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目前的光伏系统设计中,所有的光伏电池板均是串联的。若光伏板上的某部分被遮挡了,则整个系统的发电效率就随之降低。此外,如果要想让光伏模块最优工作,则所有的光伏板必须具有相同的朝向和倾斜,这就限制了屋顶光伏的布局。与之不同的是,未来的光伏发电系统则要求每个电池板都连接在它自带的微逆上,这就能充分挖掘每一个光伏板的发电潜能,提升整个系统的发电效率。尤其是应用于错落有致的屋顶时,系统设计的灵活性就增强了。
随着光伏发电技术的普及,以及光伏在电网中渗透率的增加,电力公司正在大力推进智能逆变器,它除了完成直流-交流转换的基本功能以外,还将提供如下辅助服务:低/高电压穿越,自动发电,自动弃光,谐振抑制,阻尼振荡,电网支撑……。对于并网的每一个逆变器,从面板电平级到兆瓦级,均是电网的一部分,并在电网稳定性上发挥作用,从此不再独善其身了。
智能变压器
传统变压器在轻负载下的效率很低,有液体介质泄漏的隐患,并且只有升/降压这一单一功能,不能提供实时电压调节和系统监控的功能。同时,它们不能通过单相电路提供三相电能,不能部分拆开逐个修复。
未来配电变压器将作为分布式电源的接口,能接入储能,能接纳电动汽车,采用电力电子器件替代传统配网变压器的设备。美国电力科学研究院(Electric Power Research Institute,EPRI)研发出的智能变压器,可以作为可再生能源并网的接口(Renewable energy grid interface,REGI),包括一个双向功率接口,方便光伏、储能、电动汽车的接入,也包含系统整合、本地控制和孤岛控制方面的指挥和控制功能。REGI将成为智能电网发展战略中的关键因素,扮演着将传统电力变压器和接口功能相结合的角色,可以无缝地接入可再生能源、储能、电动汽车和需求响应(Demandresponse,DR)性负荷,同时还为本地能源网络提供可靠的供能。此外,还将整合高级配电管理系统、能量管理系统(Energy management systems,EMSs)和DR系统,以优化、提升电网的经济性、可靠性。
此外,EPRI还研发出了中压智能通用变压器(Intelligent Universal Transformer,IUT)。该技术替代了独立的电能转换器和传统的变压器,完全摒弃了传统变压器的笨重结构和大量的接线。多功能的IUT可提供400V的直流母线电压,用于供应直流配电系统或为电动车快速充电,如下图所示。
多功能固态开关系统
多功能固态开关设备(solid-state switchgear system),在国内常被称为能源路由器,用于替换传统配电网开关,是用于配电自动化的典型智能电子设备。EPRI目前研发的主攻方向是10KV等级,已经研发完成的基于SGTO的静态转换开关(Static transfer switch,SSTS)就是这种典型的多功能固态开关设备,利用获得R&D100奖的超级门极可关断器件(supergateturn-off,SGTO),采用模块化设计,性能好,结构紧凑,可靠性高,重构力强,有一定的成本优势,适用于6kV至35kV系统。
SSTS特别适用于配电网的负荷转移,将作为配电网监测系统中的一部分,在商业、工业、城市和郊区中大量应用。SSTS中的有源开关可用于实时潮流监测和控制,也可以作为系统保护的一个基本单元,用于限制短路电流。同时,也能减轻变压器的压力,提高变压器寿命。此外,还能减少机组停机时间,使机组运行更加连续,提供更好的电能质量。
本地能源网络LEN控制器
如果用电决策可以基于当前信息进行分类和执行,并且这些信息能够很容易地搜集处理,那么用户就能轻松掌握并且愿意使用这样的系统。用户可以安装一个家庭局域网络(Home area network,HAN):一个是连接在EMS上的电子信息网络,一个决策处理器。HAN容纳了信息流并形成网络节点。每个节点均与家庭电力系统的一个设备或元件相关联。节点可以是代表有大量电能消耗的硬连接设备,比如抽水泵、照明电路,也可以是带插头的负荷。设备和EMS通过无线、有线或者HAN中的电力载波进行通信。
EMS主要负责协调HAN中的各个设备,根据用户定义的规则来决定其中的设备和负荷何时开启或关闭。这些规则基于一定时期的电价信号(比如:电价超过一定的阀值时),当前的情况(比如:家用负荷按预期需要启动的时候)或者是响应外部代理机构下达的指令(比如:对一个需求响应参与者用户下达的负荷削减指令)。
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