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李安国教授(左三)与来自不同院校的部分研究团队成员

全球暖化迫使各国政府加紧推动使用更多可再生能源,从而减少化石燃料发电所排放的温室气体。但是,风能、太阳能等可再生能源的波动性,会影响庞大再生能源容量的系统实时生产与使用电力之间的平衡,成为大规模使用可再生能源的一大难题。若该难题无法解决,将导致电力不稳甚至断电。

本研究项目联合了香港大学、香港科技大学与香港城市大学,核心目标是通过结合信息技术与电力技术来设计能有效管理和控制发电与配电网络的创新方法。例如,为更有效控制配置有动态发电的电网,我们可以装置能够实时观测电流与电压的同步相量测量单元。电网营运商可以利用其数据来调控系统以避免停电,并使配电网络的调控更可靠。然而,由于相量测量单元造价高昂以及通讯设施的限制,在整个电网中装上相量测量单元是不切实际的做法。因此,我们设计了放置相量测量单元的最佳策略,将成本尽量减低。我们同时研究一个新的“电弹簧”概念来实现电力平衡。装有电弹簧的电器可变成新一代的智能负载,其耗电量将随着发电量变化。可以预见,在电网中装置电弹簧将成为解决电网稳定性的另一个方案。此外,使用储能系统亦是解决可再生能源不稳定性的一个可行方法;就此,我们在接入电网的风力储存系统中,为电池系统设计了一个最佳的控制算法。
 

用于验证项目研究结果的智能电网实验室

用户的参与也有助于电网的稳定性。例如,差别定价策略可以鼓励用户在用电需求较低的时候用电,而需求响应策略则可以鼓励用户在需求较高的时候减少用电(会用低价补偿)。为促进这种用户参与,我们需要智能型电表基础设施。此电表基础设施是智能电表及通讯网络的集成系统,须安装于每一单位,支持电网营运商与用户的实时双向通讯。除此以外,我们亦必须确保通讯网络的安全性并保护用户私隐。否则,攻击者将可以在电网中伪造电力请求甚至非法的控制信号。若智能电表的信息被泄露,攻击者或许可以从低电量消耗判断出用户不在家,进而入屋盗窃。我们为此设计了一个安全电力请求方案及一套相关系统,使第三方以及电网营运商都不能查阅用户的每日耗电模式等个人私隐,同时不会影响有关收费的运作。本项目的研究成果将为高效可再生能源输电结构的进一步研究提供基础。

李安国教授
香港大学

电机电子工程系
vli@eee.hku.hk



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