【導讀】每到盛夏，我國江浙沿海一帶就會(huì )出現電力緊張問(wèn)題。因此，“高溫下保供電”便成為各地的主要方針。同時(shí)，隨著(zhù)新能源汽車(chē)滲透率提升，電能供應的挑戰會(huì )越來(lái)越大。為了能夠更好地解決供電難題，多元融合高彈性電網(wǎng)成為電力能源領(lǐng)域的熱門(mén)概念，并已經(jīng)得到了初步的落實(shí)。
多元融合高彈性電網(wǎng)將分布式電源和儲能系統融入電網(wǎng)系統中，具有明顯的負載可調特性，有助于電力系統調度控制從傳統的“源隨荷動(dòng)”向“源網(wǎng)荷儲友好互動(dòng)”模式轉變。因此，在電網(wǎng)負荷不斷增大的情況下，多元融合高彈性電網(wǎng)具有重要的戰略意義。
在多元融合高彈性電網(wǎng)構建的過(guò)程中，兩種類(lèi)型的器件最為關(guān)鍵，一種是模擬電源，另一種是功率器件。同時(shí)，這也是貿澤電子官網(wǎng)銷(xiāo)售的兩大類(lèi)主流器件，它們將和廣大業(yè)者一起開(kāi)啟電網(wǎng)運轉新時(shí)代。
多元融合下的新能源發(fā)電
多元融合高彈性電網(wǎng)具有高承載、高互動(dòng)、高自愈、高性能四大核心特征，這就要求這種新式電網(wǎng)需要具備兩個(gè)基礎能力：其一是電網(wǎng)需要能靈活地應對大規模電力供應，其二是電網(wǎng)需要能允許大規模清潔能源動(dòng)態(tài)性接入。
在第二點(diǎn)上，目前清潔能源發(fā)電擁有廣泛的市場(chǎng)前景。根據國家能源局的統計數據，2022年國內新增清潔能源裝機量為1.52億千瓦，總裝機量達到了12.13億千瓦。截至2022年底，天然氣、水電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等清潔能源消費量占能源消費總量的25.9%。近年來(lái)，這一占比穩定提升。
目前，太陽(yáng)能和風(fēng)能是清潔能源的主要來(lái)源，國家能源局在分享2022年1-6月份發(fā)電數據時(shí)表示，除了傳統的火電和水電，太陽(yáng)能和風(fēng)能在份額上并列第三名，報告期內發(fā)電占比均為14%。
太陽(yáng)能發(fā)電主要有兩種形式，一種是光-熱-動(dòng)-電轉換方式，另一種是光-電直接轉換方式。不過(guò)，由于太陽(yáng)能熱發(fā)電的效率很低，導致其建站的成本甚至會(huì )達到火力發(fā)電站的5-6倍，因此光電直接轉換是目前的主流，這種方式就是我們所說(shuō)的光伏。
在光伏發(fā)電的大系統里，由光轉化的電能有兩條去路：蓄電池和電網(wǎng)。通往電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統主要包含四部分，分別是光伏矩陣、光伏控制器、逆變器和交流負載端。這里面，逆變器的作用是將太陽(yáng)能電池板所發(fā)的直流電轉化成能夠并網(wǎng)使用的交流電。
話(huà)雖如此，逆變器的工作卻并不簡(jiǎn)單。逆變器需要通過(guò)開(kāi)關(guān)電源、變壓器、濾波器、IGBT等器件順應電網(wǎng)的電壓和頻率要求，調整輸出電壓的波形、頻率和相位，以實(shí)現與電網(wǎng)同步，如此才能實(shí)現并網(wǎng)。
逆變器也擔負著(zhù)功能安全的使命，具備一定的控制和保護功能，比如過(guò)壓、過(guò)流、短路、過(guò)溫等，確保系統的穩定運行。另外，逆變器也需要具備一定的動(dòng)態(tài)調節能力，以保證系統在最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)下運行。
在整個(gè)光伏逆變器中，IGBT是核心部件，占到光伏逆變器價(jià)值量的15%-20%。不同的光伏電站需要的IGBT產(chǎn)品略有不同，比如集中式光伏主要采用IGBT模塊，而分布式光伏主要采用IGBT單管或模塊。從某種意義上講，IGBT的性能水平直接決定了光伏逆變器的性能水平。
我們都知道IGBT是靠驅動(dòng)器對其性能進(jìn)行整體調控，驅動(dòng)器的好壞直接影響IGBT的動(dòng)態(tài)性能，并且和IGBT的穩定性和成本息息相關(guān)。在這里我們?yōu)榇蠹彝扑]一款來(lái)自制造商安森美（onsemi）的IGBT驅動(dòng)器NCD5700x，這款器件在貿澤電子官網(wǎng)上的料號為NCD57000DWR2G。
圖1：NCD5700x大電流IGBT驅動(dòng)器
（圖源：貿澤電子）
安森美NCD5700x是內置電流隔離的大電流單溝道IGBT驅動(dòng)器，可在高功率應用中提供高系統性能和可靠性。相關(guān)器件具有高度靈活的動(dòng)態(tài)IGBT性能調節能力。
圖2：NCD5700x大電流IGBT驅動(dòng)器系統框圖
（圖源：安森美）
NCD5700x大電流IGBT驅動(dòng)器具有低輸出阻抗，用于增強型IGBT驅動(dòng)；可適應輸入側上的5V和3.3V信號，以及驅動(dòng)器側上的寬偏置電壓范圍，包括負電壓功能；具有互補輸入和精確UVLO，還可提供獨立的高側和低側（OUTH和OUTL）驅動(dòng)器輸出。
圖3：UVLO示意圖
（圖源：安森美）
NCD5700x大電流IGBT驅動(dòng)器具有出色的安全特性，包括漏極開(kāi)路故障和就緒輸出、有源米勒鉗位、DESAT保護以及DESAT軟關(guān)斷特性等。并且，相關(guān)器件的輸入和輸出之間保證了8mm的爬電距離，以滿(mǎn)足增強的安全絕緣要求。
除了應用于太陽(yáng)能逆變器領(lǐng)域，NCD5700x大電流IGBT驅動(dòng)器還可用于電機控制、不間斷電源(UPS)、焊接和工業(yè)電源等豐富場(chǎng)景中。
儲能系統讓電網(wǎng)更具彈性
根據國網(wǎng)浙江電力研究院聯(lián)合北京交通大學(xué)發(fā)布的名為《多元融合高彈性電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)綜述》論文，在多元融合高彈性電網(wǎng)系統里，采用了非常多的創(chuàng )新型技術(shù)，包括系統級模型構建技術(shù)、柔性直流輸電技術(shù)、高效運行控制技術(shù)、大數據技術(shù)、云計算技術(shù)以及儲能技術(shù)等。
其中，儲能技術(shù)被認為是解決電網(wǎng)負荷波動(dòng)問(wèn)題的重要手段，受到了全球各國家和地區的重點(diǎn)關(guān)注。
在我國，根據國家發(fā)改委的統計數據，截至2022年底，全國已投運新型儲能項目裝機規模達870萬(wàn)千瓦，平均儲能時(shí)長(cháng)約2.1小時(shí)，比2021年底增長(cháng)110%以上；從2022年新增裝機技術(shù)占比來(lái)看，鋰離子電池儲能技術(shù)占比達94.2%，占據市場(chǎng)主導地位。
圖片
從系統規模來(lái)看，相較于工商業(yè)儲能系統和移動(dòng)儲能系統，應用于電網(wǎng)負荷調整的儲能系統均屬于大型儲能系統，通常以集裝箱作為載體，在其中組裝了電池系統、能量管理系統、電池管理系統(BMS)、變流器系統(PCS)、冷卻系統、消防系統以及照明和監控系統。這些大型儲能系統既可以用于清潔能源發(fā)電端，也可以用于用戶(hù)端的電力輔助和分時(shí)用電。
儲能系統的性能高低主要決定于系統中的元器件。綜合器件的性能特點(diǎn)和儲能系統需求來(lái)看，SiC（碳化硅）MOSFET是一個(gè)理想的選擇，可以用于電池充放電控制和能量管理。其低導通壓降和高功率密度特性使其能夠實(shí)現高效的能量轉換和快速響應。并且，SiC MOSFET具有低漏電流特性，讓系統損耗得以進(jìn)一步減少。
下面我們?yōu)榇蠹彝扑]一款來(lái)自安森美的NXH006P120MNF2PTG半橋SiC模塊，該器件在貿澤電子官網(wǎng)上的料號為NXH006P120MNF2PTG。
圖4：NXH006P120MNF2PTG半橋SiC模塊
（圖源：貿澤電子）
如下圖所示，NXH006P120MNF2PTG半橋SiC模塊具有兩個(gè)6mΩ 1200V SiC MOSFET開(kāi)關(guān)和1個(gè)熱敏電阻，采用F2封裝。器件內部的SiC MOSFET開(kāi)關(guān)使用M1技術(shù)，由18V-20V柵極驅動(dòng)。另外，NXH006P120MNF2模塊采用平面技術(shù)，裸片熱阻低，因此可靠性高。
圖5：NXH006P120MNF2PTG系統框圖
（圖源：安森美）
在應用方面，除了可用于電網(wǎng)端的大型儲能系統，NXH006P120MNF2PTG半橋SiC模塊面向的應用場(chǎng)景還包括DC-AC轉換、DC-DC轉換、AC-DC轉換 、UPS、電動(dòng)汽車(chē)充電站和太陽(yáng)能逆變器等。
強化傳統電網(wǎng)的基礎設施
我們上述提到了多項可用于多元融合高彈性電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，比如系統級模型構建技術(shù)、云計算技術(shù)和大數據技術(shù)等，讓我們能夠清晰地認識到，多元融合高彈性電網(wǎng)是一種高度依賴(lài)數據系統的新型電網(wǎng)。
從復雜度上講，由于融合了新能源、物聯(lián)網(wǎng)、儲能和人工智能等創(chuàng )新技術(shù)，多元融合高彈性電網(wǎng)相較于傳統電網(wǎng)會(huì )更加復雜。而在這套復雜的系統中，需要提前將一些功能單元和負載保護起來(lái)，讓它們免受電網(wǎng)波動(dòng)和雷擊浪涌、高壓沖擊等傷害，這便是隔離器件在電網(wǎng)中起到的作用。同時(shí)，有了隔離器件，多元融合高彈性電網(wǎng)的運維也更加高效和安全。
接下來(lái)我們介紹的器件便是一款隔離器，來(lái)自制造商TI，貿澤電子官網(wǎng)上該器件的料號為ISOW7721DFMR。
圖6：ISOW7721雙通道數字隔離器
（圖源：貿澤電子）
TI 的ISOW7721雙通道數字隔離器是一款電流隔離數字隔離器，集成了低排放高效功率轉換器，能夠提供高達550mW隔離電源。該功能消除了在空間受限的隔離式設計中對單獨的隔離式電源的需求。在隔離性能上，該器件提供增強型和基礎型隔離選項。
圖7：ISOW7721雙通道數字隔離器系統框圖
（圖源：TI）
ISOW7721擁有高效率輸出功率，最大負載時(shí)的效率為46%，可提供高達0.55W的輸出功率，VISOOUT精度為±5%，可用負載電流高達110mA（5V至5V時(shí)）、140mA（5V至3.3V時(shí)）或者60mA（3.3V至3.3V時(shí)）。如果需要額外功率，ISOW7721支持多器件連接，在系統中使用兩個(gè)器件將集成功率輸出提高到>1W和>200mA。
除了可用于電網(wǎng)基礎設施，ISOW7721還可應用于電機控制、工業(yè)自動(dòng)化、醫療設備和測試測量等領(lǐng)域。
建設多元融合高彈性電網(wǎng)乃大勢所趨
能源技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)等領(lǐng)域的高速發(fā)展，讓建設多元融合高彈性電網(wǎng)成為可能。在全球主要國家和地區推動(dòng)“雙碳目標”落地的過(guò)程中，建設多元融合高彈性電網(wǎng)也有其必要性，是提升電能穩定供應的有效手段。隨著(zhù)相關(guān)項目逐步落地，電網(wǎng)將逐步體現出經(jīng)濟高效、綠色低碳的優(yōu)良特性。
不過(guò)，必須要強調的是，多元融合高彈性電網(wǎng)并不是對現有電網(wǎng)進(jìn)行粗暴的改造，這樣做往往會(huì )事倍功半。多元融合高彈性電網(wǎng)是對電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲”進(jìn)行全面的智能化升級，需要因地制宜，將存量資源和增量資源有機結合，這才是真正的柔性電網(wǎng)，真正的可持續發(fā)展。
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
