2017年全球多地發生的前所未有的自然災害正在引起人們對電網彈性系統重要性的更多關注。

根據美國國家海洋和大氣管理局最近的數據，僅在去年，在美國發生的自然災害就造成了306億美元的損失。雖然美國國和世界許多地區都受到影響，但像波多黎各這樣的島國尤其遭受重創，其基本和關鍵服務的電力供應在颶風過后幾個月后仍然沒有恢復正常。

因此，采用可再生能源和分布式能源(如柴油發電機組)的混合微電網是在這些極端天氣肆虐下的偏遠地區提供電力的一種最具成本效益和適應性的選擇。雖然傳統發電設備繁多，復雜且效率低，前期成本高，但采用先進的多端口電源轉換系統可以提供前所未有的靈活性和適應性，滿足島嶼和偏遠地區的獨特能源需求。最重要的是，當關鍵設施(如學校，醫院和市政大樓)的電力中斷并需要快速供電時，具有無縫多端口電源轉換功能的混合微電網可以在暴風雨或其他類型的災難導致的電源中斷后有效地向社區提供電力。

Ideal Power公司和JLM能源公司共同建設的太陽能+儲能項目

與傳統電源整合的挑戰

在穩定性、效率和靈活性方面，電源系統集成商和項目開發商歷來都面臨著采用電源轉換技術缺乏動力的挑戰。數十年來，體積龐大且效率低下的組件一直是電源轉換技術的主流產品。一個傳統的電源轉換器可能重達700磅以上，并且室外安裝的兼容性有限，這種設備的體積和重量使得安裝成本非常高，而且工作量很大。

電力成本對島嶼和偏遠地區而言尤其是重要的障礙，因為通常的電力成本較高。加勒比群島的電力成本平均約為每千瓦時50美分(kWh)，約為美國大陸地區的三至五倍。如果項目開發人員沒有考慮采用具有成本效益的解決方案，并且沒有根據島嶼需求進行調整，那么這將成為實施微電網項目最重要的障礙。

此外，繁瑣和復雜的設備也可能是一個主要障礙。傳統的太陽能+儲能微電網需要兩個獨立的電源轉換器，這使得硬件和軟件的管理和集成變得更加困難。連接多個資源可能需要采用大尺寸且難以放置的設備，這對具有空間限制的島嶼社區來說尤其具有挑戰性。需要多個電源轉換器的電網系統需要復雜和實時的嵌入式控制，這使得后續管理變得復雜化。此外，要確定集成商和項目經理具備開發、部署、調試和管理這些控制系統的技術能力是很困難的。

對于任何包含儲能部署的系統，沒有適當的操作控制系統的電源轉換器可能會導致電池充放力能力的嚴重損耗。會對電池的應用帶來更大的壓力，不僅效率低下，而且還縮短了系統的使用壽命。儲能效率是至關重要的，因為太陽能是一種間歇性資源，并不能依靠太陽能發電作為彈性電源。

尋找合適的技術

新興的電源轉換技術允許采用直流電(DC)、交流電(AC)和混合微電網的太陽能加儲能系統，可將太陽能發電、柴油、儲能和其他分布式能源整合為單一混合動力微網項目。每個系統都有自己的優勢，但混合多端口電源轉換系統是提供離網備用電源的解決方案。雖然混合微電網具有不同的規模和大小，但它們有自己的定義特征。

混合微電網包括太陽能+電池儲能，再加上策略性控制的柴油發電機組，可以在電網連接可用時以“孤島”和/或并網模式運行。

多端口電源轉換允許通過單個電源處理階段集成多個電源輸入，以消除傳統單端口電源轉換器存在的冗余。緊湊型混合多端口電源轉換器可節省空間、減少重量，并大大簡化布線互連和安裝工作量。最有效的多端口電源轉換解決方案還包括嵌入式按鍵控制功能，進一步簡化管理。

Ideal Power公司及其整合合作伙伴于2017年6月在美屬維爾京群島圣克羅伊島部署了混合微電網系統。在這個微電網中，六個Stabiliti 30C3多端口電源轉換系統并聯運行，將太陽能、電池儲能和柴油整合為一個容量為180kW混合動力微電網設施。與加勒比地區的許多商業基地類似，這個設施從未連接到中央電網，并且在太陽能加儲能微電網實施之前，這個全天候的設施主要依靠柴油發電機滿足其電力需求。柴油發電機提供電力在海島地區很常見，并且采用不穩定和成本高昂的電網供電，但這些發電機可與太陽能+電池儲能系統配套使用，以創造更加經濟實惠的綠色微電網解決方案。

在客戶電力需求最高的傍晚時段，這個微電網將為高峰負荷提供電能，也將面臨最大的能源消耗。太陽能發電在電力高峰時段不能依靠提供足夠的電力，因此需要從全天候的柴油驅動的微電網轉換到全天候的太陽能+存儲微電網。而根據研究，將太陽能+電池儲能系統與柴油發電機一起整合提供電力，每年將減少30%的柴油消耗，從而降低運營成本和污染。

采用適當的多端口電源轉換系統通過將柴油發電機、太陽能和儲能整合成的一個緊湊的、模塊化解決方案可以實現這一點。

最后，六個電源轉換系統提供了強大的冗余能力，如果一個轉換系統發生故障并脫機，其余五個系統將以無縫方式提供支持，從而使電力不間斷。

不幸的是，在圣克羅伊項目部署后不久，這個項目的地點就遭遇了瑪麗亞颶風的影響。大部分屋頂太陽能電池板遭受風暴的強風侵襲而損毀，但電池、控制設備、發電機和轉換器仍保持完好。技術團隊采用了可以抵御強風的產品恢復和重建了屋頂太陽能陣列。在此期間，其電源轉換系統將通過將電池與發電機并聯來繼續提供電力。其最終目標是從深夜到清晨使用電池供電。此時將需要采用智能負載管理設備(如HVAC和照明控制)，確保在空閑時段將供電量降到最低。在考慮依賴柴油發電機的未來項目場地時，可以通過增加電池容量可以實現節約60%的燃料甚至更多。

現有系統將在發生颶風后維修時可以減少排放和能源成本。一旦太陽能電池板被更換并集成到系統中，Saint Croix發電系統有可能實現更高的效率。通過滿足獨特的島嶼社區的需求，圣克羅伊項目已經證明，混合微網多端口電源轉換功能對于應對毀滅性的風暴的微電網系統來說是一個有效的解決方案。

電網彈性的關鍵因素

多端口的電源轉換技術具有很強的靈活性和適應性，可以支持有效的混合微電網，這反過來可以提高島嶼和孤立的社區電網的彈性和成本效益。隨著氣候的變化，混合型微電網將在島嶼、農村和未來能源使用中發揮越來越大的作用。