该方案设计了概念验证的原型表。

  为应对能源危机和环境问题,各种新能源发电技术、直流输电技术等已逐步发展并推广应用,使得现代电网逐步形成了集中式规模化互联大电网和分布式电源与微电网并存的发展方向,其电能质量问题也势必出现新的现象和规律。作为精密测量和电能计量行业领导者,针对电能质量监测ADI可提供丰富对的芯片化及模块化解决方案,通过对各类传感信号的检测和处理来得到系统级的监控与管理信息,以满足市场的各种要求,加速电网的数字化智能化转型。