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Oct 16, 2023

Bloques de construcción inteligentes para una red eléctrica más confiable

Ed Brown Dra. Radha Krishna Moorthy: El componente fundamental es lo que

Ed Brown

Dr. Radha Krishna Mouthy: El bloque de construcción fundamental es lo que llamamos SUPER, que significa regulador electrónico de potencia universal inteligente. Puede considerarlo como un sistema de CC/CC, un inversor, o una etapa de CC/CC acoplada a una etapa de CC/CA. El bloque puede tomar cualquier forma dependiendo del tipo de conversión de energía que utilice. Los SUPER, a su vez, tienen sus propios subcomponentes fundamentales. Por ejemplo, las etapas de potencia que componen SUPER se denominan IPS: etapas de potencia inteligentes.

Krishna Mouthy: La función básica de SUPER es la conversión de energía, por ejemplo, de CA a CC o de CC a CC. SUPER lo hace de manera más proactiva y alberga una variedad de características especiales, desde inteligencia integrada y toma de decisiones, hasta monitoreo de salud en línea, capacidad de operación autónoma y seguridad física cibernética.

Si piensa en un convertidor electrónico de potencia regular, y si lee informes de instaladores de paneles solares o personal de servicios públicos, los mayores puntos potenciales de falla son los capacitores y los dispositivos semiconductores de potencia. Por lo tanto, sería realmente útil si pudiera agregar una capa adicional de monitoreo para obtener más datos sobre los capacitores o para obtener más datos sobre los dispositivos semiconductores. Puede ayudarlo a analizar la salud del sistema.

Krishna Mouthy: Medimos el voltaje en estado activo del dispositivo semiconductor. Y tenemos disposiciones para medir directamente la fuente de drenaje. Entonces, usando estos dos, puedo calcular la resistencia en estado activo, lo que podría ayudarme a predecir el mecanismo de falla relacionado con los módulos de semiconductores. Y además de eso, hay datos como la temperatura de la placa base, la temperatura de unión de los dispositivos, las estimaciones de capacitancia, etc. Podemos acumular estos datos en una capa superior para brindarnos información sobre el estado del sistema.

Krishna Mouthy: Una forma de juzgar el estado del condensador es medir la corriente de ondulación para ver cómo está cambiando. La otra forma es calcular continuamente la capacitancia en el sistema. Por ejemplo, si el sistema entra en modo de espera, puede realizar un cálculo simple basado en una constante de tiempo RC para determinar la capacitancia del sistema a lo largo del tiempo. Por lo tanto, si algo ha fallado o alguna capacidad se ha degradado, o se está degradando, lo sabrá con anticipación.

Krishna Mouthy:En los que demostramos, hablábamos de un sistema de 75 KVA a 480 voltios CA, pero estos se pueden escalar para mayor potencia y voltajes más altos.

Krishna Mouthy: El inversor básico es el SUPER. Puede estar formado por sus propias etapas de potencia fundamentales, con más subcomponentes encima. El IPS es uno de los subcomponentes del super. Es básicamente una etapa de potencia holística con entrada, salida, contactores laterales, los dispositivos semiconductores, los controladores de compuerta asociados, los pasivos más pequeños, los pasivos asociados que necesitan y las entidades de detección avanzadas dentro de él. Por lo tanto, los IPS pueden realizar ciertas funciones de control, pero pueden coordinarse para actuar como un inversor desde arriba utilizando el marco SUPER.

Para decirlo en los términos más simples: si, por ejemplo, quiero construir un inversor de 250 kilovatios, tendrá, digamos, cinco IPS, cada uno con una capacidad nominal de 50 kilovatios, así como otros subcomponentes que incluyen elementos pasivos, energía auxiliar circuitos, etc. Estos a su vez trabajarán juntos para entregar los 250 kilovatios.

Nuestra filosofía rectora es que si un IPS falla, aún podré operar los demás en lugar de hacer que todo el sistema se apague, aunque se reducirá la potencia de salida total.

Krishna Mouthy:Los IPS solo hacen la generación de modulación de ancho de pulso (PWM) El SUPER los coordina y regula sus salidas y entradas y proporciona otras funciones necesarias.

Krishna Mouthy: Uno de los aspectos que estábamos investigando era la estandarización de mecanismos y subcomponentes. Cuando hace eso, abre oportunidades para que los proveedores proporcionen subcomponentes, en lugar de construir todo el convertidor. Por ejemplo, si tengo un SUPER de 250 kilovatios, puedo hacer que otro proveedor fabrique el IPS.

Esta es también la construcción con la que estamos operando aquí en los laboratorios. Alguien más puede hacer el IPS por mí siempre que esté estandarizado para que pueda coordinarse con el SUPER. También puedo obtener IPS y subcomponentes de diferentes proveedores y conectarlos. Puede utilizar un proveedor para el inversor y otros para los componentes internos.

Krishna Mouthy:Sí.

Krishna Mouthy:La aplicación en la que estaba pensando son los sistemas fotovoltaicos (PV).

Si desea, por ejemplo, una fotovoltaica a escala de servicios públicos de un MW, si falla uno de los submódulos fotovoltaicos, eso hace que toda la planta se derrumbe. Por lo tanto, si tengo una arquitectura para solucionarlo y eso puede decirme que este PV se está degradando o que va a ocurrir una falla en algún componente, puedo programar el mantenimiento en torno a eso, en lugar de derribar todo el sistema.

Krishna Mouthy: Ahí es donde entra la arquitectura. Tenemos capas y capas de jerarquía. Así como los IPS están coordinados por los SUPERS, los SUPERS están coordinados como nodos. Estamos habilitando la inteligencia en cada capa para que nos diga si algo está fallando. Y luego tenemos capas en el nivel superior para decir: "Está bien, si esto está fallando y puedo operar sin problemas sin tener esto, puedo reducir la potencia de salida y solucionarlo". Ese es el tipo de inteligencia que estamos incrustando en cada capa.

Krishna Mouthy:Honestamente, estoy visualizando esto en todas partes.

Krishna Mouthy: Una microrred agrega varios inversores o convertidores, por ejemplo, si es una microrred de CA o CC. SUPER se puede usar para microrredes, pero hay un nivel más de agregación que puede hacer: puede agregar varias etapas de potencia para aumentar la potencia de salida y aún tener un punto de conexión a la red. Ese es el nivel de agregación del que es capaz esta arquitectura.

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Krishna Mouthy: Comenzará a ver algunas de las cosas de integración más importantes que existen antes. Con respecto a este proyecto, definimos preliminarmente la construcción de lo que estos SUPER pueden hacer y las diferentes formas en que la arquitectura es útil.

Así que ahora, lo más importante en lo que estoy trabajando es integrarlos en un nodo como una microrred y ver cuán beneficiosos son para la microrred en el nivel superior. Además, para ver los tipos de flexibilidades de control que puedo obtener con la mayor cantidad de datos que obtengo aguas abajo.

Este artículo apareció por primera vez en la edición de junio de 2023 de la revista Tech Briefs.

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