混合多端口电源转换系统为微电网提供更好技术支撑

2017年全球多地发生的前所未有的自然灾害正在引起人们对电网弹性系统重要性的更多关注。

根据美国国家海洋和大气管理局最近的数据，仅在去年，在美国发生的自然灾害就造成了306亿美元的损失。虽然美国国和世界许多地区都受到影响，但像波多黎各这样的岛国尤其遭受重创，其基本和关键服务的电力供应在飓风过后几个月后仍然没有恢复正常。

因此，采用可再生能源和分布式能源(如柴油发电机组)的混合微电网是在这些极端天气肆虐下的偏远地区提供电力的一种最具成本效益和适应性的选择。虽然传统发电设备繁多，复杂且效率低，前期成本高，但采用先进的多端口电源转换系统可以提供前所未有的灵活性和适应性，满足岛屿和偏远地区的独特能源需求。最重要的是，当关键设施(如学校，医院和市政大楼)的电力中断并需要快速供电时，具有无缝多端口电源转换功能的混合微电网可以在暴风雨或其他类型的灾难导致的电源中断后有效地向社区提供电力。

Ideal Power公司和JLM能源公司共同建设的太阳能+储能项目

与传统电源整合的挑战

在稳定性、效率和灵活性方面，电源系统集成商和项目开发商历来都面临着采用电源转换技术缺乏动力的挑战。数十年来，体积庞大且效率低下的组件一直是电源转换技术的主流产品。一个传统的电源转换器可能重达700磅以上，并且室外安装的兼容性有限，这种设备的体积和重量使得安装成本非常高，而且工作量很大。

电力成本对岛屿和偏远地区而言尤其是重要的障碍，因为通常的电力成本较高。加勒比群岛的电力成本平均约为每千瓦时50美分(kWh)，约为美国大陆地区的三至五倍。如果项目开发人员没有考虑采用具有成本效益的解决方案，并且没有根据岛屿需求进行调整，那么这将成为实施微电网项目最重要的障碍。

此外，繁琐和复杂的设备也可能是一个主要障碍。传统的太阳能+储能微电网需要两个独立的电源转换器，这使得硬件和软件的管理和集成变得更加困难。连接多个资源可能需要采用大尺寸且难以放置的设备，这对具有空间限制的岛屿社区来说尤其具有挑战性。需要多个电源转换器的电网系统需要复杂和实时的嵌入式控制，这使得后续管理变得复杂化。此外，要确定集成商和项目经理具备开发、部署、调试和管理这些控制系统的技术能力是很困难的。

对于任何包含储能部署的系统，没有适当的操作控制系统的电源转换器可能会导致电池充放力能力的严重损耗。会对电池的应用带来更大的压力，不仅效率低下，而且还缩短了系统的使用寿命。储能效率是至关重要的，因为太阳能是一种间歇性资源，并不能依靠太阳能发电作为弹性电源。

寻找合适的技术

新兴的电源转换技术允许采用直流电(DC)、交流电(AC)和混合微电网的太阳能加储能系统，可将太阳能发电、柴油、储能和其他分布式能源整合为单一混合动力微网项目。每个系统都有自己的优势，但混合多端口电源转换系统是提供离网备用电源的解决方案。虽然混合微电网具有不同的规模和大小，但它们有自己的定义特征。

混合微电网包括太阳能+电池储能，再加上策略性控制的柴油发电机组，可以在电网连接可用时以“孤岛”和/或并网模式运行。

多端口电源转换允许通过单个电源处理阶段集成多个电源输入，以消除传统单端口电源转换器存在的冗余。紧凑型混合多端口电源转换器可节省空间、减少重量，并大大简化布线互连和安装工作量。最有效的多端口电源转换解决方案还包括嵌入式按键控制功能，进一步简化管理。

Ideal Power公司及其整合合作伙伴于2017年6月在美属维尔京群岛圣克罗伊岛部署了混合微电网系统。在这个微电网中，六个Stabiliti 30C3多端口电源转换系统并联运行，将太阳能、电池储能和柴油整合为一个容量为180kW混合动力微电网设施。与加勒比地区的许多商业基地类似，这个设施从未连接到中央电网，并且在太阳能加储能微电网实施之前，这个全天候的设施主要依靠柴油发电机满足其电力需求。柴油发电机提供电力在海岛地区很常见，并且采用不稳定和成本高昂的电网供电，但这些发电机可与太阳能+电池储能系统配套使用，以创造更加经济实惠的绿色微电网解决方案。

在客户电力需求最高的傍晚时段，这个微电网将为高峰负荷提供电能，也将面临最大的能源消耗。太阳能发电在电力高峰时段不能依靠提供足够的电力，因此需要从全天候的柴油驱动的微电网转换到全天候的太阳能+存储微电网。而根据研究，将太阳能+电池储能系统与柴油发电机一起整合提供电力，每年将减少30%的柴油消耗，从而降低运营成本和污染。

采用适当的多端口电源转换系统通过将柴油发电机、太阳能和储能整合成的一个紧凑的、模块化解决方案可以实现这一点。

最后，六个电源转换系统提供了强大的冗余能力，如果一个转换系统发生故障并脱机，其余五个系统将以无缝方式提供支持，从而使电力不间断。

不幸的是，在圣克罗伊项目部署后不久，这个项目的地点就遭遇了玛丽亚飓风的影响。大部分屋顶太阳能电池板遭受风暴的强风侵袭而损毁，但电池、控制设备、发电机和转换器仍保持完好。技术团队采用了可以抵御强风的产品恢复和重建了屋顶太阳能阵列。在此期间，其电源转换系统将通过将电池与发电机并联来继续提供电力。其最终目标是从深夜到清晨使用电池供电。此时将需要采用智能负载管理设备(如HVAC和照明控制)，确保在空闲时段将供电量降到最低。在考虑依赖柴油发电机的未来项目场地时，可以通过增加电池容量可以实现节约60%的燃料甚至更多。

现有系统将在发生飓风后维修时可以减少排放和能源成本。一旦太阳能电池板被更换并集成到系统中，Saint Croix发电系统有可能实现更高的效率。通过满足独特的岛屿社区的需求，圣克罗伊项目已经证明，混合微网多端口电源转换功能对于应对毁灭性的风暴的微电网系统来说是一个有效的解决方案。

电网弹性的关键因素

多端口的电源转换技术具有很强的灵活性和适应性，可以支持有效的混合微电网，这反过来可以提高岛屿和孤立的社区电网的弹性和成本效益。随着气候的变化，混合型微电网将在岛屿、农村和未来能源使用中发挥越来越大的作用。