4 avainta älyverkoteknologiaa uudelle sähköjärjestelmälle: innovaatiot jakeluverkoissa
1. Uusien materiaalien ja laitteiden tutkimus ja kehitys & Laitevarantojen hallinta
1.1 Uusien materiaalien ja komponenttien tutkimus ja kehitys
Eri uudet materiaalit toimivat suoraan energian muunnoksen, sähköntuotannon ja operaatiokontrollin kuljettajina uusissa sähköjakelujärjestelmissä, määrittelemällä suoraan operaation tehokkuuden, turvallisuuden, luotettavuuden ja järjestelmän kustannukset. Esimerkiksi:
Uudet johtavat materiaalit voivat vähentää energiankulutusta, ratkaisemalla ongelmia kuten energiakriisi ja ympäristösaasteet.
Edistyneet sähkömagneettiset materiaalit, jotka käytetään älyverkon antureissa, auttavat parantamaan järjestelmän toiminnan luotettavuutta.
Uudet eristysmateriaalit ja -rakenteet voivat ratkaista useammin esiintyviä tilapulssioversausteita, joita aiheuttavat sähkökoneiden integrointi.
Seuraavan sukupolven mikroaalto- ja radiofrekvenssilaitteet sekä sähkökoneet, jotka kehitetään kolmannen sukupolven puolijohtomateriaaleihin (kuten gaallium nitraatti (GaN) ja kyyneltyppi (SiC)) perustuen, voivat tarjota teknistä tukea energiansäästölle ja kulutuksen vähentämiselle tietoliikenneteollisuudessa ja elektroniikassa.
1.2 Uusien sähkölaitteiden ja sähköntuotantomittarien tutkimus ja kehitys
Erityisesti yritykset kehittävät uusia sähkökoneohjaimia – erityisesti pehmeitä normaalisti avoimia päävirtasuuntimia. Näillä laitteilla voidaan ohjata aktiivisen ja reaktiivisen tehon virrat yhdistettyihin syöttöihin, saavuttaen toimintoja, kuten tehon tasapainottaminen, jänniten parantaminen, kuormituksen siirtäminen ja virhevirtauksen rajoittaminen.
Energiainternetin aallon myötä uusien teknologioiden integrointi mahdollistaa "toiminnon + valvonnan + elektronisoinnin + digitalisaation + tekoälyn" toteuttamisen, mikä antaa yrityksille mahdollisuuden siirtyä alimmasta imitoimisesta korkeampaan valmistukseen, laajentua yksittömistä tuotteista kokonaisvaltaisiin ratkaisuihin ja muuttaa valmistuslaitoksia innovaatiopohjaisiksi laitoksiksi. Tämä mahdollistaa matalajännite-sähkövarusteiden valmistuksen ja innovaation edistämisen matalahyyppisten, digitaalisten ja kestävien kehitysmenetelmien kannalta.
1.3 Sähkölaitteiden koko elinkaaren hallintatekniikka
Uusissa sähköjakelu- ja kulutusjärjestelmissä on monipuolisia uusia sähkölaitteita ja sähköntuotantomittareita, mikä tekee niiden koko elinkaaren hallinnan ja ekologisen suunnittelun erittäin tärkeäksi. On välttämätöntä varmistaa kaikkien laitteiden turvallinen toiminta samalla kun taloudellista tehokkuutta saavutetaan.
Koko elinkaaren operaatio ja huolto kattavat hankintatarpeen vaiheen, laiterakennuksen hyväksymisvaiheen, tuotannon ja toiminnan vaiheen sekä purkamisvaiheen. Varantojen hallinnassa tulisi toteuttaa yhdennetty suunnittelu, jotta data jakautuisi ja hallinto optimoituisi. Teknologioita, kuten "Internet+", pitäisi integroida laajentaaksemme hallinnan soveltamisalaa ja parantaaksemme hallinnon tehokkuutta.
2. Hajaistettu sähköntuotanto ja mikroverkkoteknologia
2.1 Hajaistetun uuden energian tuotantoteknologia
2.1.1 Tehokas ja taloudellinen uusi energia & Uusiutuva energiatekniikan kehitys
Uuden energian kehitysteknologioiden myötä jotkin uusiutuvista energialähteistä (esimerkiksi tuuli- ja aurinkoenergia) ovat saavuttaneet korkean sovellustason ja nyt dominoivat sähköjakelujärjestelmiä. Kuitenkin on edelleen tärkeää kehittää uusia materiaaleja ja integroituja aurinkopaneeliteknologioita, jotka ovat edullisempia ja tehokkaampia.
Samalla on edelleen tärkeää edistää muita energialähteitä, kuten vetyenergiaa, maanalaisia lämpöä ja biokaasua. Esimerkkejä ovat vedyntuotannon, -varastoinnin ja -kuljetuksen tekniikat, useita vaiheita sisältävät maanalaislämpötekniikat ja biojalostustekniikat.
Lisäksi keskitettyjen ja hajaistettujen uusien energiamuotojen koordinoitu kehitys voi vähentää siirtokulutusta, parantaa uuden energian käyttötehokkuutta ja parantaa verkkojen kykyä imeä uutta energiaa, mikä tuottaa parempia sosiaalisia ja taloudellisia etuja.
2.2 Hajaistetun energian suunnittelutekniikka
Avain hajaistetun energian omistajuuden suunnitteluun ja optimointiin on tiedon viestintäesteiden ja priorisoimisen esteiden poistaminen eri osapuolten välillä.
Teknologian näkökulmasta suunnitteluvaiheessa on otettava huomioon enemmän teknisiä rajoitteita, kuten jännite, lyhytkircuitin virta ja sähkölaatu (hiljaisuus, harmoniset).
Matemaattisesti suunnittelumenetelmät, jotka sisältävät monitavoitteisen ja monimuuttujan kombinatorisen optimoinnin, ovat erittäin kompleksisia. Siksi on kriittistä toteuttaa monitavoitteinen optimointisuunnittelu, joka integroi resurssit ja toiminnot.
Lisäksi on kiinnitettävä huomiota: verkon analysointiin ja arviointiin hajaistetulla energialla; sähköjakelujärjestelmien ja viestintäverkkojen integrointiin ja optimaaliseen suunnitteluun; sekä monipuolisen luotettavuuden, riskin ja taloudellisen analyysin mallien ja simulointityökalujen kehittämiseen.
2.3 Aktiivinen tuki hajaistetulle uuden energian tuotannolle
Hajaistettu sähköntuotanto (DG) ei ole vain säätää taajuutta ja jännitteä tietyssä rajoissa, vaan myös hillitä nopeasti muuttuvia taajuutta ja jännitteitä.
Nykyisin jotkut tutkijat ovat ehdottaneet "inertia-stiffness compensator" -mallia, joka mahdollistaa DG:n tarjoaman välittömän taajuuden ja jännite-tukea, kun järjestelmässä on energiavalit. DG:n taajuuden inertiatukikyky ilmaistaan kvantitatiivisesti aktiivisen tehon korvaamana energiavaihtelujen aikana, mikä tarjoaa perustan seuraavien liittymisstandardien laatimiselle.
2.4 Hajaistetun uuden energian tuotannon ennustusteknologia
Hajaistetun uuden energian tuotannon ominaispiirteinä on laaja paikallinen levinneisyys, monimutkaiset ympäristön mikrometeorologiset ominaisuudet ja merkittävä vaikutus rakennuksista ja ihmistoiminnasta, mikä tekee tuotannon ennustamisesta haastavaa.
Nykyinen tutkimus hajaistetun uuden energian tuotannon ennustamisessa keskittyy enimmäkseen sääennusteiden ja ilmastonolojen käyttöön tuotannon ennustamiseen, painottamalla liikaa luonnollisten olosuhteiden vaikutusta uuden energian tuotokseen. Se jättää huomiotta DG:n paikallisen levinneisyyden ja ihmistyötoimien liittyvät tekijät.
2.5 Hajaistetun uuden energian tuotannon klusterin hallintatekniikka
Hajaistettu hallinta on ideaalinen klusterin hallintamenetelmä DG:lle sähköjakelujärjestelmissä, joissa on korkea uuden energian osuus.
Nykyisin tutkimus hajaistetun uuden energian tuotannon klusterin hallintatekniikoista on vielä alussa. Saavutetut tulokset keskittyvät pääasiassa yksittömien tuotantolaitteiden hallintaan, ja ne eivät huomioi paljon koordinoidun hallintastrategian useita uuden energian tuotantolaitteita, jotka on yhdistetty järjestelmään sähkönnäyteiden kautta.
Tärkeät kysymykset ovat vielä ratkaisematta: useiden sähkönnäytteiden välisen epätasapainoisena tehotuotannon mekanismi energiavaihtelujen aikana; useiden aikaskaalastrategioiden vuorovaikutusmekanismi useille sähkönnäyteille; ja perinteisen droop-hallinnan (perustuva aktiivisen tehon-taajuuden ja reaktiivisen tehon-jännite-ominaisuuden käyrään) riittämättömyys, kun sähköjakelulinjan vastus on huomioon otettava, mikä estää DG:n osallistumisen ensimmäiseen taajuuden ja jännite-regulaatioon.
2.6 Hajaistettu energiavarastointitekniikka
Sähköisen näkökulmasta uuden tyyppisten sähköjakelujärjestelmien staattiset ja dynaamiset ongelmat ovat olennaisesti eri aikakaavojen tehotaseen ongelmat:
Pitkällä aikakaavalla huippukulutusaikoina tuotannon ja kulutuksen väliset tehotaseen erot aiheuttavat staattisia ongelmia, kuten huippu- ja laholukuja.
Lyhyellä aikakaavalla energiavaihtelusta ensimmäisen taajuuden/jännite-regulaation aktivoinnin aikana sähkökoneohjaimet eivät ole synkronien generaattoreiden rotorin inertian kanssa, eivätkä pysty tukemaan järjestelmää tehotaseen epätasapainossa, mikä heikentää järjestelmän vakautta ja sähkölaatua.
Hajaistettu energiavarastointitekniikka tarjoaa mahdollisen ratkaisun eri aikakaavojen tehotaseen epätasapainosta aiheutuviin staattisiin ja dynaamisiin ongelmiin.
2.6.1 Energivarastoille huippu- ja taajuusregulaatioteknologia
Energia-energiavarastointi, jota edustavat hajaistetut pompulaitteet, virtavesilaboratoriot, litium-ioniakkut, ja kylmä/lämpövarastoteknologiat, voivat poistaa kulutushuiput, tasata huippuja ja lahoja, suorittaa sähköautojen laturien kanssa yhteistyötä ja lievittää laturien vaikutusta, parantaen siten sähköjakelulaitteiden käyttöasteen.
Energivarastoille huippu- ja taajuusregulaatioteknologia asettaa korkeat vaatimukset energiavarastoihin kapasiteetin, vastausnopeuden, kustannuksen, turvallisuuden ja teho/energiatiheyden suhteen. Yksittäinen energiavarasto ei pysty täyttämään näitä vaatimuksia, joten on tarpeen tutkia hybridien energiavarastojen teknologioita, jotka tarjoavat yhdistettyjä etuja.
2.6.2 Vakauden ja sähkölaadun parantamisteknologia
Hajaistettu energiavarastointitekniikka tarjoaa mahdollisen ratkaisun uuden tyyppisten sähköjakelujärjestelmien vakauden ja sähkölaadun parantamiseksi.
Jotkut tutkijat ovat ehdottaneet menetelmää, jolla energiavarastot ja sähkönnäytteiden liittymisteknologiat koordinoituvat, jotta DG voi tarjota dynaamista tukia järjestelmälle. Kun sähkökoneohjainteollisuuden integrointi vähentää järjestelmän inertian, sähkönnäytteiden ja energiavarastojen yhdistelmä tulee olemaan tärkeä keino parantaa järjestelmän dynaamista vakautta.
Lisäksi tehokas energiavarasto, jota edustavat superkapasitanssit, on erittäin nopea vastaamaan ja pelaamaan keskeisen roolin sähköjakelujärjestelmien sähkölaadun parantamisessa. Nykyisin suuri kapasiteetti, turvalliset ja taloudelliset energiavarastolaitteet hajaistetulle energiavarastointitekniikalle eivät ole vielä kypsästi sovellettavissa, eivätkä täysin täytä huippu- ja laholukujen tasausvaatimuksia suuren lisäkertymän integroinnissa.
2.6.3 Mikroverkkoteknologia
Olettaen erilaisten hajaistettujen resurssien koordinoitun hallinnan mikroverkon tasolla ja mikroverkon ulkopuolella tasapainottavan jännite/virtalähde, voidaan vähentää taajuuden ja jännite-vakauden hallinnan monimutkaisuutta sähköjakelujärjestelmissä.
Olettaen voiman avun ja priorisoinnin mikroverkkoklusterin tasolla, voidaan hyödyntää uuden energian ja kulutuksen komplementaarista luonnetta eri alueilla, jotta voidaan ratkaista taloudelliset priorisointiongelmat, kuten DG:n tuotannon vaihtelut ja huippu- ja laholuvut.
2.6.4 Uuden energian mikroverkkojen taajuuden ja jännite-dynaamisen vakauden teknologia
Suhteellisen itsenäisenä ja autonomisena alueena uuden energian mikroverkot kohtaavat dynaamisia vakausongelmia, jotka ovat samankaltaisia sähköjakelujärjestelmien kanssa.
Jotkut tutkijat ovat ehdottaneet virtalähde-virtuaalisen synkronisen generaattorin (VSG) hallintastrategiaa. VSG on yleinen hallintamenetelmä, jolla parannetaan DG:n dynaamista taajuuden ja jännite-tukea. Sen keskiideana on ohjata sähkönnäytteitä simuloimaan synkronisen generaattorin ulkoiset ominaisuudet (aktiivisen tehon-taajuuden ja reaktiivisen tehon-jännite-ominaisuuden käyrät).
Perinteisen VSG-teknologian simuloimat synkronisen generaattorin virtuaalinen inertian ja dempin on yleensä vakio. Eri tyyppisissä energiavaihteluissa vakioinertiaparametrit eivät pysty täyttämään mikroverkon taajuuden dynaamisen regulaation vakauden ja nopeuden vaatimuksia.
Edellä mainitun huomioon ottaen jotkut tutkijat ovat ehdottaneet adaptiivista virtuaalista inertiahallintatekniikkaa. Lisäksi muut tutkijat ovat ehdottaneet yleistettyä droop-hallintatekniikkaa, parantaen perinteistä droop-hallintaa, sisällyttäen toisen asteen taajuuden regulaation perinteiseen droop-hallintaan, jotta simuloitaisiin inertian ja dempin ominaisuudet.
2.6.5 Mikroverkkoklusterien makro-hallintatekniikka
Mikroverkkoklusterien toiminnan ja hallinnan keskeiset kysymykset ovat, miten saada aikaan useiden mikroverkkien yhdenmukainen regulaatio ja miten saada aikaan voiman avun ja optimaalinen toiminta.
Jotkut tutkijat ovat ehdottaneet neljän tason hallintarakennetta mikroverkkoklusterille, mukaan lukien sähköjakelu, mikroverkkoklusteri, mikroverkko ja yksikkötaso.
Mikroverkkoklusteritasolla käytetään kahden päästrategiaa: päällekkäinen hallinta ja vertikaalinen hallinta.
Päällekkäinen hallinta vaatii korkeaa viestintää mikroverkoissa ja asettaa suuria paineita päähallintayksikölle jännite- ja taajuusregulaation suhteen.
Vertikaalinen hallinta ylittää nämä puutteet: jokainen mikroverkkoyksikkö suorittaa itsenäisen vertikaalisen hallinnan etukäteen asetettujen droop-käyrien pohjalta, ilman viestintää tai ylemmän tason hallintaa.
Jotkut tutkijat ovat ehdottaneet AC- ja DC-mikroverkkoklusterien yhdistelmälle hallintastrategiaa. Tämä strategia standardoi AC-mikroverkkoihin aktiivisen tehon-taajuuden ominaisuudet ja DC-mikroverkkoihin aktiivisen tehon-jännite-ominaisuudet, jotta voidaan saavuttaa yhdenmukainen hallintaskala, mikä mahdollistaa vertikaalisen hallinnan hajaistetuille mikroverkkoklustereille.
Mikroverkkoklusterien reaaliaikaisen priorisoinnin optimoinnin haasteiden ratkaisemiseksi jotkut tutkijat ovat ehdottaneet mikroverkkoklusterien koordinoitua optimointia mallintamiselle osittain havaittavissa Markovin päätösmuodostusprosessissa (POMDP) hajautetussa rakenteessa. Tämä menetelmä mahdollistaa optimointimallinnuksen osittain havaittuun informaatioon, jopa heikossa viestinnässä, ja käyttää Lagrangen kertoimet objektiivifunktion purkamiseen, vähentäen ratkaisun monimutkaisuutta. Tämä tutkimus tarjoaa tärkeää ohjeistusta mikroverkkoklusterien reaaliaikaiseen priorisointiin monimuuttujien ja vertikaalisen hallinnan kanssa.
3. Lähteen ja kuorman vuorovaikutusteknologia
Joustavan kuorman käyttö- ja hallintatekniikka
Joustavan kuorman käyttö on avainlinkki tulevaisuuden älykkään energian käytön ja energiansäästön kehityksessä, joka edistää energiasäästöyhteiskunnan kehitystä.
Joustavan kuorman sääntelytekniikan tutkimus sisältää:
Joustavan kuorman luokittelu ja mallintaminen sen ominaisuuksien perusteella, jotta voidaan täysin hyödyntää kuormituksen joustavuuden potentiaali.
Aktiivinen joustavan kuorman mekanismien parantaminen ja esimerkkiprojektien rakentaminen.
Älykkäiden teknologioiden käyttö käyttäjien käyttäytymisen eriytettyyn analyysiin ja sääntelyn tarkkuuden parantamiseen.
Tehokas kuorman hallinta voi helpottaa uuden energian järjestelmien tarjonta- ja kysyntäepätasapainoa, joka johtuu uuden energian epävakauden ja kuormituksen epävarmuuden aiheuttamista. Nykyisin sähkökuorman hallintatekniikassa on jo toimintoja, kuten sähkömaksujen hallinta, sähkökäytön hallinta, varastoinnin analyysi ja datan jakaminen.
Datan ajastamisen, virtuaalisten sähkölaitosten ja 5G-viestinnän kehittymisen myötä sähkökuorman hallintajärjestelmien tulee huomattavasti parantua kuormituksen ennustamisessa, kuormituksen koordinoitussa hallintatekniikassa ja hallintatehokkuudessa. Tämä tulee vahvasti tukemaan eri komponenttien (esimerkiksi hajaistettu sähköntuotanto, sähköautot ja energiavarastot) koordinoitua toimintaa ja resurssien järkevää käyttöä.
3.1 Voimavirtalaskennan menetelmät, jotka huomioivat lähteen- ja kuorman epävarmuudet
Voimavirtalaskenta on tärkeä
