技術到位 智慧電網穩定發展:
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技術到位 智慧電網穩定發展
作者: 莫浩夫
“正如我們看到了手機技術跨越舊式的有線系統，我們應該也能預期到新式電源技術將會帶來創新系統，它能夠超越我們所熟悉的發電廠、電線和電錶，”美國電力研究所(EPRI)主席Theodore F. Craver, Jr.在2011年EPRI技術報告中表示。然而，擴建電網是一項艱鉅的任務，將需要幾十年的時間才能完成。
智慧電網架構師必須處理的待辦事項包括為整個電網整合通訊系統；開發先進的控制方法；解決先進的感測、度量與測試問題；設計能組合超導材料、電力電子與微電子的先進電網元件；以及打造出一個支援人機介面的方法。
同時，在可再生能源開發且部署後，業界參與者們必須找到一些可行的方法，將這些來源連接到目前老化的國內電力網格。在最基本的層面上，其任務是採用電源轉換器技術，如以逆變器轉換成分佈式能源或相容於電網的AC電源，將太陽能與風能轉換成美國60Hz的交流電(AC)標準。目前業界正尋求一種比當今所用的逆變器更具智慧化、更彈性且更便宜的新式逆變器。
EPRI已經針對電壓轉換開發出一種固態‘智慧型通用變壓器’(IUT)原型。這種固態變壓器結合了通訊技術，可作為智慧電網內的智慧節點，用於檢測計量問題、追蹤資產加載，以及作為一個即時監測與負載建模的資料來源。這也將有助於整合分散的各種資源，如能源儲存、太陽光電與和插電式電動車。
這種IUT可將各種不同分區層級的AC電源轉換為適合住宅與商業使用的直流(DC)和AC電源。不同於傳統的銅鐵變壓器技術，這種IUT部署了固態高頻切換以及快速運算的數位控制技術，可進行控制並形成其輸出特性。
針對未來的智慧電網應用，IUT可用於將分佈式可再生發電性能連接到配電網，而不至於產生使用傳統變壓器時的分佈式電壓波動現象。
EPRI數年來持續耕耘ITU固態技術，並已完成了概念驗證以及各種原型設計，現已準備好可進行現場展示與早期部署。2010年12月，EPRI在其於田納西州Knoxville的實驗室中成功地開發出可用的ITU。今年初並部署了一款外部封裝整合高低電壓絕緣層的2.4kV、25kVA ITU現場原型，正等待更進一步的測試評估。這款ITU現場原型預期將在2012年以前在多個主要站點進行展示，以決定在設計、規格與製造方面的要求。
同時，美國能源部的國家再生能源實驗室(NREL)與業界合作夥伴──Semikron公司，使用美商國家儀器(NI)的工具，共同開發了一款50kW的逆變器原型。該逆變器包含一個50kW的模組化電源，其大小相當於一台微波爐的大小。美國國家再生能源實驗室預測在這款設計量產後，其成本大約只有其它同級整合型電力電子元件的三分之一，預計將可用於太陽光電、風力發電機與電池等應用。
電網型電力電子控制系統的設計與商用化“長久以來由於缺乏快速控制原型與即時硬體模擬性能而使發展受阻礙，”NREL能源系統整合技術研發經理Bill Kramer在日前NIWeek上表示。
NI最近升級其可配置的I/O (RIO)平台，採用英特爾的400MHz Corei 7處理器和賽靈思(Xilinx)的Spartan-6 FPGA，瞄準能源與醫療等領域的嵌入式監測與控制應用。
“NREL正直接與NI公司展開合作，透過可配置的FPGA技術，針對可再生能源、電動汽車與智慧電網等系統，共同開發先進的電力電子逆變器控制硬體，”Kramer表示，“透過使用NI單板RIO元件上的高頻寬連接器與LabVIEW編程工具，我們現在從原型到高量產階段都可以利用我們的模擬與先進演算法，更快速地部署目標應用。”
英特爾嵌入式運算事業部總經理Michelle Tinsley在NIWeek上表示，“透過結合英特爾Core i7處理器和NI整合型CompactRIO硬體與LabVIEW軟體，我們可為工程師提供一個高性能的解決方案，迅速解決其於先進控制與監測方面的問題。”
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