תפקיד הכוח שולט בפיתוח תשתיות חכמות

Power Supplies: The Critical Foundation of Smart Grid Infrastructure

המודרניזציה של רשת החשמל לרשת חכמה, קשובה – לעתים קרובות נקראה רשת חכמה – דורשת יותר מחיישנים ותוכנה בלבד.האדריכלות כולה תלויה במערכת אקולוגית של אספקת חשמל חזקה, אמינה ומתאמת – ללא חשמל המונדס לדרישות הייחודיות של שליטה דיגיטלית, שילוב מתחדש, וזרימת אנרגיה עקיפית, רשת חכמה נשארת מושג תיאורטי.

Defining Power Supplies in the Smart Grid Context

ברשתות מסורתיות, אספקת חשמל פשוט התכוונה לדור הגדול של חשמל מצמחים מרכזיים.ברשת חכמה, המונח מתרחב באופן משמעותי.אספקת חשמל כוללת את כל המכשירים והמערכות המספקות, מצב, ולאחסן אנרגיה חשמלית עבור רכיבים ברשת, כולל מסובכים, מופנים, סוללות, תאי דלק ואפילו את ה- DC נמוך כוח מודולים וחיישנים.הם חייבים לטפל בקלטים משתנים ממתחים מתחדשים, לספק מתחים מדויקים וזרימים בין תדירות גבוהה.

מאפיינים מרכזיים של אספקת חשמל רשת חכמה כוללים:

• (FLT:0) יעילות גבוההFLT:1) על פני טווח עומס רחב כדי למזער הפסדים בציוד תקשורת דיגיטלי ומערכות בקרה.
• (ב) ,0) ,(התשובה הטרנספורמטיבית) ליציבות כאשר דור מתחדש מתהפך.
• (ב) ,0) יכולת ניהולית 1 (FLT:1) עבור מערכות שתי לצרוך והן להזריק כוח, כגון מטען לרכב-ל-דריד (V2G).
• (FLT:0) אלקטרוניקה מחוספסת של אבטחה 1FIRLT 1) כדי למנוע ניצול מרחוק של ממירי חשמל ומערכות אחסון.

מדוע אמינות אינה ניתנת להשגה

רשתות חכמות מסתמכות על זרמי נתונים רצופים ממיליוני חיישנים, מונים חכמים ויחידות מדידה (PMUs) מכשירים אלה לפקח על בריאות הרשת בזמן אמת ומאפשרות תגובות אוטומטיות לאפסות או שינויים בביקוש.אפילו הפרעה של כוח מיקרו-שנית יכולה לגרום לאובדן נתונים, מומים, או קזקינט לתוך כשלים במערכת בקרה גדולה יותר.

יתר על כן, אמינות אספקת החשמל משפיעה ישירות על האמון הצרכני.החומרים הניתנים לאספקת חסרונות באבטחת אלקטרוניקה ברשת בטכנולוגיות חכמות.העדויות חייבות להבטיח שכל מערכות הכוח העזריות – כולל אספקת חשמל בלתי ניתנת לעצירה (UPS) לאוטומציה תת-התאימות וסוללות גיבוי עבור בלוטות תקשורת - מוגדרות לעמוד בתנאים סביבתיים קשים ואירועי גל.

תפקידים מרכזיים של כוח פקדים בפיתוח Smart Grid

1. אחסון אנרגיה וגיבוי

אחסון אנרגיה הוא מנוף של רשתות חכמות מודרניות, ואספקת חשמל הם בלב שלה.באטים, גלגלי זבובים, ו supercapacitors לאחסן עודף דור ממתחדשים ולאחר מכן להזריק אותו במהלך הביקוש העליון.מערכות אלה דורשות ממירים אלקטרוניים מתקדמים (ממריצים / ממריצים) שיכולים לטעון ולשחרר ביעילות תוך שמירה על יציבות רשת.

אספקת חשמל מספקת גם גיבוי קריטי למרכזי בקרת רשת.הזנה רדונדנט מ substations נפרדים, בשילוב עם בנקים סוללות וגנרטורים באתר, להבטיח כי המפעילים לעולם לא לאבד חשיפה או שליטה ברשת, גם במהלך Blackouts.

אנרגיה מתחדשת משתנה

חידושים כמו השמש והרוח הם לסירוגין מטבעם, התפוקה שלהם תלויה בתנאי מזג אוויר, יצירת שני העודףים והגירעון. אספקת הכוח שמנהלת את יכולת הנשימה הזו חייבת לכלול:

• (ב) ⁇ 0) מקסימום Power Point Tracking (MPPT) ממירים 1:1 אשר שואבים את האנרגיה הגבוהה ביותר האפשרית מפאנלים סולאריים ללא קשר לנפיחות או טמפרטורה.
• (ב) ,0) ,Grid-tied InvertersFIRLT:1) אשר מסנכרן פלט מתחדשים עם תדירות רשת ומתח.
• (ב) ,0) ,(הכוח האקטיבי של נדר) לייצב את המתח במהלך כיסוי ענן או גלי רוח.

אלקטרוניקה כוח אלה מאפשרת חדירה גבוהה של מתחדשים ללא אמינות רשתית של ארה"ב, על פי משרד האנרגיה של ארה"ב ’sFLT:0) חידושים של אנרגיה גריידיד אינטגרציה תוכנית 1, פונקציות מתקדמות מופנות הן כעת חובה בסטנדרטים רבים של חיבור, מה שממחיש את דחיפה הרגולטורית לאספקת חשמל חכמה יותר.

פשטות ותדירות בזמן אמת

רשת חכמה חייבת לשמור על מתח בתוך ±5% של נומינאל ותדירות בתוך 0.1 הרץ כדי למנוע נזק בציוד ושחורים.רשתות מסורתיות נשענות על גנרטורים סינכרוניים גדולים כדי לספק את הרגולציה הזו.ברשתות חכמות מודרניות, אספקת חשמל מוטבעת במשאבים אנרגיה מבוזרים (DERs) ומערכות אחסון לקחת על תפקיד גדול יותר. הם יכולים להזריק או לספוג כוח חוזר במילי השניות, מהר יותר מאשר מ-מכסנים מכניים או ממערכות אחסון מהר יותר.

כיום, אספקת חשמל מתקדמת מתפקדת כ-FLT:0) מהפך של אינטגרלי 1 (FLT:1), אשר יכול ליצור התייחסות תדר יציבה במיקרו-grids האי ללא קשר למערכת הכוח הגדולה.

4.מעצמות שכבת המודיעין

כל מכשיר חכם - מיחידות מדידה phasor ועד תשתיות מתקדמות (AMI) ועד הפצת הודעות אוטומציה - דורש אספקה ייעודית של כוח.אלה לעתים קרובות לפעול במקומות מאתגרים (למעלה, קמרונות תת קרקעיים, סביבות לא ידידותיות) אספקת חשמל עבור מכשירים אלה חייבת להיות יעילה מאוד כדי למזער את הניתוק חום, תמיכה על Ethernet (Po) או גיבוי סוללות, וכולל הגנה מפני מעבר ברקים ומשתנים.

חלוקה של DC בתוך תת-התת היא גם צוברת מתח כדרך להפחית את ההפסדים המרה. (FLT:0 NREL ’ מחקר על אלקטרוניקה מתקדמת חשמל אלקטרוניקהFLT:1 מראה כי איחוד מספר רב של עומסי DC (רגישים, בקרים, נוריות) יכול לשפר את יעילות המערכת על ידי 10-15%.

אתגרים העומדים בפני מערכות אספקת חשמל ברשתות חכמות

איכות ועוצמה

חדירה גבוהה של השמש והרוח מציגה מתח flicker, הרמוניות, וסטיות תדירות.אספקת חשמל חייב לסנן באופן פעיל הפרעות אלה או לפגוע אלקטרוניקה בקרה רגישה.העלייה של כלי רכב חשמליים הטעינה עוד יותר מסבך את איכות הכוח, כמו גם מטען מהיר ליצור שלבים עומס פתאומי כי התפלגות מתח מהפך ואספקת חשמל זהה.

ניהול אנרגיה

ההידרדרות של סוללות, איזון המדינה וניהול תרמי נשארים אתגרים הנדסיים. מעגלי אספקת כוח חייבים ליישם מערכות ניהול סוללות מתוחכמות (BMS) המשתרעות על חיי מחזור תוך הבטחת בטיחות. Lithium-ion במתקנים לאחסון רשת מדגיש את הצורך באלקטרוניקה כוח לא בטוח שיכול לבודד ערכת תאים כושלת במליכי שניות.

אבטחת סייבר של Power Electronics

כציוד חשמל הופך להיות מוגדר ומחוברת לאינטרנט, הם הופכים משטחים התקפה.A inverter שנפגע עלול לגרום לאי יציבות תדירות או אפילו לעורר מיצוי קלוש.משרד האנרגיה של ארה"ב;s (FLT:0Cybersecurity עבור אנרגיה תשתיות אנרגיה FLT:1 יוזמה מדגישה כי כל רכיב אספקת חשמל ברשת חכמה חייב לכלול מנעול מאובטח, תקשורת מוצפנת, מוצפנת, ומוצפנת.

מתחים והזדקנות

אספקת חשמל במכלים בחוץ חייבת לסבול קיצוניות טמפרטורה, לחות, ערפל מלח וטטראט. capacitors אלקטרוליטי, מגנטים, ומוליכים למחצה כולם מידרדרים לאורך זמן. ניטור מבוסס תנאי של בריאות אספקת חשמל הוא אזור מתפתח, באמצעות חיישנים על הסיפון וניתוח כדי לחזות כישלון לפני שהוא משבש פעולות רשת.

טכנולוגיות מתפתחות וכיוונים עתידיים

המונחים: Solid-State Transformers

החלפתם של מהפךי ברזל קונבנציונליים עם גרסאות מוצקות של מדינת ישראל היא גבול מרכזי.ספקי כוח גבוהים אלה יכולים להסדיר את המתח, לספק תמיכה כוח תגובתי, ולשלב DC מתחדשים ישירות - כל זאת תוך כדי להיות קטן וקל יותר, פריסות מסחריות כבר מופיעות במרכזי נתונים ומיקרוגרידים תעשייתיים, עם יחידות בקנה מידה רחב של יעילות הצפויות בתוך חמש שנים.

ראשי > Bandgap Semiconductors

סיליקון carbide (SiC) וגליון nitride (GaN) מכשירים מהפכה ביעילות אספקת חשמל והחלפת מהירות.הם להפחית הפסדים על ידי 50-70% בהשוואה סיליקון, המאפשרים כיור חום קטן יותר וצפיפות כוח גבוהה יותר. Smart Grid Pacific ופרויקטים אחרים של טייסים פריסת סי-C ממריצים כדי להפגין את יכולתם להתמודד עם טראנסים מהירים וזרימת כוח דו-כיפה.

כוח גרידור-אינטראקטיבי מתחודד

הדור הבא של אספקת החשמל לא רק ציוד חשמל - הם יתקשרו עם מפעילי רשת.שימוש בפרוטוקולים כמו IEEE 1547-2018 ו- IEC 61 850, אספקת החשמל הזו יכולה להתאים את מצב ההפעלה שלהם בתגובה לסימנים, סטיית תדר או צווי חירום.יכולת זו הופכת את כל אספקת החשמל לנכס רשת גמיש שיכול לעזור איזון וביקוש.

אדריכלות מודולרית ו Scalable

כדי לפשט את התחזוקה וההתרחבות, היצרנים מעצבים את אספקת החשמל כמודולים חמים-צפויים עם ממשקים סטנדרטיים. תת-קבוצה יכולה להתחיל עם יכולת קטנה ולהוסיף מודולים ככל שהרשת החכמה גדלה. גישה זו מפחיתה את ההון העליון ומאפשרת לשיטות לאמץ טכנולוגיות חדשות באופן מצטבר.

מסקנה

אספקת חשמל היא הרבה יותר מרכיבים פסיביים בתשתיות רשת חכמות.הם פעילים, מערכות חכמות המאפשרות שילוב מתחדש, אחסון, רגולציה מתח, ושכבת הבקרה הדיגיטלית שהופכת רשתות באמת חכמות.כפי שהמעבר לאנרגיה מאיץ, תעשיית האלקטרוניקה של החשמל חייבת להמשיך לחדש ביעילות, אמינות, אבטחת סייבר, ותפקודי תמיכה ברשת.