从半导体科学看智能电网解决方案

       一、 概述

　　在某个傍晚的下班高峰期，川流不息的地铁站，成千上万的旅客接踵而至。当然，我们不可能有类似诺亚方舟一样的庞大交通工具装载所有的人。为了解决这个问题，我们可以分流旅客，让他们转乘其它交通工具，如公交、出租车等。但是，最终人们还是会再次汇聚在一起。

　　另一方面，能源供应长期以来主要依赖化石能源。化石燃料的大量开发，造成了环境污染和大气中温室气体的浓度显著上升。再加上近年来全球气候的变暖，致使环境问题变得越来越严峻。所以，国家电力能源结构必须从传统的以煤为主，转变到多种能源，特别是新兴的可再生能源并存。

　　回到开头所提到的例子，我们可以把旅客比作能量，旅客流量的增大比作电网规模的日益增大，所以，电网的运行与控制的复杂程度越来越高。我们可以通过半导体开关与集成电路来控制这些能量包，使得能量从输入再到输出平稳高效更智能地运作。2005年坎贝尔通过无线控制器把大楼里面的各个电器相连，并实现有效控制。比如，一台空调运转15分钟并维持室内温度在24℃的前提下，另两台空调可以停运一段时间，从而提高能源的利用效率。这，其实就是智能电网的初苗。

　　传统电网是一个刚性系统，电源的接入与退出、电能的传输等都缺乏弹性，致使电网没有动态柔性及可组性；垂直的多级控制机制反应迟缓，无法构建实时、可配置、可重组的系统；系统自愈、自恢复能力完全依赖于实体冗余；对客户的服务简单、信息单向；系统内部存在多个信息孤岛，缺乏信息共享

　　大势所趋：互动电网是下一代全球电网的基本模式，也是中国电网现代化的核心，同时也是实现物联网这一信息交换与通信的重要控制桥梁。那么，这种新型智能电网与能源解决方案主要有以下几个特点。

　　1.自愈电网：电网中有问题的元件从系统中隔离出来并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务 .

　　2.人电交互：鼓励和促进用户参与电力系统的运行和管理是智能电网的另一重要特征。犹记得过去有专门的电工师傅挨家挨户的收电费，慢慢，可以人人可以参与电网的运行与管理；另外我们可以在下班之前，在办公楼打开家里的热水器等等.

　　3.安全可靠：各种能源并入电网，考验了其抵御风险的能力。

　　·物理攻击还是网络攻击，智能电网要通过加强电力企业与政府之间重大威胁信息的密切沟通。

　　·另一方面提高供电可靠性和电能质量，特别是对应对战争和恐怖袭击具有重要的意义。

       4. 蓬勃与节能：分时计费，分时计费、削峰填谷、合理利用电力资源、节能减排

　　·促进半导体智能化行业、通信系统与设备制造的发展。

　　·推动成本更低的解决方案，并促进新技术的开发，新型洁净的能源产品也将给市场提供更多选择的机会。

　　由此，智能电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点。互动电网学说的本质就是以信息革命的造发性标准和技术手段大规模推动工业革命最重要财产——电网体系的革新和升级，建立消费者和电网管理者之间的互动，并对社会经济发展具有重要的促进作用：

　　I、坚强智能电网的建设，将推动智能小区、智能城市的发展，提升人们的生活品质。

　　II、促进能源资源优化配置、保障电力系统安全稳定运行、提供多元开放的电力服务、推动战略性新兴产业发展等多个方面

　　III、风能、太阳能等清洁能源的开发利用以生产电能的形式为主，建设坚强智能电网可以显著提高电网对清洁能源的接入、消纳和调节能力，有力推动清洁能源的发展。

　　以上提出如此富有意义的智能电网概念，那么如何才能描绘出这样美好的宏伟蓝图呢？

　　二、解决方案：

　　首先，我们从一个简短视频整体了解如何配备互动电网，以德州仪器（TI）关于智能电网的解决方案为视角：

　　智能电网概述.mp4（ctrl+鼠标左键即可观看，若无法观看请手动打开video文件夹里面的视频）

　　没错，在节能的同时节能资金，设计更智能的电网！面向能源智能化的解决办法，涵盖了从测量、监测、保护、传输、通信、微电子等各个领域。

　　A：核心器件：

　　不同功率半导体器件在电力领域的应用

　　基于半导体技术与电力技术的融合，其增强了电网的灵活性和可靠性，是智能电网的先进控制和调节手段。