三種實時控制方式促進城市可持續發展
2022-09-16 14:56:14 德州儀器從電動汽車充電站到太陽能解決方案，通過實時控制等先進技術，城市正在變得更加高效。
去年，一項探討已久的議題在上海付諸實踐：電動汽車(EV)是否可以成為城市電網的一種靈活能源？
電動汽車駕駛員從公用事業公司獲得充電時間信號，從而在可再生能源最充足時加以利用，并充分利用資源，避免浪費。EV電池成為車輪上的能源存儲容器，能夠在能源需求超出供給時，將多余的電量釋放到主電網中。
這一創新的試點項目顯示，日常生活中使用的家用充電器、公共充電器和電池交換站等不同類型的充電器，均可在支持城市電網的過程中發揮不同作用。作為中國新基建計劃的一部分，新能源車輛充電站的擴張現已成為實現現代化和環境保護長遠目標的關鍵部分。
全球范圍內的其他城市也在節能減排上迅速展開行動。技術是幫助他們履行節能減排承諾的關鍵所在，因為技術能夠在解決能源效率的相關挑戰時提供更出色的功率密度。
可通過更加高效、功能更強大的系統，重點增強系統的實時控制能力（即時處理可在萬億分之一秒內收集數據并更新閉環系統），從而顯著降低排放。實時控制是在能源管理領域開啟下一波創新浪潮的關鍵因素。
Matt Watson，C2000?微控制器經理
作為 TI C2000?微控制器 (MCUs)的經理，我發現隨著人們想用更少的能源實現更多功能，同時他們對實時控制的需求在不斷增長。展望未來，我認為實時控制會在以下方面對交通和能源使用造成顯著影響：
? 提高EV的里程和性能。
? 升級和增強EV充電基礎設施。
? 通過太陽能解決方案對能源存儲方式進行革新。
實時控制為什么重要
盡管實時控制并不是一項新技術 – TI在大約二十年前就推出了專用控制器，推動了數字信號處理領域的創新 – 近年來，由于這些元件在智能自動化系統中的廣泛使用，全球 MCU市場出現了顯著增長。實時控制系統是閉環控制系統，收集數據、處理數據和更新系統的時間窗口極短。這種控制對于電源轉換和高級電機控制應用非常重要，例如工廠中機器人的移動。
對于能夠轉動電機和轉換電源的產品，設計工程師們面臨著越來越多提高效率、精度和產品尺寸的要求。實現實時控制最大化和最優化，需要在系統中使用特別的嵌入式器件，這種器件可以顯著縮短延遲、實現低功耗和成本效益。如果工程師嘗試使用非實時控制器件而非針對控制應用專門設計的單一微控制器，就可能會在無意間延長設計時間。
如果我們對城市中的某些能源敏感領域應用實時控制技術（例如增加EV和利用太陽能），就可以看到它們對能源存儲和管理的產生深遠影響的潛力。
拓展EV的里程和性能
EV中幾乎每個子系統都依賴于某種形式的實時控制。大量激動人心的創新使得汽車變得更加高效，并提升了駕駛樂趣，同時還可應對里程焦慮、充電時間和阻礙EV普及的其他障礙。
全新的電源技術（例如氮化鎵(GaN)）有可通過提高功率密度和效率、增加行駛里程并改善可靠性來應對上述挑戰的潛力。但要釋放GaN的潛力，就需要使用實時控制器，它能夠將高開關頻率與可配置控制相結合，從而更大程度減少功率損耗和噪聲。微控制器可幫助GaN實現超高的功效和功率密度。
實時控制的進一步發展可提升處理能力并增強感應和驅動性能，這樣可實現更高的精度和效率，并通過提高系統集成度使汽車更加經濟實惠。
升級和增強EV充電基礎設施
EV的發展勢頭強勁 – 汽車制造商們投資并大規模生產使用更清潔的能源的汽車 – 城市可能需要加大投資高性能充電基礎設施，以滿足更多電動汽車的充電需求。
這些充電站所用的技術必須具有成本效益，還必須縮短充電時間。要提供快速充電體驗并盡量減少功率損耗，實時控制至關重要，它同時還能減少對電網基礎設施的限制，因為EV充電系統可將電網的交流電轉變為EV電池充電所用的直流電。高充電效率還有助于駕駛員快速為電池充電，并更快地上路行駛。
通過太陽能解決方案對能源存儲方式進行革新
上海進行的實驗只是城市將可再生能源轉變為靈活的電源資源的一種嘗試。
光伏逆變器系統領域正在進行一場革命，利用電池的存儲容量，使得在沒有陽光的情況下也能提供能源。這些系統結合了實時控制的幾個關鍵支柱：從太陽能板向電網傳輸，從電網向儲能電池傳輸，以及從電池回傳到電網。這里有三個節點需要進行電源轉換，其中可能會產生電源損耗，因此在設計時需仔細斟酌。 實時控制可提供最大化輸出所需的精度，同時更大程度減少雙向電源轉換的功率損耗，從而實現系統中直流電和交流電的雙向高效流動。
可再生能源需要受到實時控制。現在，減少碳排放的要求在全球范圍內日益緊迫，而實時控制是使系統能效更高、讓環境更加美好的核心關鍵。
