4 ключови технологии на умната мрежа за новата система за електроенергия: Иновации в разпределителните мрежи
1. Разработка нови материали и оборудвания & управление на активи
1.1 Разработка на нови материали и компоненти
Различните нови материали служат като пряки носители на енергийното преобразуване, предаването на електроенергия и оперативния контрол в новите системи за разпределение и потребление на електроенергия, които директно определят ефективността, безопасността, надеждността и цената на системата. Например:
Новите проводими материали могат да намалят енергийното потребление, решавайки проблеми като недостиг на енергия и замърсяване на околната среда.
Прогресивните електромагнитни материали, приложени в сензорите на интелигентната мрежа, помагат за подобряване на надеждността на функционирането на системата.
Новите изолиращи материали и структури могат да решат по-често срещаните проблеми с преходни импулсни превишения на напрежението, причинени от интеграцията на електронни устройства.
Следващото поколение микровълнови радиочестотни устройства и електронни устройства, разработени на базата на материали от трето поколение (представени от гална (GaN) и карбид на кремний (SiC)), могат да предоставят техническа подкрепа за спестяване на енергия и намаляване на потреблението в областта на комуникациите и електрониката.
1.2 Разработка на нови електроенергийни оборудвания и съоръжения за потребителската електроенергия
В отношение на конкретните нови продукти, предприятията разработват нови електронни устройства - особено мягко нормално отворени контактни устройства. Чрез контролиране на активните и реактивни мощности в свързаните линии, тези устройства постигат функции като балансиране на мощността, подобряване на напрежението, прехвърляне на нагрузката и ограничаване на тока при дефект.
Посредством вълната на Енергийната интернет, интегрирането на нови технологии за реализация на "функционалност + мониторинг + електронизация + дигитализация + изкуствен интелект" позволява на предприятията да преминат от нискоуровната имитация към високоуровното производство, да се разширят от единични продукти до комплексни решения и да се трансформират от производствени фабрики към иновационни обекти. Това позволява производството и иновациите на нисковолтови електроустроства да допринесат за декарбонизация, дигитализация и устойчиво развитие.
1.3 Технология за управление на активи през целия жизнен цикъл на електроенергийното оборудване
Новите системи за разпределение и потребителска електроенергия включват широк спектър от нови електроенергийни устройства и съоръжения за потребителската електроенергия, което прави управлението на целия жизнен цикъл и екологичния дизайн на устройствата за разпределение на електроенергия изключително важни. Е необходимо да се гарантира безопасното функциониране на всички устройства, докато се постига икономическа ефективност.
Управлението на целия жизнен цикъл включва фазата на закупуване, фазата на приемане на оборудването, фазата на производство и функциониране, както и фазата на изваждане от употреба. В управлението на активи трябва да се приложи интегриран дизайнерски подход, за да се осигури споделен достъп до данни и оптимизирано управление. Технологии като "Интернет +" трябва да бъдат интегрирани, за да се разшири обхвата на управлението и да се подобри ефективността му.
2. Развитие на разпределена генерация и микрогрежа технология
2.1 Технология за разпределена генерация на нова енергия
2.1.1 Ефективна и икономична технология за развитие на нова и възобновяема енергия
С напредъка на технологиите за развитие на нова енергия, някои възобновяеми източници на енергия (например вятър и слънчева енергия) достигнаха високо равнище на приложение и вече заемат доминиращо положение в системите за разпределение на електроенергия. Все пак, остава важно да се разработят нови материали и интегрирани технологии за фотоелектрически панели с по-ниски разходи и по-висока ефективност.
Междувременно, развитието на други източници на енергия - като водородна, геотермална и биомасова енергия - трябва да бъде допълнително насърчено. Примери включват технологии за производство, съхранение и транспортиране на водород, многомерни технологии за използване на геотермалната енергия и технологии за биогорива.
Освен това, координираното развитие на централизирана и разпределена нова енергия може да намали загубите при предаването, да подобри ефективността на използването на новата енергия и да повиши способността на мрежата да абсорбира новата енергия, като по този начин се постигат по-добри социални и икономически ползи.
2.2 Планове за разпределена енергия
Ключът за решаване на планирането и оптимизирането на собствеността на разпределената енергия е в разрушаването на бариерите за информационна комуникация и координация между различните субекти.
От техническа гледна точка, по време на фазата на планиране трябва да се вземат предвид повече технически ограничения, включително ниво на напрежението, ниво на краткосрочния ток и качеството на електроенергията (трептене, хармоники).
От математическа гледна точка, методите за планиране, включащи многокритериална и многонаправлена комбинаторна оптимизация, са изключително сложни. Следователно, е критично многокритериалното оптимизирано планиране, което интегрира ресурси и операции.
Освен това, трябва да се обърне внимание на: провеждане на анализ и оценка на мрежата за системи с разпределена енергия; изследване на интеграцията и оптималното планиране на системите за разпределение на електроенергия и комуникационните мрежи; и разработване на модели и симулационни инструменти за комплексен анализ на надеждност, риск и икономика.
2.3 Активна поддръжка на разпределената генерация на нова енергия
Разпределената генерация (DG) не само трябва да регулира честотата и напрежението в определен диапазон, но и да потисква бързите промени на честотата и напрежението.
В момента, някои учени са предложили "компенсатор на инерция-жесткост", който позволява на DG да предоставя моментна подкрепа на честотата и напрежението, когато системата изпитва дефицит на мощност. Капацитетът на DG за подкрепа на инерцията на честотата е количествено изразен чрез активната мощност, предоставена по време на стъпкови промени на мощността, което предоставя основа за формулиране на последващите стандарти за свързване с мрежата.
2.4 Технология за прогнозиране на изхода на разпределената генерация на нова енергия
Разпределената генерация на нова енергия характеризира широко пространствено разпределение, сложни микроклиматични характеристики в околната среда и значително влияние от сгради и човешка дейност, което прави прогнозирането на изхода трудно.
Съвременните изследвания върху изхода на разпределената генерация на нова енергия се фокусират главно върху използването на прогнози за времето и климата за прогнозиране на производството на електроенергия, с прекомерен акцент върху влиянието на природните условия върху изхода на новата енергия. Липсва обаче разглеждане на пространствените характеристики на DG и фактори, свързани с човешката социална дейност.
2.5 Технология за кластерно управление на разпределената генерация на нова енергия
Разпределеното управление е идеален метод за кластерно управление на DG в системи за разпределение на електроенергия с висока проникновеност на нова енергия.
В момента, изследванията върху технологията за кластерно управление на разпределената генерация на нова енергия все още са в началната си фаза. Основните постижения се фокусират главно върху управлението на отделни устройства за производство на електроенергия, с малко внимание към координираните стратегии за управление на множество устройства за производство на нова енергия, свързани с системата чрез сетови инвертори.
Ключови въпроси остават нерешени: механизът на небалансирано разпределение на мощността между множеството инвертори по време на стъпкови промени на мощността; механизът на взаимодействие на многонаправлените стратегии за управление на множество инвертори; и недостатъчността на традиционното управление на проседание (основано на характеристиките на активната мощност-честота и реактивна мощност-напрежение), когато съпротивлението на линиите за разпределение на електроенергия е незначително, което не позволява на DG да участва в първичното регулиране на честотата и напрежението.
2.6 Технология за разпределено съхранение на енергия
От гледна точка на електроенергията, статичните и динамичните проблеми на новите системи за разпределение на електроенергия са по същество проблеми на дисбаланс на мощността на различни временни скали:
На относително дълга временна скала на пикиране на мощността, дисбалансът на мощността между страната на производство и страната на потребителите води до статични проблеми като разлики между пики и долини.
На относително кратка временна скала от стъпкови промени на мощността до активирането на първичното регулиране на честотата/напрежението, електронните устройства за предаване на енергия липсват на роторната инерция на синхронните генератори и не могат да подкрепят системата срещу дисбаланс на мощността, което води до намалена стабилност на системата и влошено качество на електроенергията.
Технологията за разпределено съхранение на енергия предоставя възможна решение за справяне със статичните и динамичните проблеми, причинени от дисбаланс на мощността на различни временни скали.
2.6.1 Технология за съхранение на енергия за пикиране и регулиране на честотата
Енергийните типове съхранение на енергия - представени от разпределени помпованни съхранения, проточни батерии, литий-ионни батерии и технологии за съхранение на хладила/топлина - могат да елиминират пики на потреблението, да пикират и запълват долини, да изглаждат колебанията и да работят в съчетание с зарядни колонки, за да намалят въздействието на мощността на зареждането, като по този начин се подобрява използването на оборудването за разпределение на електроенергия.
Технологията за съхранение на енергия за пикиране и регулиране на честотата налага високи изисквания към системите за съхранение на енергия във връзка с капацитет, скорост на отговор, цена, безопасност и плотност на мощност/енергия. Един единствен тип съхранение на енергия не може да удовлетвори тези изисквания, затова е необходимо изследване на хибридни технологии за съхранение на енергия с комплексни предимства.
2.6.2 Технология за подобряване на стабилността и качеството на електроенергията
Технологията за разпределено съхранение на енергия предоставя възможна решение за подобряване на стабилността и качеството на електроенергията на новите системи за разпределение на електроенергия.
Някои учени са предложили метод, който координира системите за съхранение на енергия със стратегии за управление на сетови инвертори, за да позволи на DG да предоставя динамична подкрепа на стабилността на системата. С голямото интегриране на електронни устройства за предаване на енергия, които намаляват инерцията на системата, сетовите инвертори, комбинирани със съхранение на енергия, ще станат важен начин за подобряване на динамичната стабилност на системата.
Освен това, енергийните типове съхранение на енергия - представени от суперкондензатори - имат бърза скорост на отговор и играят ключова роля в подобряването на качеството на електроенергията на системите за разпределение на електроенергия. В момента, големите капацитетни, безопасни и икономични устройства за съхранение на енергия за технологията за разпределено съхранение на енергия все още не са зрели за приложение, без да отговарят напълно на нуждите за пикиране при голямо интегриране на инкрементални потребители.
2.6.3 Технология за микрогрежа
С оглед на координираното управление на различни разпределени ресурси на ниво микрогрежа и приравняването на микрогрежата към източник на напрежение/ток отвън, може да се намали сложността на управлението на стабилността на честотата и напрежението в системите за разпределение на електроенергия.
С оглед на помощта за мощност и оптимизацията на разпределението на ниво кластер на микрогрежи, може да се използват допълващите си характеристики на новата енергия и потребленията в различни региони, за да се решат икономически проблеми като колебания на изхода на DG и разлики между пики и долини.
2.6.4 Динамична стабилност на честотата и напрежението за микрогрежи с нова енергия
Като относително независим и автономен регион, микрогрежите с нова енергия се сблъскват с динамични проблеми на стабилност, подобни на тези на системите за разпределение на електроенергия.
Някои учени са предложили стратегия за управление на виртуален синхронен генератор (VSG). VSG е общоизвестен метод за подобряване на динамичната подкрепа на честотата и напрежението на DG. Неговата основна идея е да се контролират сетовите инвертори, за да симулират външните характеристики (активна мощност-честота и реактивна мощност-напрежение) на синхронните генератори.
Виртуалната инерция и демпфировката на синхронните генератори, симулирани от традиционната VSG технология, обикновено са фиксирани. При различни видове нарушения на мощността, фиксирани параметри на инерцията не могат да отговарят на изискванията за стабилност и бързина на динамичното регулиране на честотата на микрогрежата.
На основата на гореспоменатите разглеждания, някои учени са предложили адаптивна технология за виртуална инерция. Освен това, други учени са предложили обобщена технология за управление на проседание, като подобрят традиционното управление на проседание - включвайки вторичното регулиране на честотата в традиционното управление на проседание, за да се симулират характеристики на инерцията и демпфировката.
2.6.5 Макроуправление на кластери от микрогрежи
Ключови въпроси в управлението и контрола на кластери от микрогрежи включват как да се постигне единно регулиране на множество микрогрежи и как да се реализира помощ за мощност и оптимизирано функциониране.
Някои учени са предложили четириуровнева структура за управление на кластери от микрогрежи, включваща слоя за разпределение на мощност, слоя за кластер на микрогрежи, слоя за микрогрежи и слоя за единици.
Две основни стратегии се използват на слоя за кластер на микрогрежи: управление на главен-подчинен и управление на равни права.
Управлението на главен-подчинен изисква високи комуникации между микрогрежите и оказва значително натиск върху главната контролна единица за регулиране на напрежението и честотата.
Управлението на равни права преодолява тези недостатъци: всяка единица на микрогреж извършва автономно управление на равни права на основа на предварително зададени криви на проседание, без да е необходима комуникация или горна контролна система.
Някои учени са предложили стратегия за управление на хибридни кластери от микрогрежи, състоящи се от AC и DC микрогрежи. Тази стратегия стандартизира активните характеристики на мощност-честота на AC микрогрежите и активните характеристики на мощност-напрежение на DC микрогрежите, за да се получи единен контролен мащаб, позволяващ управление на равни права на хибридни кластери от микрогрежи.
За да се справят с предизвикателствата на реалното време за оптимизация на разпределението на кластери от микрогрежи, някои учени са предложили метод за модел за координирана оптимизация на кластери от микрогрежи, основан на частично наблюдаем процес на Марковско решение (POMDP) в децентрализирана структура. Този метод позволява модел за оптимизация на основа на частично наблюдавана информация дори при слаби комуникации и използва множители на Лагранж, за да се декуплира целевата функция, намалявайки сложността на решението. Това изследване предоставя важни насоки за реализацията на реално време оптимизация на разпределението на кластери от микрогрежи с комплексни променливи и управление на равни права.
3. Технология за взаимодействие между източник и потребител
Гъвкаво използване на потребителите и технология за управление на потребителите
Гъвкавото изпол
