科学家开发技术来管理商业建筑的双向电力流

橡树岭国家实验室的研究人员最近展示了一种新技术，可以更好地控制电力流向配备太阳能，风能或其他可再生能源的商业建筑。

“我们正在创建一个未来的电网，允许以最有效的方式部署可再生能源，”ORNL的MadhuChinthavali说，他是这项研究的负责人。“通过这种新的电网接口架构，运营商可以更有意义地控制能量流，即使发电是分散的。

可再生能源是帮助电力部门实现国家脱碳目标的关键。但它们也增加了电网的不确定性，因为它们在全国范围内分布不均匀，并且间歇性地发电。开发和协调电力电子系统以更轻松地整合这些资源对于为可靠的电力创建更具弹性的电网至关重要。

Chinthavali的研究团队设计了一个混合AC/DC电力电子集线器，作为大型电网和子系统(包括可再生能源，发电机和电池存储)之间的守门人。该技术是在ORNL的能源部电网研究集成和部署中心(GRID-C)开发和测试的。

GRID-C为构建电力电子系统提供了一个独特的平台，从最小的组件开始，然后测试和演示包含硬件和仿真的完整系统。在低压实验室中，一排排金属容器装有ORNL开发的电力电子转换器，尾随的电线比手腕还粗，末端的插头和板一样宽的插头。这些转换器根据不同的场景为电力馈电提供不同级别的功率。它们与同样大功率的仿真器配对，可以模拟太阳能电池阵列或电池系统提供的能量。巨大的触摸屏允许工程师重新排列系统并调整其操作。

ORNL工程师设计了电力电子集线器，以控制转换器如何相互交互和电网。仿真器的设置是为了模拟太阳能电池阵列、蓄电池、应急发电机和高电力需求的关键数据中心的电力消耗和发电。电力电子集线器被编程为自主管理所有这些电气负载的功率流，有助于防止更广泛的电网供需波动。

电力电子枢纽在较大的电网和本地电力电子之间扮演着中间管理者的角色。“这项技术不是与公用事业公司交谈，而是将这个数字减少了10倍，”ORNL的迈克尔·斯塔克(MichaelStarke)说，他是该项目的首席软件架构师。“从公用事业的角度来看，电力电子集线器管理的所有设备都作为一个系统运行。

对于电力公司来说，这是一个优势，他们面临着将来自太阳能、风能、地热和其他可再生能源的分布式和间歇性能源整合到一个拥有百年历史的电网中，该电网旨在将稳定的能源从集中式发电厂推出。

Starke说，类似的概念已经被一些公用事业公司测试过，但这些方法以规定的方式使用单一供应商的专有产品。由于ORNL构建了电力电子转换器和许多组件，因此所得技术是公开可用的，并且可以定制以实现特定目标。

例如，Chinthavali团队的实验表明，电力电子集线器可以优先考虑为客户拥有的系统提供最大的成本节约，或者为公用事业系统提供一致的电力供应。ORNL研究人员证明，这些目标可以直接集成到硬件和软件中，他们还开发了支持通信和控制的基础设施。

“它从预测试和预自动化系统开始，这些系统可以轻松扩展和快速部署，”Chinthavali说，并补充说该项目已经产生了三项专利申请。“我们正试图将系统标准化，使它们能够互操作。从建模到在有线硬件中演示技术是一个里程碑，只有由于ORNL在GRID-C中的功能才有可能。“这是我们唯一可以同时开发软件和硬件的地方，以便为将这项技术部署到工业中做好充分准备，”Chinthavali说。

几个行业可以看到显著的好处。该技术可以由建筑商或建筑物所有者使用以节省资金和能源，也可以由公用事业公司安装以增强功率控制和可靠性。该团队正在进入研究的下一步：用直接从工业部门获得的更高功率的商用转换器进行替代。这将证明电力电子集线器可以使用商业供应商的组件管理电力公司处理的兆瓦电力。

开发电力电子中心的ORNL团队包括系统集成首席架构师史蒂文坎贝尔;本·迪恩，通信接口开发人员;乔纳森·哈特，硬件系统专家;和磁性系统专家拉法尔·沃伊达。

“我们现在正在研究如何将这些电力电子集线器从小规模扩展到数千个协同工作，协调从各种不同角度和不同来源根据需要提供能量，”Starke说。“我们试图证明电力电子集线器几乎可以像电池一样工作，在我们的控制下将电力推入和推出。这为电网提供了以前没有的各种灵活性。

电力电子中心是GRID-C中开发的技术类型的一个例子，可以与潜在的合作伙伴联盟一起部署。ORNL今天与来自工业，公用事业和研究机构的利益相关者举行了兴趣会议，讨论电力电子的挑战和战略。与会者讨论了一个可能的框架，以便组织加速开发和部署电力电子系统，以管理未来的电网。

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