重新定义配电方案

对话 Voltserver 产品管理总监 Luke Getto，主持人：电源系统设计 Jason Lomberg

LOMBERG：欢迎收听 PSDcast，该节目主持人是来自电源系统设计的 Jason Lomberg。我们很少遇到能够彻底改变配电方案的技术或概念，但这正是优秀的 Voltserver™ 人通过其数字电力方案所做出的承诺。据该公司介绍，数字电力可通过以太网提供便捷、安全的低压电源，具有AC的远距离供电能力，与其他替代电源方案相比，它提供无与伦比的构造、性能和安全优势。所以不用说，我很感兴趣。下面由 Voltserver 产品管理总监 Luke Getto 来聊聊更多内容。Luke，谢谢你的出席，或许你可以先告诉我们为什么今天如此需要数字电力。

GETTO：你好！谢谢你的邀请！很高兴参加你的节目。我们先来想想数字电力存在的原因。环视家庭环境或办公室，你是如何为电脑或吸尘器等设备供电的？目光可能会停留在插座上，漂亮又方便。你有几个插座，两个或者四个。使用的是标准 NEMA 5-15 连接器，对吗？它们将提供源源不断的电源。在断路器触发之前，你可以将很多设备插入该插座。每个家庭可能都有一台烘干机、加热器或吹风机，可能会触发断路器，但在此之前，会提供大量电源，对吗？

对了，那些电源插座对于你和你的家人来说可能是致命的。如果你和我一样，家里有小孩，你可能还会配备小塑料插头套，当你试图扯掉时，可能会折断你的指甲。或者你可能还有使用起来更方便的家用设备，但价格一定更贵。可是，如果你想一下，若婴儿车伤害了婴儿，会发生什么？制造商会将其召回，解决问题并推出新的型号。当一辆汽车有一个可能会造成伤害的缺陷时，制造商会召回，对吗？如果你或你的家人将手指头插入电源插座，可能会死人，再怎么着也会受伤。可能会发生电阻性故障，烧毁房子，家里没人就谢天谢地了。为什么我们仍然认为这是正常的呢？为什么这在当今社会是可以接受的？

我在家里很能干。而且我也是一名受过专业教育的电气工程师。但我不会碰家里的电线。我很害怕被电击，也很害怕操作不当引起火灾。这就是我想法的起源。我们如何让电力更安全？如何让电力更好？在这一点上，全世界都很熟悉以太网和 AC 电源。但你已经知道了电源功率高低的这种基本起伏动态。我之前也提到过，有大量的电源通过你的插座，很危险。以太网供电会大幅提高安全性，其电压较低，供电有限。他们称之为二类接线方法。你可以将其连接起来，就像在电脑及路由器之间连接网线一样。但得到的电源有限，在以太网供电开关的输出端，最大功率只有 100W。因此得到的电源有限，而且也有距离的限制。数字电力事实上填补了这两者之间的空白：不仅供电量大，而且供电距离远，供电距离达两公里，大约 6500 英尺，电量堪比一个 AC 电源插座。

LOMBERG：对了。现在，在我看到的所有有关这方面的新闻稿中，安全是一个频繁出现的关键词。这一点，你已经提到过了，但或许你可以再强调一下。为什么数字电力是如此安全的解决方案？

GETTO：没问题。公司创始人兼首席执行官 Steve Eaves 喜欢将高压水流与雨滴相比。如果你被消防软管喷出的高压水流击中，就会受伤。这很危险。但如果你站在雨中，你会被淋湿，却不会受伤。

所以我们在电气方面做的是一种我们称之为分组能量转移的技术。为了简化，我们基本上是在 350V 左右创建一个方波，这听起来好像电压很大。我们的工作是让该方波有节奏地脉动这样它就会开始传输，它会发送一组能量，然后会关闭。在关闭期间，我们会做一次安全检查。安全检查可确定电路是否有短路、开路或者线路的其它故障，有人触碰线路或电阻故障等。如果安全检查通过，它会发送另一个脉冲。如果通过了，就会再发一个脉冲。如果失败，就会停止，不再发送脉冲。整个过程用时不足 10 毫秒。所以实际消耗到故障中的能耗非常非常低。其中一个数据包可能只有大约 1 焦耳的能量。

LOMBERG：非常有意思。现在，当前世界另一个重要概念是能效，每个人都听说过不止一次，特别是在我们从化石燃料转向可再生能源时。因此，你能说明一下数字电力怎么比现有同类竞争解决方案更节能吗？

GETTO：没问题。这么说吧，我们没有颠覆物理学。我们并没有创造出比其它任何东西更高效的神奇新电力。我们没有违反欧姆定律或类似的其它定律。但数字电力有几个更高效的途径。

首先，沿着线路传送的电压较高：电压越高，电流越小。所以根据欧姆定律，通过电阻设备（也就是导线）传输的电流越大，损耗就越大。因此当你通过增加电压来降低电流时，导线的损耗就会降低。在这里，有一点优势。

我们还启用了一项 DC 构建技术。你可能听说过这个概念，我们大多数终端设备和已供电的负载，你的笔记本电脑和电话等，都是真正的 DC 供电。这就是为什么我们有这些墙插，然后有一条连接设备的 USB 线缆。这是 AC 至 DC 适配器。每一款这类适配器的效率最高可达 90% 到 95%。所以在每一个插在墙上的设备上，你都会损耗 5%、10%、15%，甚至 20% 的能量。如果有一套 DC 供电的基础设施，你可以将 DC 电源发送至你所有的设备上，而 DC-DC 转换器比 AC-DC 转换器更高效，能将一个电压转换为另一个电压。因此取消这些转换，可在每台设备上节省几个百分点。

使用可再生能源的 DC 微电网时，节省的能源可能还会更多。太阳能面板本身有 DC 输出。所以当你在建筑物或家里的屋顶安装太阳能电池板时，它是DC,然后进入逆变器。该逆变器可将其转换成 AC 电源，然后与电网的 AC 电源结合，这样你的房子就完全是 AC 电源了。不过，把 DC 转换成 AC 的逆变器效率很低。它可能非常接近 100%，或许是 95% 左右，但你仍然会损耗几个百分点的能量。如果考虑的是一座大型商业办公大楼，百分之几的转换损耗就会非常非常大。

接下来，我们可以节能的最后一部分是原生控件。这是一个数字平台，我们在监控所有设备的连接。需要将其关闭的时候，我们就可以将其关闭。我们可以制定用电政策，比如晚上要关灯，或者我们要多做一点事——在这里调小电源，在那里调大电源。因此，为供电设备提供控制装置和智能性，只要能在晚上为其断电，就能节省能源。

LOMBERG：非常有意思。Luke，在节目结束之前我想知道：你觉得怎样才能让数字电力成为配电的主要方式？这是必然趋势，还是需要联邦政府或某种行业的干预？

GETTO：嗯，我们当然希望有一天，数字电力能为整个世界供电。告诉你吧，NEC正在讨论一些法典。将其称为 4 类故障管理电源。所以差不多今天，我们有第1 类，是 AC 电源插座，第2 类是以太网供电，而 第4 类则是下一个版本讨论的内容。从本质上讲，它基本上描绘了一种数字电力方案，其中，你可以提供比以太网供电更多的能量，以太网供电实际上是唯一有限的，因为传输的电源不会伤人。故障管理电源表明，只要能在防止伤害的时候将其关闭，就可以提供更多的电源。我们正在与这些标准机构以及行业的大量其他参与者密切合作，而且对于这一应用的实现我们非常有信心。因此，我们将看到面向故障管理电源系统的其它选项，我认为这只会向每个人开放生态系统，让这个世界的能源分配更安全、更智能。

LOMBERG：非常棒！我们确实希望如此。谢谢你，Luke。我代表 PSD 感谢您在百忙之中抽出宝贵的时间出席本节目。感谢大家收听！