富士｜电力稳定供应的变迁与挑战

自从大发明家托马斯·爱迪生开创电力事业至今已经过去了大约 140 年，其间，经过了与尼古拉·特斯拉（西屋电工制造公司（当时的公司名称））的直流、交流之争，在用于长途输电的高电压转换技术方面，交流取得了胜利，建设了当今的大规模交流输电网。同时，随着电力电子技术的发展，包括直流在内的各种频率均可自由处理，直流技术也渗透到了基于交流的电力系统中。特别是，以太阳能发电和风力发电为代表的自然能源本来是与商用频率的 50 Hz、60 Hz 没有关系的发电方式，从这一角度而言，直流输电的价值正在提高。另外，在加强将自然能源输往全日本的并网输电网方面，直流输电并网也备受期待。

迄今为止，输电网通过加强并网实现了巨型化，效率和可靠性得到了提高。但是，发生过多次由事故波及导致的大规模停电，每次事件发生后都会推动电力稳定供应政策的强化，相关技术得到了提升。另一方面，随着地球环境问题的日益突出，节能化和低环境负荷化成为重要的关键词，随着电力系统内自然能源发电和电力电子设备的增加，新的问题逐渐显现。例如，随着交流电网中白天晴朗时段太阳能发电量的增加，为了做到平衡供需、会减少起到保持供电频率稳定作用的火力発電量的比例，变动电源增加和供需调节电源减少这两方面的原因，导致供需调节能力急剧下降。另外，使同步机本来具有的自我稳定性的功能的同步力的降低和旋转设备具有的惯性力的降低，会确实的减弱扰动发生时的稳定性。该问题的难点在于，在正常使用的状态下，难以发现稳定性的下降，因而一旦发生大型扰动，可能会产生意想不到的重大影响。北海道发生的大规模停电事件仍记忆犹新，同步力和惯性力的降低无疑也是今后不容忽视的重要课题。另外，太阳能发电从傍晚开始会快速下降，为了调节供需，必须迅速启动火力发电，即所谓的达克曲线问题，表明自然能源的增加与单纯的环境负荷减轻无关。

因这种电源和设备的多样性，不确定性正在迅速增加，另一方面，例如从电力系统使用上的最大弱点——电力储存的观点来看，随着电动汽车的普及，与电力系统相连的储存单元正在增加。作为一个简单的效果，正如在 Vehicle to Home 中所看到的那样，即使供电网的切断导致电力供应中断，通过来自电动汽车的供电仍可继续使用电力，在这一点上各自的可靠性得到了提高。此外，如果还能同时考虑充电时间段的调节和放电，则肯定有助于供需平衡的调节。

并且，电力电子设备的增加虽然会导致同步力、惯性力的降低，但是如果积极地利用电力电子设备控制的灵活性，则可以增加实现电力稳定供应的功能。关于这一点，以Grid Forming Inverter 的名称进行了各种研究。另外，电力电子设备可根据周围环境的变化灵活地进行控制，可以容易的构成降低损耗的运行方式，并且可通过与 IoT（Internet of Things）技术相结合，达成正确的信息获取和控制，实现有助于各种系统的节能和供电稳定性与可靠性的提高的多种功能。除了利用电力电子设备推进电力控制技术之外，由于具备了可低成本使用的 5G 同时多连接大容量的高可靠性通信技术、高性能信息处理与信息跟踪技术的环境的实现，曾经的不敢想象如今正在变成常识。

深深的体会着由不同领域的人与人的相遇、技术与技术的融合而带来的创新是何其重要，想象着如果爱迪生能够拥有现代技术环境并提出各种主张，电力系统的面貌将会与现在大相径庭吧