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Apr 27, 2023

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 : Le bloc de construction fondamental est ce que nous appelons SUPER, qui signifie régulateur électronique de puissance universel intelligent. Vous pouvez le considérer soit comme un système DC/DC — un onduleur — soit comme un étage DC/DC couplé à un étage DC/AC. Le bloc peut prendre n'importe quelle forme selon le type de conversion de puissance que vous utilisez. Les SUPER ont à leur tour leurs propres sous-composants fondamentaux. 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 CA à CC ou de CC à CC. 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, à la capacité de fonctionnement autonome et à 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 principaux points de défaillance potentiels sont les condensateurs et les dispositifs à semi-conducteurs de puissance. Ainsi, 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 à semi-conducteurs. Il peut vous aider à analyser la santé du système.

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

Krishna Moorthy : Une façon de juger de la santé du condensateur consiste à mesurer le courant d'ondulation pour voir comment il évolue. L'autre méthode consiste à calculer en continu la capacité dans le système. Par exemple, si le système passe en mode 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 une dégradation, vous en serez informé 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 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 en plus. 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, les dispositifs à semi-conducteurs, les pilotes de grille associés, les passifs plus petits, les passifs associés dont ils ont besoin et les 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 par le haut à l'aide du cadre SUPER.

Pour le dire dans les termes les plus simples : si, par exemple, je veux construire un onduleur de 250 kilowatts, il aura, disons, cinq IPS qui sont chacun évalués à 50 kilowatts, ainsi que d'autres sous-composants, y compris des éléments passifs, une alimentation auxiliaire circuits, etc. Ceux-ci à leur tour travailleront ensemble pour fournir les 250 kilowatts.

Notre philosophie directrice est que si un IPS tombe en panne, je pourrai toujours faire fonctionner les autres plutôt que de mettre tout le système hors service, 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 aux 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 connecter 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 les systèmes photovoltaïques (PV).

Si vous voulez, par exemple, un PV à l'échelle d'un MW, si l'un des sous-modules PV tombe en panne, cela entraîne l'arrêt de toute la centrale. Donc, si j'ai une architecture pour contourner ce problème et que cela 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 mettre tout le système hors service.

Krishna Moorthy : C'est là qu'intervient l'architecture. Nous avons des couches et des couches de hiérarchie. Ainsi, comme les IPS sont coordonnés par les SUPERS, les SUPERS sont coordonnés en tant que nœuds. Nous permettons à l'intelligence à chaque couche de nous dire si quelque chose ne va pas. Et puis nous avons des couches au niveau supérieur pour dire : "OK, si cela échoue et que je peux fonctionner sans problème sans cela, je peux réduire la puissance de sortie et contourner cela." C'est le genre d'intelligence que nous intégrons dans chaque couche.

Krishna Moorthy :Honnêtement, je visualise ça partout.

Krishna Moorthy : Un micro-réseau regroupe un certain nombre d'onduleurs ou de convertisseurs, par exemple, s'il s'agit d'un micro-réseau AC ou DC. SUPER peut être utilisé pour les micro-réseaux, mais vous pouvez effectuer un autre niveau d'agrégation : vous pouvez agréger un certain nombre d'étages de puissance pour augmenter la puissance de sortie tout en conservant 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 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. Aussi, pour voir les types de flexibilités de contrôle que je peux obtenir avec la plus grande quantité de données que je reçois en aval.

Cet article est paru pour la première fois dans le numéro de juin 2023 de Tech Briefs Magazine.

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