直流微電網(wǎng)將帶來(lái)更智能、更高效的能源解決方案

最近在德克薩斯州南部旅行時(shí)，我驚奇地發(fā)現(xiàn)，這里遍布著利用海灣風(fēng)的風(fēng)力渦輪機(jī)（圖1）。這些巨大的三葉水平軸風(fēng)力渦輪機(jī) (HAWT) 與太陽(yáng)能正迅速成為可觀(guān)的可再生能源，推動(dòng)著傳統(tǒng)電網(wǎng)的重大變革。如今，全美有超過(guò)72,000臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)在生產(chǎn)清潔、可靠的電力，總發(fā)電量達(dá)到151GW，成為美國(guó)第四大發(fā)電來(lái)源。這些風(fēng)力發(fā)電量相當(dāng)于4600萬(wàn)戶(hù)美國(guó)家庭的用電量。[1]

圖1：位于德克薩斯州南部雷蒙維爾附近的大型三葉水平軸風(fēng)力渦輪機(jī) (HAWT) 風(fēng)場(chǎng) （圖源：作者）

直流 (DC) 微電網(wǎng)是一項(xiàng)很有前途的技術(shù)，可以在這一轉(zhuǎn)變中發(fā)揮重要作用。從傳統(tǒng)的交流電網(wǎng)轉(zhuǎn)向直流電網(wǎng)，可能是提高效率、可靠性和成本效益的關(guān)鍵，尤其是在推動(dòng)分散式可再生能源系統(tǒng)的過(guò)程中。

本文將帶大家一起了解直流微電網(wǎng)及其優(yōu)勢(shì)。

直流微電網(wǎng)的定義

微電網(wǎng)一般指完全本地化的能源系統(tǒng)，而非指其規(guī)模大小。微電網(wǎng)的一個(gè)主要特點(diǎn)是能夠以孤島模式（獨(dú)立于主電網(wǎng)）或并網(wǎng)模式自主運(yùn)行。微電網(wǎng)通常包括可再生能源發(fā)電、電池存儲(chǔ)系統(tǒng)、電力電子設(shè)備和直流負(fù)載（使用直流電的設(shè)備和電器，如筆記本電腦、智能手機(jī)和電池存儲(chǔ)系統(tǒng)）。

在直流微電網(wǎng)中，所有組件都針對(duì)直流電進(jìn)行了優(yōu)化。從幾千瓦的小型家庭系統(tǒng)到兆瓦級(jí)的偏遠(yuǎn)社區(qū)或大型設(shè)施，各種規(guī)模的系統(tǒng)只要集成了發(fā)電、存儲(chǔ)、控制和本地負(fù)載管理這些基本要素，就可以稱(chēng)為微電網(wǎng)。[2]

直流微電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

直流微電網(wǎng)比傳統(tǒng)交流電網(wǎng)更高效，因?yàn)樗鼈儫o(wú)需進(jìn)行交流和直流電能轉(zhuǎn)換，同時(shí)還能無(wú)縫集成太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源。專(zhuān)為直流電能設(shè)計(jì)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)無(wú)需進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換即可增強(qiáng)儲(chǔ)能功能。此外，直流微電網(wǎng)還能對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行本地化控制，因此適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)，而且可以輕松擴(kuò)展，以滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的能源需求。

直流微電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

在向直流微電網(wǎng)過(guò)渡時(shí)，一個(gè)主要障礙是直流系統(tǒng)與現(xiàn)有交流供電基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性。大多數(shù)家庭和商業(yè)建筑都是針對(duì)交流電源而設(shè)計(jì)的，因此需要仔細(xì)整合或全面改造才能支持直流電。此外，建立直流微電網(wǎng)可能會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的前期成本，特別是專(zhuān)門(mén)的電力電子設(shè)備而言。

新品介紹

接下來(lái)將為大家介紹兩款分別來(lái)自Texas Instruments和英飛凌的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可顯著提高可再生能源的輸送能力和效率。

Texas Instruments INA740x數(shù)字功率監(jiān)控器是一款高精度電流檢測(cè)解決方案，專(zhuān)為電力輸送、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)電池組應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。它集成了電流傳感器、16位Δ-Σ ADC和寬電流測(cè)量范圍，即使在高噪聲環(huán)境下也能精確監(jiān)測(cè)電流、電壓、功率和能量等關(guān)鍵參數(shù)。INA740x的低溫漂和增益漂移設(shè)計(jì)減少了對(duì)多溫度校準(zhǔn)的需求，確保了在多變工作條件下的可靠性。

英飛凌2EP1xxR全橋變壓器驅(qū)動(dòng)器IC系列具有高速開(kāi)關(guān)和強(qiáng)大的隔離功能，可提高太陽(yáng)能逆變器、高壓DC-DC轉(zhuǎn)換器和儲(chǔ)能系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換效率及可靠性。這些IC具有低傳播延遲、高隔離電壓和熱效率的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)精確的高頻開(kāi)關(guān)。這就提高了功率密度，降低了系統(tǒng)損耗，增強(qiáng)了整體可靠性，使其非常適合現(xiàn)代高性能可再生能源應(yīng)用。

要點(diǎn)總結(jié)

雖然直流微電網(wǎng)能夠提高能源效率和可再生能源整合，但與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性和前期成本等障礙阻礙了其廣泛應(yīng)用。然而，隨著對(duì)清潔能源需求的增長(zhǎng)，直流微電網(wǎng)可能會(huì)成為未來(lái)更智能、更高效能源的首選解決方案。