《电子技术应用》

“独立双核”能源转换平台推进光伏发电“市电化”

专访ADI能源及隔离产品事业部的总经理Ian Lawee

电子技术应用 作者:于寅虎
2016/7/11 15:07:00

       编者按:日前,ADI公司全球CEO宣布了全新的物联网战略,变身面向应用的系统级解决方案公司将成为公司为之奋斗的方向,紧接着ADI能源及隔离产品事业部总经理Ian Lawee马不停蹄来到中国正式发布了面向光伏逆变器应用的颠覆性的电源转换平台,从而为光伏发电实现低成本高效率提供了新的可能,这也是ADI公司物联网战略布局的具体实践。

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Ian Lawee

       近年来,随着太阳能面板和电池系统成本的大幅度下降,推动了逆变器技术的发展需求,并带动了太阳能效率的新一波改进浪潮。新型逆变器设计要求缩减尺寸、重量和成本时,需要进一步全面挖掘数字处理技术的潜力,从而实现颠覆性逆变器产品的开发。

电价成本成制约光伏发电瓶颈

       光伏逆变这样的一个技术,在过去几年已经有很大的长足的改进,但是离它最终的目标或者是操控目标还有一段距离,这个目标是什么?

       ADI能源及隔离产品事业部的总经理Ian Lawee认为,光伏发电能够获得消费者广泛认可的瓶颈,就是光伏发电的电价可以与市电平价。具体来说,就是利用光伏新能源产生电力的价格,和传统能源比如说用水电或者是煤电市电的价格是相等的,这时候新能源才能够被大力的接受和推广。

       在过去几年里,我们看到光伏设备的价格下降主要由电池板价格降低来驱动,而当电池板成本的下降到达一定程度时,实际上系统当中其它组成部分(主要是逆变器)成本就会占比越来越大,这样在这些部分的成本下降也会变得越来越重要。

  在光伏设备系统中,光伏逆变器已经成为系统成本降低的重要驱动力,光伏逆变器的效率提高、体积减少、成本减少上,对整个光伏系统都会有革新性的变化,进而为光伏发电的价格趋向市电价格做出推动作用。

光伏逆变器的三个革新趋势

  光伏逆变器的确正处在快速革新发展当中,光伏逆变器在体积、重量、成本和提高效率方面的变革,都在推动着未来几年光伏发电市场的进步。

  首先来看一下如何实现市电平价,甚至于光伏能源的价格,低于传统能源的价格。

       Ian Lawee表示,很重要的一点,我们需要减少逆变器的体积重量,这样的话其实就可以减少很多磁器件或者电感器件,这些器件一方面是重量很大、体积很大,另一方面成本也很高。第二个方面,我们要增加可靠性,这样的话整个系统可以用更少的器件,更简化设计,更快的进行开发迭代。第三个方面就是增加效率,效率增加了以后多产出电能,所以它最终可以降低产出的电价。

  Ian Lawee认为,光伏逆变器正在进行中的革新与升级,设备厂商在面对市场时产品开发主要体现在三个方面的趋势。

       第一个方面就是需要更快的切换速率。更快的切换速率有两层含义,一种是更新的拓扑结构,也就是多层的拓扑结构。目前可能是三变频,以后也许会变成五变频。另一种是宽静待的功率器件,包括氮化镓和碳化硅这些器件的应用。上述这两种方式,都需要更高的切换频率,来满足这个逆变器更高的效率。

       第二个不仅仅是更高的效率和更低的成本,而是在于安全性。因为光伏逆变这样的设备,最终很大可能是要连接到电网上面的。而如果安全性上得不到保证,就会造成很大的伤害或者是灾害,比如说着火等等这些灾害。所以在考虑成本下降的同时,我们必须要保证整个系统的安全性,并且通过相应的安规。在这些方面,我们的技术也做了很多的积累,包括我们在电伏检测等等方面,可以保证我们在整个系统成本下降的同时,同时保证我们的安全性的高标准,甚至比原来还更强。

       第三个方面,对于客户来说怎么样能够实现高效开发。光伏逆变器的更新换代将迎来一波快速期,这就要求设备厂商具备快速开发的能力,而基于ARM这样的处理器的电源转换平台,可以使他们能够更快的完成新产品的开发,满足他们开发产品周期的需求。

“独立双核”架构的电源转换平台

  针对光伏逆变器成本不断降低和体积不断变小的趋势,电源转换平台势必要做出彻底的改变,才能适应这一需求。

  据Ian Lawee介绍,传统意义上一个标准的高精确电能转换平台包括如下几个重要组成部分,一个是混合信号控制处理器,通常还会配一个安全控制器作为备份,另外就是隔离门控制器和电流检测电路。

  为了满足新一代光伏逆变器的需求,ADI公司率先推出了一个带有安全控制器的“独立双核”架构混合信号处理器ADSP-CM41X系列平台,除了双核以外它还集成了很多硬件加速单元,同时它集成了高精度的模拟前端,这样的系统安排使它成为业界唯一一颗非常适合于光伏逆变器的电源转换产品。

  Ian Lawee表示,混合信号处理器CM41X,能够提供比竞争对手高4倍的处理性能,使它能够成为下一代的光伏逆变器和能源储存,还有充电设备的核心。相比于三年前ADI推出的CM40X来说,CM41X有两个重要的创新,第一个就是可以提供更高的切换频率,也就是最终依靠更高的效率来降低成本,主要是通过高性能的Cortex-M4处理器和一系列的硬件加速单元来实现;另一个创新就是独特的符合安规认证的“双核”架构,将安全冗余和功能集成于一个芯片,这一前所未有的结构无需当今大多数设备标配的外部监控元件,从而大幅度节省了开发时间和系统成本。

       后记:ADSP-CM41x确立了ARM内核处理和模拟精度的新标准,继近期发布的ADSP-CM40x电源转换系列之后进一步巩固了业界性能领先地位。 ADSP-CM41x产品系列可与其它重要信号链路元件无缝集成,包括AD740x Sigma Delta模数转换器,能够替代尺寸更大、更昂贵的传感器模块,从而降低系统成本,改进隔离电流测量水平。

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