精密电能计量加速节能降耗趋势下的直流供电应用

时间:2021-05-31 13:36来源:21 Dianyuan

摘要:早期的电网开发人员使用交流电(AC)供电,现在人们发现在越来越多的领域直流电(DC)可显著提高效率,尤其是在基于宽带隙半导体GaN和SiC器件的高效经济型功率转换技术发展的推动下,许多应用现在都看到了转换为直流电能的好处。因此,精确的直流电能计量变得越来越重要,特别是涉及到电能计费的地方。

碳达峰、碳中和目标提出后,我国能源结构将由以化石能源为主转向以清洁能源为主,电力计量贯穿电力发、输、配、用各个环节,涵盖计量标准及计量传溯源体系、用电信息采集及密管系统、低压用电管理等多项内容,将为评价清洁能源配置优劣、衡量全社会节能提效水平、评估新设备新技术的应用效果等提供准确可靠的量值数据。与此同时,清洁能源推动电动汽车等应用的越来越广泛,需要运用直流电能表对输出的电能量进行计量。作为传统交流电电能计量行业一直以来的主导企业,ADI公司近年来继续凭借在电气行业拥有的丰富经验,在直流电能计量领域开发了能够对电表运行信息进行实时分析诊断的全新电表监控技术。
 
直流供电按下节能增效“快进键”
早期的电网开发人员使用交流电(AC)供电,现在人们发现在越来越多的领域直流电(DC)可显著提高效率,尤其是在基于宽带隙半导体GaN和SiC器件的高效经济型功率转换技术发展的推动下,许多应用现在都看到了转换为直流电能的好处。因此,精确的直流电能计量变得越来越重要,特别是涉及到电能计费的地方。
 
在电动汽车领域,近年来人们在提高电池容量和使用寿命方面做了大量工作,但同时必须提供广泛的电动汽车充电网络,这样才能无需担心行驶里程或充电时间问题。考虑到局部充电峰值功率高达兆瓦的超快充电站和相关的快速充电能源溢价率,电动汽车充电将成为一个巨大的电能交换市场,随之需要进行准确的电能计费。虽然先进的SiC电动汽车转换器可达到97%以上的效率,但快速和超快充电器直接连接到汽车电池时,电能以直流方式传输,在这种情况下,显然需要在直流侧实现准确计费。除了涉及电动汽车充电计量公共利益外,私人和住宅点对点电动汽车充电计划可能对于直流侧进行精确的电能计费具有更大的激励作用。
 
 
未来电动汽车充电站的直流电能计量
 
医院、楼宇建筑中的微电网是更小版本的公用电力系统,因此需要安全、可靠、高效的电源,其中可再生能源发电、燃料发电机和储能可以共同作用形成一个可靠的能源分配系统。建筑物多达50%的电力负载是直流电,目前每台电子设备都必须将交流电转换为直流电,在这个过程中会损失高达20%的电能,与传统交流配电相比,估计总能耗可节省多达28%。
 
 
可持续微电网基础设施的直流电能计量
 
数据中心运营商同样正在积极考虑使用不同的技术和解决方案来提高设施的电力效率,因为电力耗能是其最大的成本之一。直流配电不仅可减少交流和直流之间需要进行的最少转换次数,而且与可再生能源的整合也更轻松、更高效。由于许多运营商开始采用按用电量向托管客户收费的测量方法,精确的直流电能计量同样越来越倍受关注。
 
 
直流供电数据中心的可再生能源整合
 
一种精密直流电能计量表设计参考
20世纪初,传统交流电表完全是机电式。使用电压和电流线圈的组合在旋转铝盘中感应涡流。铝盘上产生的转矩与电压和电流线圈产生的磁通量的乘积成正比。最后,在铝盘上添加一个破碎磁铁,使转速与负载消耗的实际功率成正比。此时,只需计算一段时间内的旋转次数即可计量耗电量。现代交流电表则更复杂,也更准确,并可防止窃电。现在,先进的智能电表甚至可以监测其绝对精度,并且安装在现场时可全天候检测是否存在窃电迹象。
 
无论是现代电表、传统电表、交流电表还是直流电表,都是根据其每千瓦时脉冲常数和百分比等级精度进行分类的。每千瓦时脉冲数表示电能更新率,即分辨率。等级精度表示电能的最大计量误差。直流电表的基本架构如下图所示,要测量负载所消耗的功率(P = V × I),至少需要一个电流传感器和一个电压传感器。当低电压侧为地电位时,流过电表的电流通常在高电压侧测量,以便尽量减少未计量漏电的风险,但电流也可在低电压侧测量,如果设计架构需要,也可以在两侧测量。通常使用测量和比较负载两侧电流的技术,使电表具有故障和窃电检测能力。但是,在测量两侧的电流时,至少需要隔离一个电流传感器,以便处理导体间的高电位。
 
 
直流电表系统架构
 
ADI公司的ADE电能计量IC针对下一代智能计量表架构挑战而设计,是以极高精度测量有功功率(kWh)、视在功率(kVA)、无功功率(kVAR)、有效值和电能质量的理想器件,适合单相和多相计费表、工业仪表以及电能监控应用。这些ADE电能计量IC结合模数转换器(ADC)与固定函数数字信号处理器(DSP)用于关键测量,不仅拥有出众的质量、可靠性和性能,同时提供无与伦比的功能和易用性。
 
ADE9153B 就是这样一款具有传感器监控和自校准功能的高精度单相电能计量 IC,使用 mSure® 技术的传感器监控功能支持仪表健康监测和高级篡改检测。利用该监控功能,用户可以检查传感器和信号路径的总体精度,从而独自确定电流和电压通道上特定时间段内的精度漂移。同样,mSure 提供高级篡改检测功能,能够检测传感器上的异常变化。mSure 与计量测量并行运行,可在 ADE9153B 中实现不间断和不受影响的计量功能。在使用并联电阻器作为电流传感器的情况下,mSure 自校准功能允许计量器自动校准电流和电压通道,无需使用精确基准电压源计量器或精确电源。
 
 
具有传感器监控和自校准功能的电能计量芯片ADE9153B功能框图
 
本文小结
虽然与现有交流计量标准生态系统相比,直流电能计量的标准化似乎不难实现,但行业利益相关者仍在讨论不同应用的要求,这就需要更多的时间来敲定直流计量的具体细节。ADI作为精密传感技术的行业领导者,能为精密电流和电压测量提供完整信号链并提供直流电表设计参考,以满足严格的标准要求。

免责声明:本文若是转载新闻稿,转载此文目的是在于传递更多的信息,版权归原作者所有。文章所用文字、图片、视频等素材如涉及作品版权问题,请联系本网编辑予以删除。
我要投稿
近期活动
帖子推荐更多

Copyright 2008-2022 21dianyuan.com All Rights Reserved 备案许可证号为:津ICP备10002348