智能电网:唤醒最沉睡的网络资源
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输电系统,这个世上最沉睡的财富、最浪费的网络资源,其已利用的功能却不足三分之一。于是,智能电网应运而生。
但是,究竟何为智能电网?“如果你问10个人,会得到20种答案,”ADI能源部门总监Ronn Kliger笑了笑,“加入计量、感应、通信等技术,提高用电效率、缩减用电成本,使我们的孩子能有一个更好的地球,”这是Kliger眼中的智能电网。
ADI能源部门总监Ronn Kliger
危机中,不降反升的产业
诚然,实现这美好的期许,可能需要几十年的时间,还会遇到各种各样的挑战。更为严峻的是,2009年的危机说来就来。破产、分拆、并购也在EEWORLD年终盘点时占据了不小的篇幅(http://www.eeworld.com.cn/zhuanti/2009top10zj/index.html)。然而,在Kliger的眼中,2009年却有着别样的意义:与汽车、消费电子相比,智能电表市场非但没有太多地受到金融危机的影响,各个方面反而加大了投资。更有分析人士指出,未来5年,随着智能电网部署的增长,智能电表在全球安装的数量将高达2亿块。
至今犹记得,随着经济危机的加剧,中国政府出台了多项拉动内需的政策,有专家预计,国网公司2015 年前将全面建成用电信息采集系统,智能电表覆盖率超过80%,用户超过1.4 亿户,2020 年智能电表的覆盖率将达到100%。“在中国,市场发展、规划是比较清晰的,”Kliger解释道,国家电网能够在全国范围内,推动一些决定的实施,目前中国所力推的是电力线载波通讯,而且在未来几年还将持续下去。而新的电表规范和标准已经推出,所以,2010年是新旧电表转换的起点,所以整个市场还是比较乐观的。与此同时,国家电网也对RF技术做了各种各样的评测,ADI能够提供RF技术,也正在与各个方面紧密沟通与合作,但在Kliger看来,短期内中国还是以电力线载波技术为主,RF技术则可能被用在人口密度比较小的西部地区。无独有偶,在美国颁布的经济振兴计划中,智能电网改造也是其能源战略的重要举措,在升级本国电网的拨款中,有一部分是用于使13%的美国家庭(1千8百万户家庭)在未来3年之内能装上智能电表。但由于美国有上百个不同的电力公司提供电能,目前还没有一个统一的协议去做智能电网,“但从通信角度而言,射频技术是最有可能被大家一致认同来使用的。”与中国类似,在欧洲,电力公司的数量也不多,意大利及瑞典已经完成先进计量基础设施(AMI)的部署,将所有普通电表更换为智能电表。法国、西班牙、德国和英国预计在未来10年内完成AMI部署。
依靠在业内十年的经验,针对不同州和国家,ADI的方案也是多样化的,“但是有一点是肯定的,中国是我们最为重要的一个市场,”Kliger告诉EEWORLD,因为在全球超过2.5亿块使用了ADI电能计量技术的电表中,有50~60%销售给中国市场。早在一年前,ADI收购Domosys PowerBUS RHINO电力线通信技术,加速了中国电网系统向智能网目标迈进的步伐。
对半导体供应商而言,有一些是需要走在前面的,比如两个月前发布的针对电表的指标要求,已经开始有客户使用ADI的产品设计符合新标准的电表,而且这些电表已经被送往检验。
Kliger和他的能源部门
Kliger领导的新近成立的能源部门,就是为了满足对电能计量、变电站自动化和一些新兴应用的不断增长的技术需求,如太阳能/风能发电、能源存储等等。“我们向全球客户提供支持,他们正在不断升级自己的产品,以适应新兴的智能电网系统发展趋势。”Kliger 表示,ADI清楚地知道,智能电网远比单纯的智能电表更加复杂,因而其可提供覆盖整个发电、传输及配送链的解决方案,包括电能计量IC、射频、电力线载波通信、电源管理及数字信号处理产品,全面支持智能电网应用。
如要细细历数下Kliger所领导的员工,是个相当艰巨的任务。这个能源部门的产品几乎涵盖了ADI所有产品线。当然,其本身也会开发一些芯片,但是更多的时候,这个部门的任务是把公司所有与能源相关的产品与客户,架起一个桥梁,寻求将技术服务于需求的一系列方式,当看到电源、数字信号处理产品的员工服务于能源部门,也就并非奇怪事了。而在Kliger带领下,中国有一支团队,他们能够和系统厂商进行信息交流,得到各种各样的反馈,而告诉ADI自己的设计师,针对不同的应用,需要选用什么样的芯片等等。
“我们发现一个很有趣的现象,”Kliger接着说,提供风能、太阳能这样的客户,他们也有计量和通信的要求,他们需要将这样小的网络,接入到大的电网中。所以ADI的芯片级解决方案,能否适用于风能、太阳能等小的网络,这是未来需要解决的一个问题,同时,对于这个刚刚成立的部门,在未来六个月要做到的事就是:找出风能、太阳能的客户,他们的需求方面是不是有一些共同的地方,从而准确地制定一些战略和产品规划。目前来说,“这一块我们还处于一个刚刚起步的阶段。”
而在Kliger所描摹的智能电网世界里,智能应用、需求管理、太阳能、风能等,这些都有相关的技术可以实现,但唯独缺少能源存储相关的技术。能源存储?听起来是个新鲜词。言语间,Kliger指了指桌上的7号电池,接着说,“电池就是能源存储的一种,”一些新的能源,如太阳能和风能,储存能源是非常重要的。但目前来讲,不管用什么方式存储,价格还是非常贵的,因而在大规模存储方面,还没有切实可行的技术。
科技改变生活
毋庸置疑,从不同层面,对计量芯片的需求也是不同的。电力公司希望提高测量精度,确保被消费的所有电能都能得到支付。还要具有防窃电和误差保护功能,通过预警和通知来改善电能质量检测,以及更低的电网生命周期成本等等;但对工业用户而言,则在需要提高精度的同时,更注重电能质量测量精度,通过掌握电网谐波情况以减少或消除电力总线噪声。当然,对设计师而言,则需要实现有竞争力的差异化以及加快上市时间。
也正是为了满足这样的需求,ADI于2009年12月推出了四款高精度电能计量IC——ADE7878、ADE7868、ADE7858及ADE7854,可用于提高商业、工业及住宅智能电表的精度和性能。最新电能计量IC可用于开发智能电表,为电力公司提高用户计费精度,实现更高级的电能质量监测,并减少运营成本。
“这些新推出的器件意义非凡,”Kliger说,“在总有功及无功电能的计量方面,它们的精度和动态范围超越了电能表行业Class 0.2规范的要求。这四款新器件还能以0.1%的精度同时测量无功和有功功率。 此外,其中一款产品还具备基波电能测量功能,这对电能质量监测而言至关重要。”
新型ADE7878、ADE7868、ADE7858及ADE7854 高精度电能计量IC为多相配置而设计,包括三线及四线、Y型及Δ型。在1000:1的动态范围内,它们可为有功及无功电能测量提供0.1%的精度,堪称业界首创;在3000:1的动态范围内,可为有功及无功电能测量提供0.2%的精度。这些新产品还可在1000:1的动态范围内为)电流有效值和电压有效值测量提供0.1%的精度。
除了能测量每个相位和零线电能之外,ADE7868 及ADE7878还能监测电能质量参数,如SAG、峰值、周期、角度测量及相序等。而且在保持正常运行的同时,ADE7868和ADE7878具备各种防窃电功能,以确保正常的工作,这可减少现场求助和电表检修的时间。
电力公司希望能够清晰、实时地知道需求,输变(配)电部门的目标是要实现电力公司与用户的平衡,而对用户而言,则期待着科技所带来的种种便利。“这是早晚的事,”但是肯定需要一个努力的过程。