FAMU-FSU 工科大学のファン ペン教授は少年の頃、電気の力と危険性を直接目の当たりにしました。中国の遠く離れた故郷に初めて電力サービスが提供されたのは、彼が中学生のときだった。彼の家族は、ケーブルに接続された 15 つのポータブル XNUMX ワット電球を共有していました。電球を交換するのは彼の仕事だった。
「ある夜、電球が切れたので、真っ暗闇の中で電球を交換しようとしたんです」とペンさんは語った。 「誤って左手の親指をソケットに突っ込んでしまい、すぐにショックを受けました。私はバランスを崩して土の床に倒れ込み、体中に電気が走ったように震えました。幸いなことに、私の右手はケーブルに絡まり、左手からソケットを引き抜いてしまいました。そうでなければ、私は生き残ることはできなかったでしょう。」
その臨死体験の後、ペン氏は電気が課題であると考えました。彼は、この現象を研究し、自分を危険にさらすと同時に家族に夜目が見えるようにする「獣を飼いならす」ことを生涯の仕事にしました。
ペン氏の最新の研究はその使命を継続しています。で発表された研究では、 科学的なレポート、彼はどのようにして 半導体 彼が作成した Z ソース インバータと呼ばれるデバイスは、短絡または開路障害が発生した場合に電圧と電流を急速に下げることができます。
障害時に電気を停止する既存の安全機構は迅速に機能しますが、必ずしも十分な速さであるとは限りません。一般的なサーキットブレーカーは作動するまでに約 50 ミリ秒かかりますが、それでも人が死亡したり火災が発生したりするには十分な長さです。 Peng のデジタル Z ソース コンバータ/インバータは、5 マイクロ秒または 1,000 倍の速さで保護できます。
回路が正常に動作しているとき、送電線とケーブルは発電機からエンドユーザーまで長距離にわたって電流を運びます。エンドユーザーの使用は電気システムの負荷と呼ばれます。通常、エンジニアは、エンドユーザーに電力を供給するために、可能な限り強力に動作することを望んでいます。しかし、倒れた木など、何かが回路を破壊したり短絡したりすると、電流が物体を通過します。華氏 35,000 度に達する電気フラッシュは、回路に接触している物体を急速に加熱し、激しく燃焼させる可能性があります。
Peng の電子スイッチは、既存の方法よりも早く短絡を検出します。また、追加のコンポーネントを必要とせずに、幅広い入力電圧を処理できます。この柔軟性により、電源が一定ではない状況や、異なる電圧レベルを効率的に扱う必要がある場合に役立ちます。
「私たちは電源が負荷に対してより応答する方法を開発しました」と彼は言いました。 「エンドユーザーが気付かないうちに、サージ電流を発生させることなく、電力網を即座に通常の状態に戻すことができます。」
米国では毎年、切れた送電線が原因で数百件の山火事が発生している。 2023年のマウイ島の山火事は、米国史上最悪の被害をもたらしたものの一つでした。全米防火協会によると、その火災は電線に倒れた木に引火したことで発生した。
「私たちの研究の目的は、エネルギー源（電圧）を負荷条件によりよく応答させることです」とPeng氏は語った。 「予期せぬ大電流が流れた場合、火災を防ぐために電圧を安全な範囲まで下げたいと考えています。従来の発電機は、電流に関係なく一定の電圧を生成し続けます。」
Peng のソリューションは、既存のインフラストラクチャを改良して安全性を高めるために使用できます。
風力タービン、太陽電池、燃料電池などの再生可能エネルギー源を使用して送電網を多様化することは、電圧の増減を調整する 1 つの方法です。
「再生可能エネルギーのほかに、電力の急増を防ぐもう一つの方法は、電力変換器を使ってシステムを人為的に調整することです」と彭氏は述べた。 「自然であろうと人工であろうと、私たちは自己保護、回復力、冗長性を備えて自律的に機能するものを作りたいと考えています。 1 つのアイデアは、パワー エレクトロニクスと制御によって実装された仮想抵抗を使用して、回路システムのダンピングと安定化を実現することです。」
米国の電力網の多くは 1960 年代と 1970 年代に構築され、拡張されました。停電した送電線による火災に加えて、インフラの老朽化は、停電やサイバー攻撃に対する脆弱性など、他の問題も引き起こします。
「電力網を作り直し、新しい電力であるパワーエレクトロニクスで「獣を飼いならす」時が来た テクノロジー それは私が研究者としてのキャリアを始めた1980年代に繁栄し始めました」とペン氏は語った。 「パワー エレクトロニクスの先駆者や世界のリーダー数人の弟子になれたことは本当に幸運でした。子どもを育てるには村が必要であり、この新しいグリッドを実現するには社会/世界全体が必要です。」