利用基于半导体的固态装置来管理电网电力,可以使智能电网更加“智能”。智能固态变压器可以使电动汽车实现快速充电,并可以让公共事业机构并入大量太阳能和风电,不会造成停电或浪涌。
当前电网使用的变压器属于单一功能设备,美国电力科学研究院(EPRI)研制出一种智能固态电子变压器原型,比今天的变压器更小,用途更广。该原型其中一个模块可把电网高压交流电转换成直流电,另一模块变压器把电力转换成120 V的交流电、240 V交流电以及400 V直流电。
新的固态变压器则灵活得多,配置有晶体管和二极管等组成的处理器和内置通信硬件,具有通信和处理能力,可以处理高功率水平电压并进行快速切换。新固态变压器根据信号,不仅可以改变电力的电压等特征,还可以输出交流电或直流电,或并入风力发电机和太阳能电池板的交流电和直流电,并改变频率和电压,以适应电网需要。
更重要的智能变压器可以防止电路过载,用来传送直流电,消除电压波动,协调电压上的迅速变化,同时保持电网稳定。另一个潜在好处是节约能源,可以在任何特定时间设置供电电压,以便设备处于适当运行所需的最低水平。最近的一项研究表明,这样可以使美国电网减少耗电3%,相当于美国全年太阳能发电量的好几倍。如果智能变压器向数据中心的服务器供应的是直流电而不是交流电的话,节能空间更大。杜克能源公司的实证研究表明,供应直流电可以减少数据中心能耗的15%。
不过,智能固态变压器还处在开发阶段,有可能需要数年才可以走向市场。利用直流电的性能优势就需要开发新的制造标准来适用于家庭和企业。固态变压器将需要配备其他设备以控制电网功率,这些设备在很多地方或许不具成本效益。然而,从长远来看,智能变压器和其他智能固态装置可以实现空前级别的双向功率流。(冯瑞华)