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,，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，但不可否認,，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注新能源領域,。”Singer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,。”
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,。“在這些方面,，ADI都有相關的技術提供支持，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,。”Singer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(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,。”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，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)?；蟪霈F(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,。”Singer表示。這種轉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,。”Singer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,。”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準的非常‘給力’的核心處理器。”Singer笑著透露了ADI的關鍵產(chǎn)品計劃,。
智能電網(wǎng)的轉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,，部分二次側的設備功能如一些檢測功能將轉移到一次側,，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,。“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,。”
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。”顯然,，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)。”Singer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。
“在中國,，無線通訊技術和電力線載波技術已經(jīng)開始應用在電表的抄表與通訊中,，將很快過渡到智能電表。ADI在這兩項技術中都有非常強的實力,，并都能提供相應的技術解決方案,，可以很好的支持中國智能電網(wǎng)的發(fā)展。”Singer表示,。