Nguồn điện: Tổ chức quan trọng của cấu trúc Mạng thông minh

Hiện đại hóa mạng lưới điện thành một hệ thống cung cấp điện thông minh, đáp ứng được gọi là một mạng lưới thông minh-dedands nhiều hơn so với chỉ cảm biến và phần mềm. toàn bộ kiến trúc phụ thuộc vào một hệ thống cung cấp điện mạnh mẽ, đáng tin cậy và thích nghi. không có nguồn cung cấp điện cho các nhu cầu độc nhất của kiểm soát điện số, tích hợp năng lượng tái tạo, và hệ thống điện hai chiều vẫn còn là một khái niệm lý thuyết. bài này khám phá làm thế nào nguồn cung cấp điện dưới mỗi lớp phát triển thông minh, từ thế hệ đến thế hệ cuối cùng của sự phân phối, và tại sao sự tiến hóa của chúng là thiết yếu cho một tương lai bền vững.

Định hướng về nguồn năng lượng trong bối cảnh mạng lưới thông minh

Trong một mạng lưới thông thường, nguồn điện đơn giản là một thế hệ điện lớn từ các nhà máy trung tâm. Trong một mạng lưới thông minh, một thuật ngữ mở rộng đáng kể. Cung cấp điện bao gồm tất cả các thiết bị và hệ thống điện cung cấp, điều kiện, và lưu trữ năng lượng điện cho các thành phần mạng lưới, bao gồm máy biến áp, pin, nhiên liệu, và thậm chí cả các nguồn cung cấp năng lượng thấp mà các mô-đun điện giao tiếp và cảm biến. chúng phải xử lý các biến đổi từ các thiết bị tái tạo, cung cấp điện năng lượng chính xác và tần số, và hỗ trợ hai chiều giữa các thiết bị điện và tổng hợp.

Các đặc điểm chính của nguồn cung cấp điện lưới thông minh bao gồm:

  • hiệu suất cao trên phạm vi rộng để giảm thiểu thiệt hại trong các thiết bị liên lạc và hệ thống điều khiển kỹ thuật số.
  • Đáp ứng tạm thời để duy trì sự ổn định khi thế hệ tái tạo thay đổi.
  • Năng lực định hướng cho các hệ thống mà cả hai tiêu thụ và tiêm sức mạnh, như xe đến V2G.
  • Thiết bị bảo mật điện tử ) để ngăn chặn việc khai thác điện từ xa các hệ thống chuyển đổi và lưu trữ.

Tại sao không thể chối cãi được?

Các mạng thông minh phụ thuộc vào luồng dữ liệu liên tục từ hàng triệu bộ nhạy, mét thông minh và các đơn vị đo đạc phos (MEMUs). Những thiết bị này giám sát hệ thống mạng lưới thời gian thực và cho phép phản ứng tự động đối với lỗi hoặc thay đổi yêu cầu. Ngay cả một phần mi- giây năng lượng ngắt quãng có thể gây mất dữ liệu, tính sai lệch, hoặc đổ về hệ thống kiểm soát lỗi lớn hơn. Vì vậy, nguồn cung cấp điện đáng tin cậy là xương sống sau [FL: 0] nhận thức [FL: 0] và [FL:] [FL] [FL] [FL] [FL].].].

Hơn nữa, nguồn cung cấp điện trực tiếp ảnh hưởng đến lòng tin của người tiêu dùng. Có thể phụ thêm vào hệ thống điện tử bị suy yếu, làm xói mòn lòng tin vào các công nghệ thông minh. Các tiện ích phải đảm bảo rằng tất cả các hệ thống năng lượng phụ trợ, bao gồm cả nguồn cung cấp điện không bị gián đoạn (PTS) cho việc tự động hóa và pin dự phòng cho nút liên lạc được chỉ định để chịu đựng điều kiện môi trường khắc nghiệt và sự gia tăng.

Vai trò thiết yếu của việc cung cấp năng lượng trong sự phát triển của lưới thông minh

1. bật kho lưu trữ và sao lưu năng lượng

Các công ty năng lượng là một linchpin của mạng lưới thông minh hiện đại, và nguồn cung cấp điện hiện đại là tim của nó. các máy điện có thể nạp điện và thải hiệu quả trong khi duy trì mạng lưới. các hệ thống dự trữ pin theo quy mô lưới đã phát triển theo cấp số nhân từ dưới 1 nguồn năng lượng cao nhất đến 30GW trên toàn cầu, 20W, và tăng giá điện năng và tăng thêm nguồn cung cấp năng lượng.

Nguồn cung cấp điện cũng cung cấp nguồn dự phòng quan trọng cho các trung tâm điều khiển mạng lưới. kết hợp với các ngân hàng pin và máy phát điện ở vị trí đó, đảm bảo rằng các nhà điều hành không bao giờ mất tầm nhìn hay kiểm soát mạng lưới, thậm chí cả khi mất điện.

2. Kết hợp biến số tái tạo năng lượng

Những thứ tái tạo như năng lượng mặt trời và gió vốn đã bị gián đoạn. kết quả của chúng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, tạo ra cả sự thừa và thâm hụt năng lượng điều hành tính biến đổi này phải bao gồm:

  • Maxim Power Points (MPPT) bộ chuyển đổi ) để lấy năng lượng cao nhất từ các tấm năng lượng mặt trời, bất kể bóng hoặc nhiệt độ.
  • Đồ nghịch đảo đồng bộ hóa kết xuất tái tạo với tần số mạng lưới và điện áp.
  • bù lại sức mạnh phản ứng Dynamic để ổn định điện áp trong lúc mây che phủ hoặc gió gió.

Những thiết bị điện tử này cho phép thâm nhập vào mạng điện năng cao mà không làm hư hại tính đáng tin cậy. Theo Bộ Năng lượng &rsquao của Hoa Kỳ, [FLT: 0] Chương trình Hệ thống Năng lượng Tọa [FLT: 1], các chức năng thay đổi cao cấp hiện nay bắt buộc phải theo nhiều tiêu chuẩn liên kết, minh họa sự thúc đẩy về nguồn điện thông minh hơn.

3 Giới hạn các hoạt động và tần số trong thời gian thực

Một mạng lưới thông minh phải duy trì điện thế trong thô 5% của danh nghĩa và tần số trong vòng 0,1 Hz để ngăn ngừa hư hại và mất điện. Các mạng lưới truyền thống phải dựa vào máy phát điện đồng bộ lớn để cung cấp điều tiết này. Trong mạng lưới thông minh hiện đại, nguồn cung cấp điện được nhúng trong nguồn năng lượng phân phối (DER). Hệ thống lưu trữ có vai trò lớn hơn. Chúng có thể tiêm hoặc hấp thụ năng lượng phản ứng trong phần nghìn giây, nhanh hơn so với các máy thay đổi máy bơm hoặc tổng thống máy phát điện.

Năng lượng cấp cao hiện nay hoạt động như [FLT: 0] cấu tạo [FLT: 1] máy vi tính [FLT:], có thể tạo một tần số ổn định trong vi mạch đảo mà không cần kết nối đến hệ thống năng lượng lớn. Khả năng này rất quan trọng cho khả năng phục hồi trong cộng đồng xa xôi và cài đặt quân sự.

4 Giúp cho lớp tình báo phát huy năng lượng

Mọi thiết bị thông minh từ các đơn vị đo lường phosor đến các cơ sở hạ tầng thay đổi (AMI) để phân phối các rơ-le tự động- đang cần thiết nguồn điện tận tụy. Những thiết bị này thường phải hoạt động ở những địa điểm khó khăn (trên cùng, trong đó có các hầm ngầm, môi trường không thân thiện). Nguồn cung cấp điện cho các thiết bị này phải có hiệu quả cao để giảm thiểu nhiệt, hỗ trợ năng lượng qua Ethernet (PE) hoặc pin dự phòng chống sét và chuyển đổi không gian.

Phân phối thấp DC trong các tiểu trạm cũng đang đạt được sự đàn áp để giảm thiểu sự mất mát. NREL&rsquao; nghiên cứu về điện tử nâng cao [FLT: 1) cho thấy việc củng cố nhiều vật liệu DC (ý thức, điều khiển, đèn LED) có thể cải thiện hiệu suất tổng thể đến 10–15.

Những thử thách đối phó với hệ thống cung cấp điện trong các lưới điện thông minh

Chất lượng tương tác và quyền lực

Nguồn cung cấp điện năng phải tích cực lọc những nhiễu điện năng hay những thiết bị điện tử có nguy cơ bị hư hỏng. tăng lượng điện năng tăng lên thêm chất lượng điện năng phức tạp, như động lượng nhanh tạo ra những bước đẩy đột ngột sự biến đổi và cung cấp điện giống nhau.

Quản lý kho lưu trữ năng lượng

Hệ thống cung cấp điện phải thực hiện hệ thống quản lý pin tinh vi (BMS) để tăng độ sống vòng tuần hoàn trong khi đảm bảo an toàn. Việc đốt cháy Lithium trong các kho lưu trữ mạng nhấn mạnh việc cần thiết thiết thiết thiết phải tháo dỡ điện tử an toàn có thể tách biệt một nhóm tế bào bị hư trong phần nghìn giây.

Sự an toàn về điện lực trên mạng

Khi nguồn cung cấp điện trở thành phần mềm xác định và kết nối với internet, chúng trở thành bề mặt tấn công. Một máy đảo nghịch bị hư hại có thể gây ra sự bất ổn định tần số hoặc thậm chí gây ra sự mất điện. Bộ Năng lượng của Hoa Kỳ ’ [FLT: 0] Sự bảo vệ năng lượng [FLT: 0] Cơ sở dữ liệu năng lượng [FLT: 1] nhấn mạnh rằng mỗi thành phần cung cấp điện trong một lưới thông minh phải bao gồm việc khởi động, mã hóa và phát hiện bất thường.

Căng thẳng nhiệt độ và tuổi già

Nguồn cung cấp điện trong các khu vực ngoài trời phải chịu đựng nhiệt độ cực đoan, độ ẩm, sương muối và rung động. các phản ứng điện từ, từ trường và bán dẫn bị suy giảm theo thời gian.

Sự thiết kế kỹ thuật và sự hướng dẫn trong tương lai

Trình chuyển đổi đặc

Thay thế các bộ biến đổi sắt thông thường với các biến thể đặc của bang là một biên giới lớn. các nguồn cung cấp điện năng cao cấp có thể điều hòa điện áp, cung cấp hỗ trợ năng lượng phản ứng, và tích hợp trực tiếp các máy tái tạo DC trong khi nhỏ hơn và nhẹ hơn. các sự triển khai thương mại đã xuất hiện trong các trung tâm dữ liệu và vi mạch công nghiệp, với các đơn vị hỗ trợ điện lực dự kiến trong vòng 5 năm.

Những người bán dẫn đa năng mở rộng

Các thiết bị này đang cách mạng hóa hiệu suất cung cấp điện và chuyển đổi tốc độ. Chúng giảm thiểu thiệt hại 50–70% so với silicon, cho phép những bồn nhiệt nhỏ hơn và mật độ điện cao hơn. Mạng lưới thông minh Thái Bình Dương và các dự án phi công khác đang triển khai máy chiếu điện tử để chứng minh khả năng xử lý các luồng điện áp nhanh và các luồng điện hai chiều.

Công cụ năng lượng hoạt động lưới

Thế hệ tiếp theo của nguồn cung cấp điện sẽ không chỉ liên lạc với các nhà điều hành mạng lưới. sử dụng các giao thức như IEEE 1547,2018 và IEC 61850, những nguồn cung cấp này có thể điều chỉnh chế độ hoạt động của họ để đáp ứng các tín hiệu giá, độ lệch tần số, hay các lệnh khẩn cấp. Khả năng này biến tất cả các nguồn cung cấp điện thành một tài sản mạng linh hoạt để giúp cân bằng và nhu cầu.

Kiến trúc cổ điển và có thể khắc

Để đơn giản hóa việc bảo trì và mở rộng, các nhà sản xuất đang thiết kế các nguồn cung cấp điện như các mô- đun nóng có giao diện chuẩn. Trạm con có thể bắt đầu với một năng lượng nhỏ và thêm các mô- đun thông minh khi lưới phát triển. Phương pháp này giảm vốn mặt tiền và cho phép tiện ích để tiếp nhận các công nghệ mới.

Kết luận

Nguồn cung cấp điện điện không chỉ là những thành phần thụ động trong cơ sở hạ tầng thông minh mà còn là những hệ thống hoạt động, thông minh, cho phép sự tích hợp, lưu trữ điện, điều hòa điện, và lớp điều khiển điện tử làm cho mạng lưới trở nên thật sự thông minh.