4 nøgle intelligente netværksteknologier for det nye strømsystem: Innovationer i distributionsnetværk

1. Udvikling af nye materialer og udstyr & aktivforvaltning

1.1 Udvikling af nye materialer og komponenter

Forskellige nye materialer fungerer som direkte bærende for energiomstilling, strømoverførsel og driftskontrol i nye typers elforsynings- og forbrugssystemer, hvilket direkte bestemmer driftseffektivitet, sikkerhed, pålidelighed og systemomkostninger. For eksempel:

• Nye ledende materialer kan reducere energiforbruget og tackle problemer som energimangel og miljøforurening.

• Avancerede elektriske magnetiske materialer anvendt i smart grid-sensorer hjælper med at forbedre systemets pålidelighed under drift.

• Nye isolerende materialer og isolationsstrukturer kan løse de hyppige problemstillinger med midlertidig puls-overspænding, der skyldes integrationen af power electronics-udstyr.

• Næste generations mikrobølge-radiofrekvensenheder og power electronics-enheder, der er udviklet baseret på tredje generations halvledermaterialer (repræsenteret af galliumnitrid (GaN) og siliciumkarbid (SiC)), kan give teknisk støtte til energibesparelse og nedsat forbrug i kommunikations- og elektronikfeltet.

1.2 Udvikling af nyttigt elkraftudstyr og elforbrugsanlæg

Med hensyn til specifikke nye produkter, udvikler virksomheder nyttigt power electronics-udstyr, især bløde normalt åbne skifter. Ved at kontrollere den aktive og reaktive effektflyd på forbundne feedere, opnår disse enheder funktioner som effektbalancering, spændingsforbedring, belastningsoverførsel og begrænsning af fejlstrøm.

I forbindelse med bølgen af Energy Internet, gør integration af nye teknologier det muligt at realisere "funktion + overvågning + digitalisering + data + kunstig intelligens", hvilket giver virksomheder mulighed for at bevæge sig fra lavt-niveau efterligning til højt-niveau produktion, udvide fra enkeltprodukter til samlede løsninger, og transformere fra produktionsfabrikker til innovationsdrevne anlæg. Dette tillader lavspændings elektrisk udstyr produktion og innovation at bidrage til nedbringelsen af kulstof, digitalisering og bæredygtig udvikling.

1.3 Fuld-livscyklus aktivforvaltnings teknologi for elkraftudstyr

Nye typers elforsynings- og forbrugssystemer involverer et bredt udvalg af nyttigt elkraftudstyr og elforbrugsanlæg, hvilket gør fuld-livscyklus forvaltning og økologisk design af elforsyningsudstyr yderst vigtigt. Det er afgørende at sikre sikkert drift af alt udstyr, mens man opnår økonomisk effektivitet.

Fuld-livscyklus drift og vedligeholdelse dækker indkøbsbehovsfase, udstyrsgodkendelsesfase, produktion og driftsfase, samt afskaffelsesfase. I aktivforvaltning skal integreret design implementeres for at sikre datadeling og optimal forvaltning. Teknologier som "Internet +" bør integreres for at udvide forvaltningsområdet og forbedre forvaltningseffektiviteten.

2. Distribueret generation og mikrogrid teknologi

2.1Distribueret ny energi genererings teknologi

2.1.1 Effektiv og økonomisk ny energi & fornybar energi udviklings teknologi

Med fremskridt i ny energi udviklings teknologier, har nogle fornybare energikilder (f.eks. vind- og solenergi) nået et højt niveau af anvendelse og optager nu en dominerende position i elforsynings-systemer. Dog er det stadig afgørende at udvikle nye materialer og integrerede fotovoltaiske paneleteknologier med lavere omkostninger og højere effektivitet.

Samtidig skal udviklingen af andre energikilder - såsom brintenergi, geotermisk energi og biomasseenergi - videre fremmes. Eksempler herpå inkluderer brintproduktion-lagering-transport teknologier, flerledig geotermisk udnyttelse teknologier og biobrændsel teknologier.

Ydermere kan koordineret udvikling af centraliseret og distribueret ny energi reducere transmissions tab, forbedre ny energi udnyttelseseffektivitet og forhøje nettets evne til at absorbere ny energi, hvilket resulterer i bedre sociale og økonomiske fordele.

2.2 Planlægnings teknologi for distribueret energi

Kernen i at håndtere planlægning og optimering af distribueret energiejer ligger i at nedbryde informationsoverførsels barrierer og koordinerings barrierer mellem forskellige entiteter.

Fra et teknisk perspektiv, skal flere tekniske begrænsninger tages i betragtning under planlægningsfasen, herunder spændingsniveau, kortslutningsstrømniveau og strømkvalitet (blink, harmonier).

Fra et matematisk perspektiv, er planlægningsmetoder, der involverer multiobjektiv og multi-usikkerhed kombinatorisk optimering, meget komplekse. Derfor er multiobjektiv optimeringsplanlægning, der integrerer ressourcer og operationer, kritisk.

Desuden bør der lægges vægt på: at foretage netværksanalyse og evaluering af systemer med distribueret energi; at undersøge integration og optimal planlægning af elforsyningsnetværk og kommunikationsnetværk; og at udvikle modeller og simuleringsværktøjer til samlet pålidelighed, risiko- og økonomisk analyse.

2.3 Aktiv understøttelses teknologi for distribueret ny energi generering

Distribueret generering (DG) skal ikke kun justere frekvens og spænding inden for et bestemt interval, men også undertrykke hurtige ændringer i frekvens og spænding.

I øjeblikket har nogle forskere foreslået en "inerti-stivhed kompensator," som giver DG mulighed for at give øjeblikkelig frekvens- og spændingsunderstøttelse, når systemet oplever effektunderskud. Frekvens inerti understøttelsesevnen af DG udtrykkes kvantitativt ved den aktive effektkompensation, der gives under effekttrinsændringer, hvilket giver grundlag for at formulere senere nettilslutningsstandarder.

2.4 Output forudsigelses teknologi for distribueret ny energi generering

Distribueret ny energi generering har bred rumlig distribution, komplekse omgivende mikrometeorologiske karakteristika, og store indvirkninger fra bygninger og menneskelige aktiviteter, hvilket gør output forudsigelse udfordrende.

Den nuværende forskning på distribueret ny energi generering output fokuserer hovedsageligt på at bruge vejrforkastelser og klimatiske forhold til effektgenererings forudsigelser, med for stor vægt på indvirkningen af naturlige forhold på ny energi output. Den mangler overvejelser om DG's rumlige distributions karakteristika og faktorer relateret til menneskelige samfundsmæssige aktiviteter.

2.5 Klynge kontrol teknologi for distribueret ny energi generering

Distribueret kontrol er en ideel klynge kontrol metode for DG i elforsynings-systemer med højt ny energi indslag.

I øjeblikket er forskningen på klynge kontrol teknologi for distribueret ny energi generering stadig i sin spæde børnhood. Relevante resultater fokuserer hovedsageligt på kontrol af enkelt effektgenererings enheder, med lidt overvejelse af koordineret kontrol strategier for flere nye energi genererings enheder forbundet til systemet via nettilsluttede invertorer.

Nøgleproblemer er stadig uløste: mekanismen bag ubalanceret effektfordeling mellem flere invertorer under effekttrinsændringer; interaktion mekanisme for fler-tidskalakontrol strategier for flere invertorer; og utilstrækkeligheden af traditionel droop kontrol (baseret på aktiv effekt-frekvens og reaktiv effekt-spændings karakteristik kurver), når resistansen af elforsyningslinjer er ikke-fornekligelig, hvilket forhindrer DG i at deltage i primær frekvens- og spændings regulering.

2.6 Distribueret energilagring teknologi

Fra et strøm perspektiv er de statiske og dynamiske problemer i nye typer elforsynings-systemer i grunden effektubalancer på forskellige tidsintervaller:

• På det relativt lange tidsinterval af topbelastningsperioder, fører effektubalance mellem genererings- og lastside til statiske problemer som top-dale forskelle.

• På det relativt korte tidsinterval fra effekttrinsændringer til aktivering af primær frekvens/spændings regulering, mangler power electronics-udstyr roterens inertie fra synchrone generatorer, og kan ikke støtte systemet mod effektubalance, hvilket resulterer i reduceret system stabilitet og forringet strømkvalitet.

Distribueret energilagring teknologi giver en mulig løsning på de statiske og dynamiske problemer, der skyldes effektubalancer på forskellige tidsintervaller.

2.6.1 Energilagrings top shaving og frekvens regulering teknologi

Energi type energilagring - repræsenteret af distribueret pumpe lagring, flow batterier, lithium-ion batterier, og kolde/varme lagring teknologier - kan eliminere belastnings toppe, shave toppe og fylde dale, glatte variationer, og operere sammen med opladnings pile for at mildne opladnings effekt indvirkninger, hvilket forbedrer udnyttelsesgraden af elforsyningsudstyr.

Top shaving og frekvens regulering teknologi for energilagring stiller høje krav til energilagrings systemer i form af kapacitet, respons tid, omkostninger, sikkerhed, og effekt/energi tæthed. En enkelt energilagring type kan ikke opfylde disse krav, så forskning på hybrid energilagring teknologier med samlede fordele er nødvendig.

2.6.2 Stabilitet og strømkvalitet forbedring teknologi

Distribueret energilagring teknologi giver en mulig løsning til at forbedre stabilitet og strømkvalitet i nye typer elforsynings-systemer.

Nogle forskere har foreslået en metode, der koordinerer energilagrings systemer med nettilsluttet inverter kontrol strategier, for at give DG mulighed for at give dynamisk stabil understøttelse til systemet. Med den store integration af power electronics-udstyr, der reducerer system inertie, vil nettilsluttet inverter kombineret med energilagring blive en vigtig metode til at forbedre systemets dynamiske stabilitet.

Desuden har strøm type energilagring - repræsenteret af superkondensatorer - hurtige respons egenskaber og spiller en nøglerolle i at forbedre strømkvaliteten i elforsynings-systemer. I øjeblikket er større kapacitet, sikker og økonomisk energilagrings enheder for distribueret energilagring teknologi endnu ikke moden anvendt, og kan ikke fuldt ud opfylde top shaving behov for stor integration af inkrementelle laster.

2.6.3 Mikrogrid teknologi

Ved at overveje koordineret kontrol af forskellige distribueret ressourcer på mikrogrid niveau og betragte mikrogrid som en spændings/strom kilde udenfor, kan kompleksiteten af frekvens- og spændings stabilitets kontrol i elforsynings-systemer reduceres.

Ved at overveje strøm gensidig hjælp og dispatch optimering på mikrogrid klynge niveau, kan man udnytte de komplementære egenskaber af ny energi og laster i forskellige regioner for at tackle økonomiske dispatch problemer som DG output variationer og top-dale forskelle.

2.6.4 Frekvens og spændings dynamisk stabil teknologi for ny energi mikrogrids

Som en relativt selvstændig og autonom region, står ny energi mikrogrids over for dynamiske stabilitets problemer, der ligner dem i elforsynings-systemer.

Nogle forskere har foreslået en spændings kilde virtuel synkron generator (VSG) kontrol strategi. VSG er en almindelig kontrol metode til at forbedre DG's dynamiske frekvens- og spændings understøttelsesevner. Dens kerne idé er at kontrollere nettilsluttet invertorer for at simulere synkrone generatorers eksterne karakteristika (aktiv effekt-frekvens og reaktiv effekt-spænding).

Den virtuelle inertie og demping, der simuleres af traditionel VSG teknologi, er generelt fast. Under forskellige typer effekt forstyrrelser, kan faste inertie parametre ikke opfylde stabilitets- og hastigheds kravene for mikrogrids frekvens dynamisk regulering.

Baseret på ovenstående overvejelser, har nogle forskere foreslået adaptiv virtuel inertie kontrol teknologi. Desuden har andre forskere foreslået generaliseret droop kontrol teknologi ved at forbedre traditionel droop kontrol - ved at indarbejde sekundær frekvens kontrol i traditionel droop kontrol for at simulere inertie- og demping karakteristika.

2.6.5 Makro kontrol teknologi for mikrogrid klummer

Nøgleproblemer i drift og kontrol af mikrogrid klummer inkluderer, hvordan man kan opnå enificeret regulering af flere mikrogrids, og hvordan man kan realisere strøm gensidig hjælp og optimeret drift.

Nogle forskere har foreslået en fire-niveauer kontrol struktur for mikrogrid klummer, herunder elforsynings lag, mikrogrid klynge lag, mikrogrid lag, og enhed lag.

To hoved strategier anvendes på mikrogrid klynge lag: master-slave kontrol og peer-to-peer kontrol.

• Master-slave kontrol kræver højt kommunikation mellem mikrogrids og pålægger betydelig pres på master kontrol enheden for spændings- og frekvens regulering.

• Peer-to-peer kontrol overkommer disse svagheder: hver mikrogrid enhed udfører autonom peer-to-peer kontrol baseret på foruddefinerede droop kurver, uden behov for kommunikation eller øverste kontrol.

Nogle forskere har foreslået en kontrol strategi for hybrid mikrogrid klummer sammensat af AC og DC mikrogrids. Denne strategi standardiserer de aktive effekt-frekvens karakteristika for AC mikrogrids og de aktive effekt-spændings karakteristika for DC mikrogrids for at opnå en enefied kontrol skala, der gør det muligt at udføre peer-to-peer kontrol af hybrid mikrogrid klummer.

For at tackle udfordringerne med real-time dispatch optimering for mikrogrid klummer, har nogle forskere foreslået en modelerings metode for koordineret optimering af mikrogrid klummer baseret på delvis observerbar Markov beslutnings process (POMDP) under en decentraliseret struktur. Denne metode gør det muligt at foretage optimerings modelering baseret på delvis observeret information, selv under svage kommunikations forhold, og bruger Lagrange multiplikatorer til at decouplere målfunktions, hvilket reducerer løsnings kompleksitet. Denne forskning giver vigtig vejledning for at realisere real-time dispatch optimering af mikrogrid klummer med komplekse variabler og peer-to-peer kontrol.

3. Kilde-last interaktion teknologi

Flexibel last udnyttelse og lastforvaltnings teknologi

Flexibel last udnyttelse er et nøgleled i fremtidig udvikling af smart energi brug og energibesparelse, som bidrager til udviklingen af en energibesparende samfund.

Forskning på flexibel last regulering teknologi inkluderer:

• Klassificering og modellering af flexible laster baseret på deres karakteristika for at fuldt ud udnytte last elasticitets potential.

• Aktiv forbedring af flexible last mekanismer og fremme af demonstration projekters konstruktion.

• Brug af intelligente teknologier til at foretage differentieret analyse af brugeradfærd og forbedre regulering præcision.

Effektiv lastforvaltning kan lette efterspørgsels-tilbudsbalance i nye energisystemer, som skyldes usikkerheden i ny energi og usikkerheden på last side. I øjeblikket har strøm lastforvaltnings teknologi allerede funktioner som strømregning forvaltning, strømtab forvaltning, antityveri analyse, og data deling.

Med udviklingen af data-driven teknologier, virtuelle kraftværker, og 5G kommunikation, vil strøm lastforvaltnings systemer blive betydeligt forbedret i forhold til last data forudsigelse, last koordineret kontrol teknologi, og forvaltnings effektivitet. Dette vil stærkt støtte koordineret drift af forskellige komponenter (f.eks. distribueret generation, elbiler, og energilagrings systemer) og forbedre den rationelle ressourceudnyttelse.

3.1 Strømflade beregnings metoder, der tager hensyn til kilde-last usikkerheder

Strømflade beregning er en vigtig grundlæggende for elforsynings-system planlægning og dispatch drift.

I øjeblikket har nogle forskere foreslået strømflade beregnings metoder, der tager hensyn til usikkerheder i fotovoltaiske- og vindkraft output. Desuden har andre forskere foreslået strømflade beregnings metoder, der tager hensyn til last usikkerheder og usikkerheder i last respons til top shaving behov.

Generelt har eksisterende forskning omfattende taget hensyn til usikkerheder i forskellige led af kilde-last interaktion og foreslået strømflade beregnings metoder for individuelle usikkerheder. Dog mangler der en integreret analyse af flere usikkerheder og deres koblinger, hvilket begrænser strømflade beregnings præcision i komplekse nye typer elforsynings-systemer.

3.2 Multiobjektiv optimal dispatch teknologi for elforsynings-systemer under kilde-last interaktion mode

Under kilde-last interaktion mode, påvirker dispatch beslutninger i høj grad systemdriftens sikkerhed og pålidelighed.

I øjeblikket har nogle forskere foreslået multiobjektiv strømflade optimerings løsninger ved hjælp af anden orden kegle optimering og partikel sværm optimering algoritmer. Disse løsninger bruger Pareto optimale løsnings sæt til at foretage multidimensionelle vurderinger af potentielle optimale løsninger, der giver dispatchere mere fleksible beslutningsmuligheder og faciliterer realiseringen af sikker, stabil, og økonomisk dispatch under kilde-last interaktion mode.

3.3 Økonomisk drift teknologi i strøm marked miljø

At guide flere enheder til at deltage i strøm marked transaktioner gennem forskellige incitaments metoder er en vigtig måde at fremme kilde-last interaktion. Specifikke tekniske former inkluderer efterspørgsels respons (DR) og virtuelle kraftværker (VPPs).

I øjeblikket fokuserer relevant forskning på at bruge pris incitaments mekanismer til at stimulere brugernes engagement. For at fuldt ud udnytte og mobilisere justerbare ressourcer i systemet, har nogle forskere foretaget forskning på: overordnet situationsoverlevelse af kilde-net-last; realtid kvantitativ vurdering af respons kapaciteter; implementering af respons strategier fra gruppe til individ; kilde-net-last koordineret kontrol teknologi; og fler tidskalakarakteristika af laster. Denne forskning giver ideer til udviklingen af system dynamisk effekt balance teknologi baseret på efterspørgsels respons.

Forskning på kilde-last interaktion fokuserer hovedsageligt på to aspekter: strømflade analyse og optimering teknologi, og marked guider mekanismer.

I forhold til strømflade analyse og optimering teknologi, ignorerer eksisterende teknologier rumligt-temporale koblings karakteristika og temperatur korrelation karakterist