德克萨斯州的电网中断引发了关于可再生能源整合挑战的讨论

通过口号，“德克萨斯州的一切更大，”人们认为该州的电力电网将充分配备，以处理与极端天气相关的高功率需求。然而，德克萨斯州目前处于紧急状态，因为全宽的电网无法满足冬季风暴URI期间的当前电力和热需求。

传统配电系统的图，其中如果“网格”失败，则不会有客户没有动力。图片使用的礼貌电力研究所

德克萨斯州德克萨斯州的电力可靠性委员会（ERCOT）是国家立法机构控制的非营利组织，负责德克萨斯州的电力负荷，而且它声称这场灾难无法避免 - 它的基础设施本质上。为了保护电网，ERCOT已经减少了近11000兆瓦的电力负荷导致数百万人在严寒中断电。

这一事件激发了更多关于可再生能源在电网系统中的作用的讨论。尽管有些评论家f在冰冻风力涡轮机上的德克萨斯州的停电，其他人已经假定了埃尔科本可以通过备份发电来缓冲中断的程度。

目前，德克萨斯州依靠煤炭，天然气和核电站提供电力（除了一些风力涡轮机除外）。然而，一般而言，可再生能源（RE）来源在国家总权力基础设施中没有发挥重要作用。

可再生能源网格集成的五个障碍

在2016年,风力涡轮机发电4.87亿瓦，太阳能发电3.03亿瓦。可再生能源(再生)系统的支持者声称，这些形式的发电不仅对抗气候变化;它们还为传统的低压和高压电网提供支持。

PV系统的示意图。图片由Varun Kumar等人

那么，为什么要将再保险系统整合到目前正在苦苦挣扎的网络中，就像在德克萨斯州那样?

RE系统是双向的

将新的RE系统实施到传统的高到低功耗分配系统中引入了许多挑战。电网依靠频率和电压参数来保证电力的流动是单向的。重新整合并不遵循相同的规则。由于再生能源系统是双向的，将这些能源整合到传统电网中可能会导致不熟悉的电压和频率变化。

可再生能源系统的电网集成通常发生在分配级别(与大型系统的传输级别相反)。图片由K.V. Vidyanandan医生和Balkrishn Kamath

RE发电机的挑战

在配电层，可引入RE发电机，以帮助支持新系统的所有级别。传统上，子系统会在一个电压下运行，然后下降到更低的电压或上升，但当两者在同一位置时就不是这样了。使用RE发电机需要对每个变电站的电压水平进行监测和保护。

如果一个太阳能光伏(PV)源是在一个单相源上实现的，它可能会导致系统的不平衡。在不平衡系统中，相连接的三相系统将紧随其后，导致RE发电机过热和关闭。

故障检测变得复杂

将稀土引入传统电网时出现的另一个障碍是潜在的盲目保护。配电系统用继电器、熔断器和变压器等设备进行平衡，这些设备有助于保护网络免受异常电压、电流或频率输入造成的故障。

基于分布式发电互联的故障电流波动。图片由K.V. Vidyanandan医生和Balkrishn Kamath

通过整合新的资源，电网将经历故障电流的减少。减少电流应该是一件好事——但在这种情况下，它实际上可能会让短路故障在雷达下消失。这可能导致未受保护的设备故障和过热。

更高的组件数量

电网整合的资源，如变速风力涡轮机比固定速度技术产生更多的能源。这些变速资源产生更少的机械应力和更少的功率波动，允许存储更多的动能。这些涡轮机的问题在于它们需要功率转换器，增加了部件数量，使控制更加复杂。

变速风力发电机组往往存在较大的谐波失真，这就需要大功率逆变器来缓解谐波。此外，RE发电机需要自适应滤波器来处理频率和电压调节。然而，这也增加了每个再生发电机组的附加组件的成本，一个大城市可能会有数百台再生发电机组。

电路层面的问题

将风能和太阳能引入电网在电路层面也面临挑战。重积分对电压调节、谐波失真、电能质量和系统稳定性有显著影响。这些问题可以表现为逆流、波动的短路电平、电网拥塞和无法检测到的设备问题。

由于双向电流可能难以分析，因此开发人员可能需要改进电压调节电路。一些研究人员正在使用模糊逻辑控制器引入网格接口架构，以提高电压质量。这将有助于控制和组织双向功率流。

一条不确定的可再生能源发展之路

虽然美国的电力部署布局与德国类似，但德国自2003年以来一直在将太阳能光伏和风能纳入其传统电网。

RE网格现代化是一个有价值的目标，但它并非没有挑战正如我们所概述的那样。这种集成将需要开发人员来指导当前电力基础架构，以合并智能技术，如传感器，通信，发电机和能量存储。介绍可以用双向电源运行的智能逆变器可以使RE系统更具吸引力。

与德国相比，PV容量统计量为总能量容量的百分比。图片使用的礼貌电力研究所

尽管存在这些挑战，集成电网分配均衡的能量可以在停电期间提供帮助，并在威胁电路故障的情况下最大限度地减少停机时间。尽管将再生能源系统整合到传统电网的基础设施甚至电路层面的问题值得考虑，但缓慢整合太阳能和风力发电机至少可以在未来缓解破坏性的停电。

特色图像使用由David J. Phillip/美联社