中压转换器：电网变压器的经济高效替代方案
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中压转换器可以提供一种更经济、更高效的方式将电力从发电厂输送到家庭和企业。 NREL 的新测试台可以帮助推进这些有前景的技术。 （图片：Josh Bauer，NREL）。为了实现从车辆到供暖系统再到炉灶的一切电气化，美国电网必须扩大约 57%，并变得更加灵活。太阳能和风能是最有可能主导未来清洁能源电网的可再生能源。但它们主要出现在偏远地区，远离需要电力的枢纽，这对传输系统来说是一个负担。
在过去四年中，NREL 团队建立了一个测试台来研究背对背中压（1 kV 至 35 kV）转换器，该转换器可以取代中压变压器，而重量和成本仅为其一小部分。
NREL 研究员巴里·马瑟 (Barry Mather) 表示：“这是一种新型设备，为公用事业公司管理其配电系统开辟了一种全新的方式。” “如果系统内有这个额外的设备，则可以将更高水平的分布式能源放入电路中。”
“美国电网没什么独特之处，”马瑟说。 “我们的中压配电最终非常接近我们的客户。”中压馈线为当地变压器供电，将其降低至标准家庭电压 208/120 伏。
假设一根树枝掉落在电线上，导致附近地区断电。如今，公用事业工作人员可以打开和关闭变压器中的开关，将电力从附近的线路转移到中断的线路，并在工作人员移走树木时恢复至少部分电力。但如果我们可以用背靠背转换器取代变压器，电力就可以自动重定向，从而减少停电时间。
权力共享不仅在紧急情况下有益。当今的许多屋顶太阳能电池板必须首先将其能量转换为低压，然后转换为中压。使用中压转换器，该能量可以跳过不必要的障碍。
“这有点像整个分配系统的权力套利，”马瑟说。 “它可以让您减轻分布式资源的许多影响，特别是太阳能。”
简而言之，中压转换器可以帮助公用事业公司安全地控制电力通过当地电网的方式和地点。这有助于使未来的清洁能源电网既具有弹性又可靠。
中压转换器仍然是一项相对较新的技术。这意味着它们必须经过广泛的测试，以确保它们高效、经济且安全，足以引入美国电网。
但建造或研究它们并不容易。 NREL 研究工程师 Ramanathan Thiagarajan 表示：“必须编写并重写启动、运行和关闭程序的清单。”
对于 NREL 测试台，该团队构建了一个可以受益于中压转换器的电力系统的复制品。安全——对于机组人员以及原型机来说——是团队的首要任务。整个试验台占地约一辆城市公交车大小，被黑色栅栏围起来。
该团队的学术合作伙伴构建了一个原型：一个 10 kV 碳化硅功率转换器，旨在与其双胞胎背对背工作。当研究人员准备将原型插入电网复制品时，他们一点一点地提高电压，直到达到中压范围。该原型太珍贵（而且昂贵），不能冒因电压浪涌而损坏的风险。
“我们确实达到了 5 kV 范围，”Mather 说。 “这不是一个很大的数字，但比其他任何人的操作水平都要高。”
接下来，他们计划开放测试平台，进行更多研究，研究中压设备如何帮助电网适应或依赖氢作为另一种清洁能源。 NREL 团队还希望在全新设施中达到更高的电压。 “总的来说，中压电力转换的时代似乎正在迅速临近，”马瑟说。 “我们将看到越来越多的应用程序以及越来越多的人对此感兴趣。
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