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(chǔ)設(shè)計(jì)建設(shè)。這一宏大計(jì)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(shù)字化變電站、智能計(jì)量等廣泛的相關(guān)領(lǐng)域，為全球電力設(shè)備企業(yè)打開了一個前所未有的巨大市場，同時也對半導(dǎo)體廠商和設(shè)備廠商提出了更高的技術(shù)挑戰(zhàn)。
智能電網(wǎng)的建設(shè)中所面臨的關(guān)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(yùn)算放大器、支持網(wǎng)絡(luò)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(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(dǎo)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(yīng)用的新機(jī)構(gòu)，從能源計(jì)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(hù)、測控系統(tǒng)、電能計(jì)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(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(jī)遇，ADI又有怎樣的觀察？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(jié)，ADI均能提供領(lǐng)先的技術(shù)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(xiàng)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(jì)劃，準(zhǔn)備2012年在國內(nèi)自主或合作開發(fā)數(shù)百兆瓦的項(xiàng)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(dāng)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(fēng)電方面，根據(jù)《新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，僅海上風(fēng)電規(guī)劃中，“十二五”時期中國裝機(jī)容量為500萬千瓦，2020年裝機(jī)容量將達(dá)3000萬千瓦。
盡管以風(fēng)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(rèn)，新能源依然具有美好的發(fā)展前景。“在發(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(guān)注新能源領(lǐng)域。”Singer表示，“而目前中國企業(yè)在新能源裝備制造領(lǐng)域占據(jù)全球市場領(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。”
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(jī)組的設(shè)計(jì)與組裝技術(shù)、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)、大功率變流技術(shù)、光伏系統(tǒng)的MPPT控制、光伏逆變技術(shù)和并網(wǎng)技術(shù)等。“在這些方面，ADI都有相關(guān)的技術(shù)提供支持，特別是ADI高精度轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器保證了新能源的電壓電流的精密測量。”Singer指出，“例如，對逆變器的母線電流進(jìn)行檢測以及電氣隔離，ADI的AD7400、AD7401因?yàn)榧闪薙igma-Delta調(diào)制器和ADI的專利技術(shù)iCoupler隔離器，可以大大降低系統(tǒng)復(fù)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(dá)轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)角檢測的應(yīng)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(fēng)能、太陽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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)并網(wǎng)規(guī)模達(dá)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。”Singer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(yīng)，采用傳統(tǒng)的電網(wǎng)保護(hù)及測控設(shè)備都無法滿足要求，需要更新型的電網(wǎng)保護(hù)及控制設(shè)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(guī)?；蟪霈F(xiàn)的這些問題對智能電網(wǎng)提出了現(xiàn)實(shí)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(jìn)行數(shù)字化和智能化，從而保證整個電網(wǎng)的平衡。”Singer表示。這種轉(zhuǎn)變將要求很多基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行升級更新，無疑將帶出極大的電力基礎(chǔ)設(shè)備市場機(jī)遇。“以自動化變電站為例，國家電網(wǎng)規(guī)劃未來五年將實(shí)現(xiàn)6100座自動化變電站，僅此一項(xiàng)就是一個非常龐大的市場。”Singer指出。
然而，目前基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的自動化變電站的實(shí)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(jìn)中國電網(wǎng)智能化的推進(jìn)。”Singer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(biāo)準(zhǔn)的非常‘給力’的核心處理器。”Singer笑著透露了ADI的關(guān)鍵產(chǎn)品計(jì)劃。
智能電網(wǎng)的轉(zhuǎn)換帶來的將不僅僅是變電站的技術(shù)升級，所有的電力二次設(shè)備都需要滿足具有更強(qiáng)的接口能力、控制能力、保護(hù)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(shè)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(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來挑戰(zhàn)，特別是對芯片將提出挑戰(zhàn)，因?yàn)橐淮卧O(shè)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。“對IC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)。”Singer指出，“而這些領(lǐng)域正是ADI所擅長的，例如專利的iCoupler數(shù)字隔離技術(shù)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(diǎn)。”
電力計(jì)量，智能電表方興未艾
“中國是最早開始實(shí)行用電計(jì)量電子化的國家，而且進(jìn)行得非常徹底。而現(xiàn)在，中國同樣率先快速推進(jìn)智能電表的普及。”顯然，Singer對中國在電力計(jì)量技術(shù)走在全球前列頗為欣慰。事實(shí)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(jì)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(jìn)的智能分析工具產(chǎn)生有用信息，再以此實(shí)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(shù)的進(jìn)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(fèi)和實(shí)現(xiàn)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(jì)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(jì)量領(lǐng)域的開拓者，很早就成功推出了電能計(jì)量器件并一直占據(jù)領(lǐng)先的市場優(yōu)勢。作為基本的要求，計(jì)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(guān)鍵特性上提出更高的要求。ADI推出的多款高精度電能計(jì)量芯片解決了這些計(jì)量需求，包括單芯片計(jì)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(shè)計(jì)。如果需要更高計(jì)量精度， AD73360、AD7606 等同時采樣ADC可以實(shí)現(xiàn)0.1s—0.2s的高精度計(jì)量。
除了高精度計(jì)量IC，ADI公司的器件幾乎支持計(jì)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(shí)現(xiàn)電表的自主通信，ADI在這個領(lǐng)域同樣領(lǐng)先，我們一直在做很深入的研發(fā)。”Singer指出。據(jù)悉，ADI在美國的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)部署方面是射頻集成電路的主要供應(yīng)商。在國內(nèi)，ADI利用其基于新型OFDM技術(shù)電力線載波通訊解決方案打入市場，該技術(shù)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。
“在中國，無線通訊技術(shù)和電力線載波技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用在電表的抄表與通訊中，將很快過渡到智能電表。ADI在這兩項(xiàng)技術(shù)中都有非常強(qiáng)的實(shí)力，并都能提供相應(yīng)的技術(shù)解決方案，可以很好的支持中國智能電網(wǎng)的發(fā)展。”Singer表示。