多元融合高彈性電網初落地，電源和功率器件迎行業風口

每到盛夏，我國江浙沿海一帶就會出現電力緊張問題。因此，“高溫下保供電”便成為各地的主要方針。同時，隨著新能源汽車滲透率提升，電能供應的挑戰會越來越大。為了能夠更好地解決供電難題，多元融合高彈性電網成為電力能源領域的熱門概念，并已經得到了初步的落實。

多元融合高彈性電網將分布式電源和儲能系統融入電網系統中，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”向“源網荷儲友好互動”模式轉變。因此，在電網負荷不斷增大的情況下，多元融合高彈性電網具有重要的戰略意義。

在多元融合高彈性電網構建的過程中，兩種類型的器件最為關鍵，一種是模擬電源，另一種是功率器件。同時，這也是貿澤電子官網銷售的兩大類主流器件，它們將和廣大業者一起開啟電網運轉新時代。

多元融合下的新能源發電

多元融合高彈性電網具有高承載、高互動、高自愈、高性能四大核心特征，這就要求這種新式電網需要具備兩個基礎能力：其一是電網需要能靈活地應對大規模電力供應，其二是電網需要能允許大規模清潔能源動態性接入。

在第二點上，目前清潔能源發電擁有廣泛的市場前景。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、風電、太陽能發電等清潔能源消費量占能源消費總量的25.9%。近年來，這一占比穩定提升。

目前，太陽能和風能是清潔能源的主要來源，國家能源局在分享2022年1-6月份發電數據時表示，除了傳統的火電和水電，太陽能和風能在份額上并列第三名，報告期內發電占比均為14%。

太陽能發電主要有兩種形式，一種是光-熱-動-電轉換方式，另一種是光-電直接轉換方式。不過，由于太陽能熱發電的效率很低，導致其建站的成本甚至會達到火力發電站的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的光伏。

在光伏發電的大系統里，由光轉化的電能有兩條去路：蓄電池和電網。通往電網的光伏發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能電池板所發的直流電轉化成能夠并網使用的交流電。

話雖如此，逆變器的工作卻并不簡單。逆變器需要通過開關電源、變壓器、濾波器、IGBT等器件順應電網的電壓和頻率要求，調整輸出電壓的波形、頻率和相位，以實現與電網同步，如此才能實現并網。

逆變器也擔負著功能安全的使命，具備一定的控制和保護功能，比如過壓、過流、短路、過溫等，確保系統的穩定運行。另外，逆變器也需要具備一定的動態調節能力，以保證系統在最大功率點追蹤(MPPT)下運行。

在整個光伏逆變器中，IGBT是核心部件，占到光伏逆變器價值量的15%-20%。不同的光伏電站需要的IGBT產品略有不同，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是靠驅動器對其性能進行整體調控，驅動器的好壞直接影響IGBT的動態性能，并且和IGBT的穩定性和成本息息相關。在這里我們為大家推薦一款來自制造商安森美（onsemi）的IGBT驅動器NCD5700x，這款器件在貿澤電子官網上的料號為NCD57000DWR2G。

圖1：NCD5700x大電流IGBT驅動器

（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驅動器，可在高功率應用中提供高系統性能和可靠性。相關器件具有高度靈活的動態IGBT性能調節能力。

圖2：NCD5700x大電流IGBT驅動器系統框圖

（圖源：安森美）

NCD5700x大電流IGBT驅動器具有低輸出阻抗，用于增強型IGBT驅動；可適應輸入側上的5V和3.3V信號，以及驅動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）驅動器輸出。

圖3：UVLO示意圖

（圖源：安森美）

NCD5700x大電流IGBT驅動器具有出色的安全特性，包括漏極開路故障和就緒輸出、有源米勒鉗位、DESAT保護以及DESAT軟關斷特性等。并且，相關器件的輸入和輸出之間保證了8mm的爬電距離，以滿足增強的安全絕緣要求。

除了應用于太陽能逆變器領域，NCD5700x大電流IGBT驅動器還可用于電機控制、不間斷電源(UPS)、焊接和工業電源等豐富場景中。

儲能系統讓電網更具彈性

根據國網浙江電力研究院聯合北京交通大學發布的名為《多元融合高彈性電網關鍵技術綜述》論文，在多元融合高彈性電網系統里，采用了非常多的創新型技術，包括系統級模型構建技術、柔性直流輸電技術、高效運行控制技術、大數據技術、云計算技術以及儲能技術等。

其中，儲能技術被認為是解決電網負荷波動問題的重要手段，受到了全球各國家和地區的重點關注。

在我國，根據國家發改委的統計數據，截至2022年底，全國已投運新型儲能項目裝機規模達870萬千瓦，平均儲能時長約2.1小時，比2021年底增長110%以上；從2022年新增裝機技術占比來看，鋰離子電池儲能技術占比達94.2%，占據市場主導地位。

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從系統規模來看，相較于工商業儲能系統和移動儲能系統，應用于電網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電端，也可以用于用戶端的電力輔助和分時用電。

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和儲能系統需求來看，SiC（碳化硅）MOSFET是一個理想的選擇，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，讓系統損耗得以進一步減少。

下面我們為大家推薦一款來自安森美的NXH006P120MNF2PTG半橋SiC模塊，該器件在貿澤電子官網上的料號為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6mΩ 1200V SiC MOSFET開關和1個熱敏電阻，采用F2封裝。器件內部的SiC MOSFET開關使用M1技術，由18V-20V柵極驅動。另外，NXH006P120MNF2模塊采用平面技術，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，除了可用于電網端的大型儲能系統，NXH006P120MNF2PTG半橋SiC模塊面向的應用場景還包括DC-AC轉換、DC-DC轉換、AC-DC轉換 、UPS、電動汽車充電站和太陽能逆變器等。

強化傳統電網的基礎設施

我們上述提到了多項可用于多元融合高彈性電網的關鍵技術，比如系統級模型構建技術、云計算技術和大數據技術等，讓我們能夠清晰地認識到，多元融合高彈性電網是一種高度依賴數據系統的新型電網。

從復雜度上講，由于融合了新能源、物聯網、儲能和人工智能等創新技術，多元融合高彈性電網相較于傳統電網會更加復雜。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，讓它們免受電網波動和雷擊浪涌、高壓沖擊等傷害，這便是隔離器件在電網中起到的作用。同時，有了隔離器件，多元融合高彈性電網的運維也更加高效和安全。

接下來我們介紹的器件便是一款隔離器，來自制造商TI，貿澤電子官網上該器件的料號為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）、140mA（5V至3.3V時）或者60mA（3.3V至3.3V時）。如果需要額外功率，ISOW7721支持多器件連接，在系統中使用兩個器件將集成功率輸出提高到>1W和>200mA。

除了可用于電網基礎設施，ISOW7721還可應用于電機控制、工業自動化、醫療設備和測試測量等領域。

建設多元融合高彈性電網乃大勢所趨

能源技術、通信技術、控制技術等領域的高速發展，讓建設多元融合高彈性電網成為可能。在全球主要國家和地區推動“雙碳目標”落地的過程中，建設多元融合高彈性電網也有其必要性，是提升電能穩定供應的有效手段。隨著相關項目逐步落地，電網將逐步體現出經濟高效、綠色低碳的優良特性。

不過，必須要強調的是，多元融合高彈性電網并不是對現有電網進行粗暴的改造，這樣做往往會事倍功半。多元融合高彈性電網是對電網“源-網-荷-儲”進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，真正的可持續發展。