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设计提高能效的智能电网系统

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作者:Ronn Kliger,能源部门总监


大量有关智能电网在世界各地部署这类振奋人心的消息不断涌现,因为智能电网有望使电力传送效率更高、更可靠、对环境更友好且更具成本效益。世界很多国家的政府正在投资进行智能电网的部署。例如,美国政府已确定45亿美元的投资,而中国政府的4万亿(5960亿美元)智能电网投资也正在逐步落实当中。

由于世界各地的电网和电力消费情况各不相同,因而所采用的智能电网通讯技术存在差异。例如美国,无线通讯技术占据着主导地位,公共设施部门正致力对电表、水表、气表以及各种家用设备,如温度调节装置、家用电器还有空调系统之间的各种通讯解决方案进行标准化。这些通信点的共同需求都是低功耗、鲁棒性的通信。这样,公共设施部门和用户双方都可以监控并调整电力消费行为。例如,在高峰期间,就可以暂缓像游泳池泵或洗衣这类并不重要的行为,从而减轻电网的负担。自主程序允许电力部门调整温度调节设置,从而实现了节能且不会对消费者带来明显的影响。实现这些应用的关键就在于建立在电力部门到电表以及到居民家中各类设备之间的通信链路。

最大的挑战是将通信设备的功耗降至最低,并在需要时确保鲁棒、及时响应的通信。电表通常位于环境不太好的地方(如建筑物底层),故可能遭受各种干扰,如行驶通过的车辆以及其他的射频发射源产生的干扰。解决这些挑战有赖于通信器件(例如RF收发器、处理器)提供商、通信软件提供商以及通信系统设计者之间的通力协作。只有深入理解通信环境、通信目标以及有关的权衡和制约因素,才能开发出最佳的解决方案。

对于能够有效利用所有这类技术以支持和提升智能电网应用的成功系统来说,技术提供商和设计者之间的通力协作是至关重要的。例如,智能电网技术提供商致力于开发各类先进的数字和模拟信号处理技术以实现为新一代电网基础设施的强大功能,这些技术包括创新的电表IC、射频收发器、以及电力线监控数据转换器:

  • 全新的电表IC:如ADE787x系列,使设计人员能够改善商用、工业和住宅智能电表的精度和性能。
  • 短距离射频收发器:如ADI公司的ADF7023,可为设计人员提供一种低功耗、高性能的收发器,设计用于工作在433MHz、868MHz和915MHz的免许可ISM频段。
  • 同步采样模数转换器:如AD7606和AD7607,能够提供新一代电力线监控系统所需的分辨率和性能。

通过借助于专门为各类智能电网应用而优化的集成电路(这些应用包括从电表解决方案到动态电网综合管理以及通信系统),如今开发人员已能够设计出可提高能源利用效率和管理灵活性的智能系统。

在电网中植入新的通信功能,将使需求从高峰期转移到非高峰期,从而能够更好地利用现有的公共基础设施,进而降低用户的成本。利用这些功能,再加上先进的各种传感技术,将使得电力部门能够更好地监控电网的运行,从而能够更好地控制供电质量,防止停电,并对各种问题进行快速响应。为了适应可再生能源,例如那些发电情况无法预期的太阳能和风能资源,并考虑到这类能源可能分布在整个电网的许多不同位置,对电网管理实施上述这些改进也是必需的。

作者简介:
Ronn Kliger是ADI公司的能源部门经理。他负责满足智能电网及相关领域中日益增长的技术需求。他与客户密切合作,以解决电能计量、变电站自动化以及像太阳能/风力发电、能源储存等新兴应用中的各种技术需求。Ronn已经在ADI公司工作了14年。之前,他曾在美国Raytheon公司工作了15年,从事过工程开发、项目管理和市场营销等方面的工作。他于1984年获得乔治亚技术学院的电子工程学士学位,并于1986年获取南加州大学的工程硕士学位,还于1997年获得美国东北大学的工商管理硕士学位。

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