没有更多的停电？新框架保证了微电网的稳定性

许多农村社区正在转向微电网，小型电力系统，这些小型电力系统，供应局部能量，通常以太阳能的形式，到局部消费者，如近在咫尺的家庭或小村庄。

通过安装电容器，MIT工程师揭示了一种保证任何在直流上运行的MicroGrid的稳定性的新方法。

如今，超过13亿人在没有经常获取权力的情况下生活，包括在印度超过3亿和6亿的撒哈拉以南非洲。在这些和其他发展中国家，进入主要电网，特别是在农村地区，是远程的，通常是不可靠的。

越来越多的农村和一些城市社区正在转向微电网作为替代电力。MicroGrids是小型电力系统，可提供局部能量，通常以太阳能的形式，到局部消费者，例如近在咫尺或小村庄。

然而，电力系统越小，它越容易受到中断。小扰动，如堵塞某个设备或一个太多电话充电器，可能导致微电网稳定并发突破。

因此，工程师通常具有简单，集中配置的微电网，具有厚电缆和大电容。这限制了任何设备可以从网络中汲取的权力 - 一种保守措施，增加了微电网的可靠性，但具有很大的成本。

现在，MIT的工程师已经开发了一种保证任何微电网的稳定性，这些方法在直流上运行或DC - 最初提出的架构是MIT TATA中心的ULINK项目的一部分。研究人员发现，它们可以通过安装电容器来确保微电网的稳定性，这些电容器是均匀的设备，即尖峰和电压倾斜，特定尺寸或电容。

该团队计算了维持微电网稳定性所需的特定负载的最小电容，鉴于总负载，或者为社区消耗的电力消耗。重要的是，该计算不依赖于网络的特定传输线路和电源配置。这意味着微电网设计人员不必从为每个新社区设计电力系统的划痕。

相反，研究人员说，可以执行此类微电网设计过程一次开发，例如，电源系统“套件”：模块化电源组，负载和可以在散装中生产的线路。只要负载单元包括适当尺寸的电容器，就可以保证系统稳定，无论如何连接近距离组件。

研究人员表示，这种模块化设计可能很容易重新计算不断变化的需求，例如加入社区现有微电网的额外家庭。

“我们提出的是Ad Hoc微电网的这种概念：微电网可以在没有任何预设的情况下创建，并且可以在没有任何监督的情况下运行。您可以采取不同的组件，以适合您的方式互连它们，并且保证工作，“麻省理工学院机械工程副教授Konstantin TuriTsyn说。“最终，它是迈出了低成本的微电网的一步，可以提供一些保证的可靠性和安全性。”

该团队的结果在IEEE journcontrol系统字母中出现在线，具有研究生Kathleen Cavanagh和Julia Belk'17。

返回正常操作

Cavanagh表示，该团队的工作试图在微电网设计中满足一个中央挑战：“如果我们提前不了解网络，不知道将部署哪个村庄会如何部署？我们可以以这样的方式设计组件，无论人们如何互连它们，他们仍然会起作用？“

研究人员寻找方法来限制MicroGrid的主要组件的尺寸 - 传输线路，电源和负载或功耗元素的方式 - 以一种保证系统的整体稳定性而无需根据网络的特定布局。

为此，他们看着布雷顿 - Moser潜在理论 - 在20世纪60年代开发的一般数学理论，其特征在于包括各种物理和互连部件的系统内的能量流动的动态，例如在非线性电路中。

“我们在这里向主要目标转移权力的系统应用这个理论，而不是执行任何逻辑运作，”TuriTsyn说。

该团队将理论应用于微电网的简单但实际的表示。这使研究人员能够在负载中存在变化时看看造成的干扰，例如当将手机插入其充电器或风扇关闭时。他们表明，最坏情况配置是一种简单的网络，包括连接到负载的源。识别此简单配置允许它们删除对特定网络配置或拓扑的任何依赖性。

“这一理论对证明，对于足够高的电容，微电网的电压不会转到批判性低水平，并且系统将反弹并继续正常操作，”Tulitsyn说。

动力的蓝图

从它们的计算来看，团队开发了一个框架，它与微电网的整体电源要求，其传输线的长度及其电力需求相关联，以使系统稳定所需的特定电容器尺寸。

“确保这个简单的网络稳定保证所有具有相同线长度或更小的网络也稳定，”Turiitsyn说。“这是允许我们开发不依赖网络配置的陈述的关键洞察力。”

“这意味着您不必将电容器超大10倍，因为即使在最坏情况的情况下，我们提供明确的条件，即使在最坏情况下，Cavanagh说。

最后，团队的框架为任何社区配置提供了更便宜的灵活蓝图，用于设计和适应微电网。例如，MicroGrid运算符可以使用框架来确定给定电容器的大小，这将稳定一定负载。成反比，已交付硬件以设置微电网的社区可以使用该组的框架来确定传输线路的最大长度，以及组件可以安全地维护的设备的类型。

“在某些情况下，对于给定电压水平，我们无法保证对给定负荷变化的稳定性，并且可能是消费者可以决定使用这种大风扇可以做到这一点，但不是一个更大的风扇，”Turiitsyn说。“所以它不仅可以关于电容器，还可以限制最大的可接受的逃生能力。”

展望未来，研究人员希望采取类似的方法，或者交替的电流，微电网，主要用于美国等发达国家。

“在未来，我们希望将这项工作扩展到交流微电网，因此我们没有像飓风玛丽亚之后的情况，在波多黎各现在，现在预期的是，在电力完全恢复之前，它将是几个月的几个月，”TuriTsyn说。“在这些情况下，能够部署基于太阳的微电网而无需大量预装，并且在连接中具有灵活性，这将是前进的重要一步。”

该研究由MIT TATA Centre提供技术和设计。

出版物：Kathleen Cavanagh，等，“临时稳定性保证临时DC Microgrids，”IEEE控制系统信件，2017; DOI：10.1109 / LCSYS.2017.2764441