智能电网方案

智能电网

智能电网是中国国家电网公司2009年5月21日首次公布的，其内容有：以坚强智能电网以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。坚强智能电网的主要作用表现为，通过建设坚强智能电网，提高电网大范围优化配置资源能力，实现电力远距离、大规模输送。

TI智能电网方案

具有范围宽广的系统产品、电网基础设施软件和工具、实用计量、通信和家庭或楼宇自动化开发的智能电网解决方案。

TI 提供更加智能的电网解决方案，用于现在和未来。

TI 的强大功能缩短了您的产品上市时间。

全球部署的计量专业技术和产品
全套端对端片上系统 (SoC) 解决方案
强大可靠的产品系列采用创新型专业技术，具有仪表的所有主要功能

使用 TI 的灵活解决方案可加快您的设计周期。

完整系列的硬件、软件和 SoC 可充分满足功能要求
符合未来需求的解决方案
可升级的系统内置可编程闪存可支持不断演变的全球标准
可用标准包括 IEC、ANSI、ZigBee®、无线 M-Bus、PLC
可扩展的解决方案系列能够针对系统要求进行优化

通过 TI 解决方案智胜竞争。

优化的电量计 SoC (MSP430FE4xx)
灵活的应用处理器 SoC (LM3S1x21)
图形用户界面性能高 (AM18x Sitara ARM MPU)
优化的低功耗无线电 SoC（CC2530 + CC2591 范围扩展器、ZigBee、CC1101 ISM）
灵活的电力线通信处理器 (TMS320F28xx)
安全的 RFID 预付款
GSM/GPRS 通信模块
辅助接口和电源管理
经济高效的集成和批量生产
无线 M-Bus

应用于智能电网的高能效解决方案示例

1. 提升太阳能电池板光电转换能效的方案
　　
近年来,业界越来越关注利用可再生清洁能源太阳能的街道照明。对于太阳能街灯而言,提高太阳能电池板的光电转换能效非常重要。太阳能电池板的电压-电流(V-I)特性曲线呈现非线性和可变性,要从中获取最大量的电能非常困难。这需要太阳能LED街灯的充电控制器及其他相关电子电路(一般采用微控制器来实现)尽可能采用有效的控制方法来提高能效。
　　
安森美半导体的CS51221增强型电压模式PWM控制器就是一种可提高太阳能电池板能效的器件。它可以控制太阳能板电池充电,支持最大峰值功率追踪(MPPT)功能,为太阳能电池不断变化的V-I特性曲线提供补偿,优化太阳能电池的功率输出,提高能效,并使蓄电池充电至优化电量。
　　
在应用电路中,需要为CS51221选择合适的拓扑结构。该拓扑结构要能够在一个蓄电池的情况下将太阳能板输出电压降至12V,而在两个或多个蓄电池情况下也能轻易修改,支持升压至24V。CS51221本身能够配置为正激、反激或升压拓扑结构。在针对太阳能板充电控制应用推出的参考设计中,安森美半导体选择的是反激拓扑结构。
　

　
在应用中,通过在ISET引脚动态调节电流限制,从而实现最大峰值功率追踪功能。一旦输入电压逐脉冲下降,电流限制就会被降低,直至输入电压恢复。这种方式无需使用价格昂贵的微控制器。这样实现的充电控制器会发现峰值功率点并进行动态调节,使其符合不断变化的电源特性。实际上,通过采用最大峰值功率追踪技术,可以将较以往多30%的电荷从太阳能板传输至蓄电池,这样太阳能街灯系统就可以采用尺寸更小的太阳能板,从而带来显著的成本效益。图1是采用安森美半导体CS51221控制器的太阳能板充电控制应用示意图。

图1：采用安森美半导体CS51221控制器的太阳能板充电控制应用
　　
此外,安森美半导体的NCP3066恒流降压稳压器也能用于太阳能街灯的LED驱动应用,提供系统所需的功率及光输出,并具有极高的能效。
　　
2. 智能电网方案
　　
今天的电网已变得比以往更大、更安全,具有更高的能效,但其智能化程度仍然偏低,所以智能电网是当今的重要发展趋势。

安森美半导体已投入并正大量投资智能电网研发,涵盖所有产品线,包括电源转换模拟IC、信号IC(如低噪声放大器)、功率分立器件(高压MOSFET、IGBT、整流器)、混合信号IC(智能卡接口IC、时钟及时序IC)、通信IC(如PLC调制解调器)、逻辑IC、存储器IC,及标准分立器件(保护、滤波器)。
　　
智能电网的核心就是智能电表,借助智能电表,电力公司能够知道用户在什么时间使用了多少电能,便于他们提供差异化的定价,帮助用户优化其总体电能消费和电费支出。
　　
安森美半导体应用于智能电表的方案包含一系列标准产品、专用标准产品(ASSP)及专用集成电路(ASIC),可以提供智能电表的4种基本功能,包括：电源/电源管理、计量、寄存及通信。图2是由安森美半导体的多种器件(图中绿色部分)构成的智能电表应用。

图2：由安森美半导体的多种产品构成的智能电表应用
　　
全集成电力线载波(PLC)调制解调器AMIS-49587是图2应用中的一个关键器件。该器件可提供高集成度、符合标准的低功率PLC方案,可应用于智能电力自动读表及管理、街道照明控制、智能电力插头(Power plug)和建筑物自动化等领域。AMIS-49587利用安森美半导体的混合信号技术,在一个集成电路中集成了模拟调制解调器前端和数字后处理功能。
 

　　
AMIS-49587符合IEC1334标准,有助于简化设计、降低开发及应用成本,并加速上市进程。该器件基于ARM7TDMI处理器内核,包含物理接口收发器(PHY)和媒体访问控制器(MAC)层,而大多数竞争方案都需要复杂的嵌入式软件来执行与AMIS-49587相同的功能。该器件采用扩频型移频键控(S-FSK)调制技术,结合精确的滤波,为长距离电力线提供可靠的低数据率通信,以及2,400 bps(波特)的半双工可调节通信速率。不到20千赫(kHz)的低工作频率配以自动中继器(repeater)功能,令通信更可靠,通信误差比其他及现有方案更低。图3是AMIS-49587的方框图。

图3：AMIS-49587方框图

智能电网方案总结
　　
在政府节能规范及各种能效计划的推动下,可再生能源和新兴的智能电表市场增长潜力巨大。在这一过程中,半导体器件将以其低能耗、高能效、高可靠性、高速度、高智能性、小尺寸等综合优势肩负重任。
　　
安森美半导体拥有基于先进技术及庞大生产规模的宽广产品阵容,应对智能电网的市场机遇与挑战,包括标准产品、ASSP及ASIC。在技术上涵盖了从极高压(700 V)技术(用于开发电源/电源管理中的模拟电源转换IC),到亚微米0.11 um CMOS技术(在单个硅芯片上集成微控制器核心和混合信号模拟电路),以及高压MOSFET、IGBT及整流器。