智能住宅的电源系统关键在于“同步、自主、自容”
日本福冈Smart House Consortium正在福冈市实施智能住宅的验证试验。该智能住宅已经配备了太阳能发电和风力发电等电源和蓄电池,并且构建了能够与系统电源自行交换电力的电源控制系统。特点是可以实现各种配置,例如规定系统电源的供电量,或是暂停太阳能发电,从系统电源和蓄电系统向负载供电等。不久前,福冈Smart House Consortium的代表,智能能源研究所CTO兼创始人中村良道就智能住宅的推进举措接受了记者采访。
——福冈Smart House Consortium在2010年6月成立时,成员仅有8家企业,如今成员正在不断增加。
现在已有近30家企业和大学等机构参加。2010年6月成立时,成员只有日本智能能源研究所、AVAL长崎、dSPACE Japan、ZEPHYR、Baysun、Wireless Glue Networks(WGN)、日本德州仪器、本田Soltec等8家企业,截至2011年3月底,PALTEK、电装、矢崎总业、村田制作所、Ad-Sol日进、星电、CSK,Aplix、LOGICAL PRODUCT、日本气象、大和房建也加入了进来。除此之外,包括研究团体和观察员在内,共有近30家企业、大学、团体以及有识人士参加。
组合系统电力、太阳能发电、风力发电等多种电源,构建在蓄电池和电力系统间双向移动的电源系统单靠一家企业难以完成。而且,应该怎样结合HEMS(home energy management system)、互联网、智能家电、汽车的单元技术构建系统并使其发挥作用,由于系统是复合系统,理解起来恐怕非常困难。因此,各家企业虽然有自己擅长的领域,但现在的状况是很难判断应如何为其定位。
不过,在福冈Smart House Consortium中,系统的组合为开放式。整体分为各个区块,因此,各公司只要拿出自己特长的专业领域,就知道应该对应哪个区块。而且,这里聚集着各行各业的人士,即便不是自己的专业领域,也可以构建电源系统。
我们没有得到日本政府的补贴。因为大家都是义务参加,所以只有希望认真开展推进活动的人才会聚到这里,验证试验的进展速度也快得惊人。
——在电源系统的构建中,哪一点比较重要?
构建电源系统需要电源控制、控制理论、电源管理,但最重要的是各个装置都具有同步性、自主性以及自容性。各个装置间原则上应当是松散耦合。信息的交换虽然必要,但越少越好。
以福冈Smart House Consortium正在开发的电源系统为例,其组成部分包括能够与系统电源双向交换电力的系统互联逆变器、电动汽车用逆变器、向住宅内负载供电的逆变器、面向太阳能发电的DC-DC转换器、面向风力发电的DC-DC转换器、能够与蓄电池双向交换电力的2个DC-DC转换器(电池充电器)。
各个装置必须可以单独工作,装置之间经由380V标准的直流(DC)总线相连,只依据各装置与DC总线之间电压高低的设定值,自主进行电力交换。
——构建自主电源控制系统时,据说采用的是充分利用仿真的模型库开发方式。
我们在构建自主电源控制系统时,采用的是充分利用仿真的模型库开发方式,而非重复进行试制的“试错法”。汽车行业一般使用这种方法缩短开发期,而我们则将其带入了电源设计领域。
这种方法最大的优点在于“可视化”。如果能够观察到电力交换的情况,不仅便于理解系统,还非常有助于培养人才。而且,随着电力交换的可视化,估计会出现“希望这样做”、“希望那样做”的新要求。
现在,开发可以连续使用三种工具。首先使用崇城大学能源电子研究所所长中原正俊开发的电源电路仿真工具“SCALE”设计电源电路图,再根据电路图,使用美国迈斯沃克(The MathWorks)的“Simulink”制作控制部的模型,通过仿真进行工作验证。最后可以实际制备电源电路,验证控制逻辑。这时可以使用dSPACE的软件“dSPACE成型系统”,安装利用模型库设计的控制部,使其工作,在非常短的期间内完成电源设计。通常积累20年经验才能达成的设计瞬间即可完成,这个速度令人感到惊讶。
——如何看待智能住宅的发展?
构建最佳的系统也许只要仿照生物的生命系统就行。“创造”、“储存”、“灵活使用”电源的系统在结构上与植物细胞一样。在植物细胞中相当于“叶绿体的光合作用”、“在液胞中储存水和养分”、“叶绿体与线粒体之间的能量转化”。虽然细胞本身的结构是自容型,但细胞之间也能够双向交换能量和信息。
实现这一点只需在家庭这个最小单位构建自容型的最佳系统,并实现家庭之间的相互连结即可。进而,从电动汽车到家庭的“Vehicle to Home(V2H)”的潮流也会自然产生。