【導讀】隨著各類新能源設備不斷增加，低碳環保成為能源行業的主流，如何有效治理配網電能質量是提高配網可靠、安全運行以及推動主動配電網技術應用發展的關鍵，對電網質量的管控也要求越來越多的電力設備能增加電能質量檢測模塊。一方面，電力電子設備的大量接入，使得輸配電網的電能質量呈現新特征、新問題，亟待解決；另一方面，用電側負荷的多樣性、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量控制技術帶來了機遇與挑戰。
揭秘ADI芯片化電能質量解決方案
良好的電能質量意味著能要保持穩定的供電電壓，包括穩定的頻率與穩定的幅值，否則可能會導致變壓器效率降低、破壞電網、電源損壞、信息系統的崩潰等一系列事故的發生。因此，監測電能質量不僅能確保能源的穩定供應，也能進一步提高電網的可靠性，同時提前診斷設備失效的可能性，提升經濟效益。
此外，碳中和碳達峰目標所驅，構建以新能源為主體的新型電力系統已經成為電力行業轉型發展的方向，未來新能源高比例并網，電力系統調節手段不足的問題將愈加突出，數字化、智能化有望成為未來新型電力系統發展的重要抓手，將在電力系統的電源、電網、負荷、儲能各環節全面發揮作用。新型電力系統對電能質量監測的需求來自于分布式發電、邊緣計算及電能計量、電能質量生態系統等多個方面，例如增加的可再生能源和分布式發電帶來電網波動、逆變器可能會導致電能質量問題，允許邊緣計算監控配電網絡的電能質量等。
新型電力系統對電能質量監測的需求
為應對新型電力系統市場的電能質量監測需求變化，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，可以實現三相電能計量、高達40次的諧波檢測及各種電能質量要求的信號調理及檢測輸出，并以代碼軟件庫的型式實現了標準要求的電能質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容, 可以滿足模塊化設計和快速推向市場。該方案滿足國際通用的電能質量標準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上的電能質量軟件庫。
基于ADE9430的電能質量解決方案
作為一款高性能、多相電能和S類電源質量監控IC，ADE9430芯片級解決方案滿足配電網中的各類電能質量監控裝置、配電變壓器監控及融合終端、新型物聯網電能表、新型物聯網斷路器、數據中心的PDU及UPS、分布式能源監控等目前各類新應用的需求。
便攜式電能質量分析儀是對電網運行質量進行檢測及分析的設備，可以對電網運行進行長時間的數據采集監測，同時配備電能質量數據分析軟件，對測量數據進行各種分析。其設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) 和模數轉換器 (ADC)，AD7606B還包含靈活的數字濾波器、低漂移、2.5 V 精密基準電壓源和基準電壓緩沖器，用于驅動ADC以及靈活的并行和串行接口。
此外，AD777x系列產品實現了業界最佳的動態范圍和數據輸出綜合性能，集成了采樣速率轉換器，簡化電能質量設備的設計難題，可幫助電能質量測量設備進行電網早期故障的檢測，使其更容易滿足IEC61000-4-30 Class A標準……
多場景應用進一步提高配網電能質量
事實上，在能源領域ADI技術覆蓋了發、輸、用、配各個環節，針對配網電能質量要求ADI也推出了更多創新方案，例如集中式儲能與家用儲能解決方案、BMS芯片、直流充電樁應用與直流電能表方案等。
以儲能系統應用要求為例，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量提出了越來越高的要求，儲能作為有功功率存儲的介質，可以有效平衡配網有功功率，很大程度上解決新能源發電產生的電壓驟降、電壓跌落等隨機性、波動性問題，實現新能源發電的平滑輸出，能有效調節新能源發電引起的電網電壓、頻率及相位的變化，提高配網電能質量。
ADI BMS系列芯片作為非常成熟的技術已被大量應用于電動汽車及儲能系統中，在滿足測量精度、被動及主動均衡、安全及可靠性設計上都有突出表現。例如ADI針對鋰電池管理推出的高精度18通道可堆疊設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各類BMS系統設計及搭建ESS儲能系統應用；ADI功率轉換系統級解決方案則包括了針對功率轉換的隔離柵極驅動SiC/IGBT/Si MOSFET方案、CAN/USB/RS-485/SPI隔離通信方案等。
面向工業儲能應用的BMS方案
對于將來的配電網來說，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，將對配電網帶來極大的沖擊，大電流直流快充是電動汽車行業未來發展的必然趨勢。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隔離式柵極驅動器可實現150kV/μs的共模瞬變抗擾度(CMTI)，以數百kHz的開關頻率驅動SiC MOSFET，加上去飽和保護等快速故障管理功能，設計人員可以正確驅動高達1200V的單個或并聯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超高的功率密度。
ADI直流充電樁信號鏈
針對直流計量應用，ADI的直流電能表設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，利用微控制器實現簡單的連續采樣、中斷驅動計量功能；同時，微控制器還支持系統級接口，如RS-485、LCD顯示和按鈕，ADI采用該方案設計了概念驗證的原型表。
為應對能源危機和環境問題，各種新能源發電技術、直流輸電技術等已逐步發展并推廣應用，使得現代電網逐步形成了集中式規模化互聯大電網和分布式電源與微電網并存的發展方向，其電能質量問題也勢必出現新的現象和規律。作為精密測量和電能計量行業領導者，針對電能質量監測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級的監控與管理信息，以滿足市場的各種要求，加速電網的數字化智能化轉型。
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