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Jan 09, 2024

Blocs de construction intelligents pour un réseau électrique plus fiable

Ed Brown Dr. Radha Krishna Moorthy : Le bloc de construction fondamental est ce que nous

Ed Brown

Dr Radha Krishna Moorthy : La pierre angulaire fondamentale est ce que nous appelons SUPER, qui signifie régulateur électronique de puissance universel intelligent. Vous pouvez le considérer comme un système DC / DC - un onduleur - ou un étage DC / DC couplé à un étage DC / AC. Le bloc peut prendre n’importe quelle forme ou forme en fonction du type de conversion de puissance que vous utilisez. Les SUPER, à leur tour, ont leurs propres sous-composantes fondamentales. Par exemple, les étages de puissance qui composent SUPER sont appelés IPS – étages de puissance intelligents.

Krishna Moorthy: La fonction de base de SUPER est la conversion de puissance, disons de AC à DC ou DC à DC. SUPER le fait de manière plus proactive et héberge une variété de fonctionnalités spéciales allant de l’intelligence intégrée et de la prise de décision à la surveillance de la santé en ligne, en passant par la capacité d’exploitation autonome et la cybersécurité physique.

Si vous pensez à un convertisseur électronique de puissance ordinaire, et si vous lisez les rapports des installateurs de panneaux solaires ou du personnel des services publics, les plus grands points de défaillance potentiels sont les condensateurs et les dispositifs semi-conducteurs de puissance. Donc, il serait vraiment utile si vous pouviez ajouter une couche supplémentaire de surveillance pour obtenir plus de données sur les condensateurs ou pour obtenir plus de données sur les dispositifs semi-conducteurs. Il peut vous aider à analyser la santé du système.

Krishna Moorthy: Nous mesurons la tension à l’état du dispositif semi-conducteur. Et nous avons des dispositions pour mesurer directement la source de drainage. Ainsi, en utilisant ces deux, je peux calculer la résistance à l’état, ce qui pourrait m’aider à prédire le mécanisme de défaillance lié aux modules semi-conducteurs. Et en plus de cela, il y a des données comme la température de la plaque de base, la température de jonction des appareils, les estimations de capacité, etc. Nous pouvons accumuler ces données dans une couche supérieure pour nous donner des informations sur la santé du système.

Krishna Moorthy: Une façon de juger de la santé du condensateur est de mesurer le courant d’ondulation pour voir comment il change. L’autre méthode consiste à calculer en continu la capacité du système. Par exemple, si le système passe en veille, vous pouvez effectuer un simple calcul basé sur la constante de temps RC pour déterminer la capacité du système au fil du temps. Donc, si quelque chose a échoué ou si une capacité s’est dégradée, ou si elle se dirige vers la dégradation, vous en apprendrez à l’avance.

Krishna Moorthy: Dans ceux que nous avons démontrés, nous parlions d’un système de 75 KVA à 480 volts AC, mais ceux-ci peuvent être mis à l’échelle pour une puissance plus élevée et des tensions plus élevées.

Krishna Moorthy: L’onduleur de base est le SUPER. Il peut être composé de ses propres étages de puissance fondamentaux, avec plus de sous-composants au-dessus. L’IPS est l’un des sous-composants du super. Il s’agit essentiellement d’un étage de puissance holistique avec entrée, sortie, contacteurs latéraux, dispositifs semi-conducteurs, pilotes de grille associés, passifs plus petits, passifs associés dont ils ont besoin et entités de détection avancées qu’il contient. Ainsi, les IPS peuvent effectuer certaines fonctions de contrôle, mais peuvent être coordonnés pour agir comme un onduleur à partir du sommet en utilisant le framework SUPER.

Pour le dire en termes simples: si, par exemple, je veux construire un onduleur de 250 kilowatts, il aura, disons, cinq IPS de 50 kilowatts chacun, ainsi que d’autres sous-composants, y compris des éléments passifs, des circuits de puissance auxiliaires, etc. Ceux-ci travailleront à leur tour ensemble pour livrer les 250 kilowatts.

Notre philosophie directrice est que si un IPS tombe en panne, je serai toujours en mesure d’utiliser les autres plutôt que de faire tomber l’ensemble du système, bien que la puissance de sortie totale soit réduite.

Krishna Moorthy: Les IPS ne font que la génération de modulation de largeur d’impulsion (PWM) Le SUPER les coordonne et régule leurs sorties et entrées et fournit d’autres fonctions nécessaires.

Krishna Moorthy: L’un des aspects que nous examinions était la normalisation des mécanismes et des sous-composants. Lorsque vous faites cela, cela ouvre la possibilité pour les fournisseurs de fournir des sous-composants, plutôt que de construire l’ensemble du convertisseur. Par exemple, si j’ai un SUPER de 250 kilowatts, je peux demander à un autre fournisseur de fabriquer l’IPS.

C’est aussi la construction sur laquelle nous opérons ici dans les laboratoires. Quelqu’un d’autre peut faire l’IPS pour moi tant qu’il est standardisé afin qu’il puisse se coordonner avec le SUPER. Je peux également obtenir des IPS et des sous-composants de différents fournisseurs et les brancher ensemble. Vous pouvez utiliser un fournisseur pour l’onduleur et d’autres pour les composants internes.

Krishna Moorthy: Oui.

Krishna Moorthy: L’application à laquelle je pensais est celle des systèmes photovoltaïques (PV).

Si vous voulez, disons, un PV à l’échelle utilitaire d’un MW, si l’un des sous-modules PV tombe en panne, cela fait tomber toute la centrale. Donc, plutôt, si j’ai une architecture pour contourner et qui peut me dire que ce PV se dégrade ou qu’il y a une défaillance de composant qui va se produire, je peux planifier la maintenance autour de cela, plutôt que de faire tomber tout le système.

Krishna Moorthy: C’est là que l’architecture entre en jeu. Nous avons des couches et des couches de hiérarchie. Ainsi, comme les IPS sont coordonnés par le SUPERS, les SUPERS sont coordonnés en tant que nœuds. Nous permettons aux renseignements à chaque couche de nous dire si quelque chose échoue. Et puis nous avons des couches au niveau supérieur pour dire: « OK, si cela échoue et que je peux fonctionner correctement sans cela, je peux dénoter la puissance de sortie et la contourner. » C’est le genre d’intelligence que nous intégrons dans chaque couche.

Krishna Moorthy: Honnêtement, je visualise cela partout.

Krishna Moorthy: Un microréseau agrège un certain nombre d’onduleurs ou de convertisseurs, par exemple, s’il s’agit d’un microréseau CA ou CC. SUPER peut être utilisé pour les microréseaux, mais il y a un autre niveau d’agrégation que vous pouvez faire - vous pouvez agréger un certain nombre d’étages de puissance pour augmenter la puissance de sortie tout en ayant toujours un point de connexion au réseau. C’est le niveau d’agrégation dont cette architecture est capable.

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Krishna Moorthy: Vous commencerez à voir certaines des plus grandes choses d’intégration là-bas plus tôt. En ce qui concerne ce projet, nous définissons au préalable la construction de ce que ces SUPER peuvent faire et les différentes façons dont l’architecture est utile.

Alors maintenant, la chose la plus importante sur laquelle je travaille est de les intégrer dans un nœud comme un micro-réseau et de voir à quel point ils sont bénéfiques pour le micro-réseau au niveau supérieur. De plus, pour voir les types de flexibilités de contrôle que je peux obtenir avec la plus grande quantité de données que j’obtiens en aval.

Cet article a été publié pour la première fois dans le numéro de juin 2023 du magazine Tech Briefs.

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