4 Key Smart Grid Technologies for the New Power System: Pagbabago sa Mga Distribution Networks

1. Pag-aaral at Pagbuo ng Bagong Mga Materyales at Pagsasakatuparan ng Asset Management

1.1 Pag-aaral at Pagbuo ng Bagong Mga Materyales at Komponente

Ang iba't ibang bagong materyales ay nagsisilbing direkta na carrier para sa energy conversion, power transmission, at operation control sa mga bagong sistema ng power distribution at consumption, na direktang nagpapasya sa operational efficiency, safety, reliability, at system costs. Halimbawa:

• Ang mga bagong conductive materials ay maaaring mabawasan ang paggamit ng enerhiya, na sumosolusyon sa mga isyu tulad ng kawalan ng enerhiya at polusyon sa kapaligiran.

• Ang mga advanced electrical magnetic materials na inilapat sa mga smart grid sensors ay tumutulong sa pagpapabuti ng reliabilidad ng operasyon ng sistema.

• Ang mga bagong insulating materials at insulation structures ay maaaring lutasin ang mas madalas na transient pulse overvoltage problems dahil sa integration ng power electronic equipment.

• Ang mga susunod na microwave radio frequency devices at power electronic devices na binuo batay sa third-generation semiconductor materials (na kinakatawan ng gallium nitride (GaN) at silicon carbide (SiC)) ay maaaring magbigay ng teknikal na suporta para sa energy conservation at consumption reduction sa communication at electronic fields.

1.2 Pag-aaral at Pagbuo ng Bagong Power Equipment at Electricity Consumption Facilities

Sa mga partikular na bagong produkto, ang mga kompanya ay nagbabago ng mga bagong power electronic equipment—lalo na ang soft normally-open switchgear. Sa pamamagitan ng pagkontrol ng active at reactive power flows sa connected feeders, ang mga device na ito ay nakakamit ang mga function tulad ng power balancing, voltage improvement, load transfer, at fault current limitation.

Sa gitna ng alon ng Energy Internet, ang pag-integrate ng mga bagong teknolohiya upang makamit ang "function + monitoring + electronization + digitalization + artificial intelligence" ay nagbibigay-daan sa mga kompanya na lumampas sa low-end imitation patungo sa high-end manufacturing, lumawak mula sa single products patungo sa comprehensive solutions, at magtransform mula sa manufacturing factories patungo sa innovation-driven facilities. Ito ay nagbibigay-daan sa low-voltage electrical equipment manufacturing at innovation na makatugon sa low-carbonization, digitalization, at sustainable development.

1.3 Full-Lifecycle Asset Management Technology para sa Power Equipment

Ang mga bagong sistema ng power distribution at consumption ay may iba't ibang bagong power equipment at electricity consumption devices, kaya ang full-lifecycle management at ecological design ng mga power distribution equipment ay napaka-importante. Kailangan suriin ang safe operation ng lahat ng equipment habang tinatamo ang economic efficiency.

Ang full-lifecycle operation at maintenance ay kumakatawan sa procurement demand phase, equipment acceptance phase, production at operation phase, at decommissioning phase. Sa asset management, dapat ipatupad ang integrated design upang siguruhin ang data sharing at optimized management. Ang mga teknolohiya tulad ng "Internet +" ay dapat i-integrate upang palawakin ang scope ng management at mapabuti ang management efficiency.

2. Distributed Generation at Microgrid Technology

2.1 Distributed New Energy Generation Technology

2.1.1 Efficient and Economical New Energy & Renewable Energy Development Technology

Bilang resulta ng pag-unlad ng mga teknolohiya sa pagbuo ng bagong enerhiya, ang ilang renewable energy sources (hal. wind at solar energy) ay nasa mataas na antas ng aplikasyon at ngayon ay nasa dominant position sa mga sistema ng power distribution. Gayunpaman, mahalaga pa rin ang pagbuo ng bagong materyales at integrated photovoltaic panel technologies na may mas mababang cost at mas mataas na efficiency.

Samantala, ang pag-unlad ng iba pang mga source ng enerhiya—tulad ng hydrogen energy, geothermal energy, at biomass energy—nangangailangan ng mas malaking pagsuporta. Halimbawa, ang mga teknolohiya para sa hydrogen production-storage-transportation, multi-stage geothermal utilization, at biofuel technologies.

Karagdagan pa, ang coordinated development ng centralized at distributed new energy ay maaaring mabawasan ang transmission losses, mapabuti ang efficiency ng paggamit ng new energy, at mapalakas ang kakayahan ng grid na tanggapin ang new energy, na nagbibigay ng mas magandang social at economic benefits.

2.2 Planning Technology para sa Distributed Energy

Ang key para sa pag-solve ng planning at optimization ng ownership ng distributed energy ay nasa pag-break down ng information communication barriers at dispatching coordination barriers sa pagitan ng iba't ibang entities.

Mula sa pananaw ng teknikal, mas maraming technical constraints ang kailangang isaalang-alang sa planning phase, kasama ang voltage level, short-circuit current level, at power quality (flicker, harmonics).

Mula sa pananaw ng mathematical, ang mga planning methods na may multi-objective at multi-uncertainty combinatorial optimization ay napakakompleks. Kaya, ang multi-objective optimization planning na nag-iintegrate ng resources at operations ay napakahalaga.

Karagdagan pa, dapat bigyan ng pansin: ang pag-conduct ng network analysis at evaluation para sa mga sistema na may distributed energy; ang pag-aaral ng integration at optimal planning ng power distribution systems at communication networks; at ang pag-develop ng mga model at simulation tools para sa comprehensive reliability, risk, at economic analysis.

2.3 Active Support Technology para sa Distributed New Energy Generation

Ang distributed generation (DG) ay kailangang hindi lamang i-adjust ang frequency at voltage sa loob ng tiyak na range, kundi maging ang mabilis na pagbabago ng frequency at voltage.

Ngayon, ang ilang mga scholar ay nagpropose ng "inertia-stiffness compensator," na nagbibigay ng instant frequency at voltage support sa DG kapag ang sistema ay may power deficits. Ang frequency inertia support capability ng DG ay quantitatively expressed gamit ang active power compensation na ibinibigay sa panahon ng power step changes, na nagbibigay ng pundamento para sa pag-formulate ng subsequent grid-connection standards.

2.4 Output Prediction Technology para sa Distributed New Energy Generation

Ang distributed new energy generation ay may malawak na spatial distribution, complex surrounding micro-meteorological characteristics, at malaking impact mula sa buildings at human activities, kaya mahirap ang output prediction.

Ang kasalukuyang pag-aaral sa output ng distributed new energy generation ay naka-focus sa paggamit ng weather forecasts at climatic conditions para sa power generation prediction, na may excessive emphasis sa impact ng natural conditions sa output ng new energy. Ito ay kulang sa consideration ng spatial distribution characteristics ng DG at factors na may kaugnayan sa human social activities.

2.5 Cluster Control Technology para sa Distributed New Energy Generation

Ang distributed control ay isang ideal na cluster control method para sa DG sa mga power distribution systems na may mataas na penetration ng new energy.

Kasalukuyan, ang pag-aaral sa cluster control technology para sa distributed new energy generation ay nasa unang yugto pa. Ang mga achievement ay naka-focus sa control ng single power generation devices, na may kaunti lang na consideration sa coordinated control strategies para sa multiple new energy generation devices na konektado sa sistema sa pamamagitan ng grid-connected inverters.

Ang mga key issues na hindi pa nasolusyunan: ang mechanism ng unbalanced power distribution sa pagitan ng multiple inverters sa panahon ng power step changes; ang interaction mechanism ng multi-time-scale control strategies para sa multiple inverters; at ang inadequacy ng traditional droop control (batay sa active power-frequency at reactive power-voltage characteristic curves) kapag ang resistance ng power distribution lines ay hindi maaaring itanggi, na nagpapahinto sa DG na sumali sa primary frequency at voltage regulation.

2.6 Distributed Energy Storage Technology

Mula sa pananaw ng power, ang static at dynamic issues ng mga bagong sistema ng power distribution ay esensyal na power imbalance problems sa iba't ibang time scales:

• Sa mas mahabang time scale ng peak load periods, ang power imbalance sa pagitan ng generation at load sides ay nagdudulot ng static issues tulad ng peak-valley differences.

• Sa mas maikling time scale mula sa power step changes hanggang sa aktibasyon ng primary frequency/voltage regulation, ang power electronic equipment ay walang rotor inertia ng synchronous generators at hindi maaaring suportahan ang sistema laban sa power imbalance, na nagreresulta sa bawas na stability at deteriorated power quality.

Ang distributed energy storage technology ay nagbibigay ng feasible solution upang solusyunan ang static at dynamic issues na dulot ng power imbalance sa iba't ibang time scales.

2.6.1 Peak Shaving at Frequency Regulation Technology para sa Energy Storage

Ang energy-type energy storage—na kinakatawan ng distributed pumped storage, flow batteries, lithium-ion batteries, at cold/heat storage technologies—ay maaaring tanggalin ang load peaks, shave peaks at fill valleys, smooth fluctuations, at gumana kasama ng charging piles upang bawasan ang charging power impacts, na nagpapabuti sa utilization rate ng power distribution equipment.

Ang peak shaving at frequency regulation technology para sa energy storage ay nagbibigay ng mataas na requirements sa energy storage systems sa capacity, response speed, cost, safety, at power/energy density. Ang isang single energy storage type ay hindi maaaring tugunan ang mga requirement na ito, kaya kailangan ng pag-aaral sa hybrid energy storage technologies na may comprehensive advantages.

2.6.2 Stability at Power Quality Enhancement Technology

Ang distributed energy storage technology ay nagbibigay ng feasible solution upang mapabuti ang stability at power quality ng mga bagong sistema ng power distribution.

Ang ilang mga scholar ay nagpropose ng paraan na nag-co-coordinate ng energy storage systems sa grid-connected inverter control strategies upang mabigyan ng dynamic stability support ang sistema ng DG. Sa malaking integrasyon ng power electronic equipment na nagbawas sa system inertia, ang grid-connected inverters na may energy storage ay magiging mahalagang paraan upang mapabuti ang system dynamic stability.

Karagdagan pa, ang power-type energy storage—na kinakatawan ng supercapacitors—ay may mabilis na response capabilities at naglalaro ng mahalagang papel sa pagpapabuti ng power quality ng power distribution systems. Ngunit, ang mga large-capacity, safe, at economical energy storage devices para sa distributed energy storage technology ay hindi pa maturely applied, na hindi pa ganap na nasasagot ang peak shaving needs ng large-scale integration ng incremental loads.

2.6.3 Microgrid Technology

Ang pag-consider ng coordinated control ng iba't ibang distributed resources sa microgrid level at pag-equate ng microgrid bilang isang voltage/current source externally ay maaaring mabawasan ang complexity ng frequency at voltage stability control sa power distribution systems.

Ang pag-consider ng power mutual assistance at dispatch optimization sa microgrid cluster level ay maaaring gamitin ang complementary characteristics ng new energy at loads sa iba't ibang rehiyon upang solusyunan ang mga economic dispatch issues tulad ng DG output fluctuations at peak-valley differences.

2.6.4 Frequency at Voltage Dynamic Stability Technology para sa New Energy Microgrids

Bilang isang relatibong independent at autonomous region, ang new energy microgrids ay kakaharapin ang parehong dynamic stability issues ng power distribution systems.

Ang ilang mga scholar ay nagpropose ng voltage-source virtual synchronous generator (VSG) control strategy. Ang VSG ay isang karaniwang control method upang mapabuti ang dynamic frequency at voltage support capabilities ng DG. Ang core idea nito ay ang pag-control ng grid-connected inverters upang simulan ang external characteristics (active power-frequency at reactive power-voltage) ng synchronous generators.

Ang virtual inertia at damping ng synchronous generators na sinimulan ng traditional VSG technology ay pangkalahatan ay fixed. Sa iba't ibang uri ng power disturbances, ang fixed inertia parameters ay hindi maaaring tugunan ang stability at rapidity requirements ng microgrid frequency dynamic regulation.

Batay sa mga considerasyon na ito, ang ilang mga scholar ay nagpropose ng adaptive virtual inertia control technology. Karagdagan pa, ang iba pang mga scholar ay nagpropose ng generalized droop control technology sa pamamagitan ng pag-improve ng traditional droop control—na nag-a-add ng secondary frequency control sa traditional droop control upang simulan ang inertia at damping characteristics.

2.6.5 Macro-Control Technology para sa Microgrid Clusters

Ang mga key issues sa operation at control ng microgrid clusters ay kung paano makamit ang unified regulation ng multiple microgrids at kung paano makamit ang power mutual assistance at optimized operation.

Ang ilang mga scholar ay nagpropose ng four-level control structure para sa microgrid clusters, kasama ang power distribution layer, microgrid cluster layer, microgrid layer, at unit layer.

Ang dalawang main strategies sa microgrid cluster layer ay ang master-slave control at peer-to-peer control.

• Ang master-slave control ay nangangailangan ng mataas na communication sa pagitan ng microgrids at nagpapabigat sa master control unit para sa voltage at frequency regulation.

• Ang peer-to-peer control ay nagsasagawa ng mga ito: bawat microgrid unit ay gumagawa ng autonomous peer-to-peer control batay sa pre-set droop curves, walang kailangan ng communication o upper-level control.

Ang ilang mga scholar ay nagpropose ng control strategy para sa hybrid microgrid clusters na binubuo ng AC at DC microgrids. Ang strategy na ito ay standardizes ang active power-frequency characteristics ng AC microgrids at ang active power-voltage characteristics ng DC microgrids upang makamit ang unified control scale, na nagbibigay-daan sa peer-to-peer control ng hybrid microgrid clusters.

Upang solusyunan ang mga hamon ng real-time dispatch optimization para sa microgrid clusters, ang ilang mga scholar ay nagpropose ng modeling method para sa coordinated optimization ng microgrid clusters batay sa partially observable Markov decision process (POMDP) sa ilalim ng decentralized structure. Ang method na ito ay nagbibigay-daan sa optimization modeling batay sa partially observed information kahit sa weak communication conditions at gumagamit ng Lagrange multipliers upang decouple ang objective function, na nagbabawas ng solution complexity. Ang research na ito ay nagbibigay ng mahalagang guidance para sa pagkamit ng real-time dispatch optimization ng microgrid clusters na may complex variables at peer-to-peer control.

3. Source-Load Interaction Technology

Flexible Load Utilization at Load Management Technology

Ang flexible load utilization ay isang key link sa future development ng smart energy use at energy conservation, na nagbibigay-daan sa pag-unlad ng isang energy-saving society.

Ang pag-aaral sa flexible load regulation technology ay kinabibilangan ng:

• Pag-classify at pag-model ng flexible loads batay sa kanilang characteristics upang fully tap into load elasticity potential.

• Aktibo na pag-improve ng flexible load mechanisms at pag-advance ng construction ng demonstration projects.

• Paggamit ng intelligent technologies upang gawin ang differentiated analysis ng user behavior at pag-improve ng regulation accuracy.

Ang effective load management ay maaaring mabawasan ang supply-demand imbalance sa new energy systems na dulot ng instability ng new energy at uncertainties sa load side. Kasalukuyan, ang power load management technology ay may mga function tulad ng electricity fee management, power loss management, anti-stealing electricity analysis, at data sharing.

Sa pag-unlad ng data-driven technologies, virtual power plants, at 5G communication, ang power load management systems ay tatagalain nang malaki sa load data prediction, load coordination control technology, at management effectiveness. Ito ay mabibigyang suporta ang coordinated operation ng iba't ibang components (hal. distributed generation, electric vehicles, at energy storage systems) at mapabuti ang rational utilization ng resources.

3.1 Power Flow Calculation Methods Considering Source-Load Uncertainties

Ang power flow calculation ay isang mahalagang foundation para sa power distribution system planning at dispatch operation.

Kasalukuyan, ang ilang mga scholar ay nagpropose ng power flow calculation methods na inaalamin ang uncertainties ng photovoltaic at wind power output. Karagdagan pa, ang iba pang mga scholar ay nagpropose ng power flow calculation methods na inaalamin ang load uncertainties at uncertainties sa load response sa peak shaving demands.

Overall, ang existing research ay malawak na inaalamin ang uncertainties sa iba't ibang links ng source-load interaction at nagpropose ng power flow calculation methods para sa individual uncertainties. Gayunpaman, ang kakaunti na integrated analysis ng multiple uncertainties at kanilang coupling effects ay naglimita sa accuracy ng power flow calculation sa complex new-type power distribution systems.

3.2 Multi-Objective Optimal Dispatch Technology para sa Power Distribution Systems Under Source-Load Interaction Mode

Under the source-load interaction mode, ang dispatch decisions ay malaking nag-aapekto sa safety at reliability ng system operation.

Kasalukuyan, ang ilang mga scholar ay nagpropose ng multi-objective power flow optimization solutions gamit ang second-order cone optimization at particle swarm optimization algorithms. Ang mga solusyon na ito ay gumagamit ng Pareto optimal solution sets upang gawin ang multi-dimensional evaluations ng potential optimal solutions, na nagbibigay-daan sa dispatchers ng mas flexible na decision-making options at nagpapabuti ng realization ng safe, stable, at economical dispatch under the source-load interaction mode.

3.3 Economic Operation Technology sa Power Market Environment

Ang pag-guide ng multiple entities upang sumali sa power market transactions sa pamamagitan ng iba't ibang incentive methods ay isang mahalagang paraan upang mapromote ang source-load interaction. Ang mga specific technical forms ay kasama ang demand response (DR) at virtual power plants (VPPs).

Kasalukuyan, ang relevant research ay naka-focus sa paggamit ng price incentive mechanisms upang stimulahin ang enthusiasm ng users para sa participation. Upang fully tap into at mobilize adjustable resources sa system, ang ilang mga scholar ay nag-conduct ng research sa: overall situational awareness ng source-grid-load; real-time quantitative evaluation ng response capabilities; implementation ng response strategies mula sa group hanggang sa individual; source-grid-load coordinated control technology; at multi-time-scale characteristics ng loads. Ang research na ito ay nagbibigay ng ideas para sa development ng system dynamic power balance technology batay sa demand response.

Ang research sa source-load interaction ay naka-focus sa dalawang aspeto: power flow analysis at optimization technology, at market guidance mechanisms.

Sa aspeto ng power flow analysis at optimization technology, ang existing technologies ay inignore ang spatiotemporal coupling characteristics at temperature correlation characteristics na dulot ng source-load aggregation sa power distribution systems, kaya mahirap mapabuti ang power flow control accuracy ng new-type power distribution systems at makamit ang peak-valley difference smoothing sa maikling time scales.

Sa aspeto ng market guidance mechanisms, ang consideration ng inevitable time delay ng load response, ang demand response ay hindi perpekto ang solusyon sa peak-valley difference problem ng power distribution systems. Kailangan ang integration ng deep flexible load control technology upang makapag-track ang load energy consumption curves ng real-time new energy generation curves, na nagbibigay-daan sa real-time source-load balance, fundamentally solving the peak-valley difference problem, at improving the utilization rate of power distribution equipment.

4. DC Power Distribution Technology

Kasalukuyan, ang research sa DC power distribution technology ay naka-focus sa mga sumusunod na aspeto:

4.1 Voltage Sequence at Standardization

Wala pang unified international standard para sa DC power distribution voltage level sequences.

Ang mga scholar sa lokal at internasyonal ay nagpropose ng iba't ibang DC voltage level sequence selection schemes batay sa mga factor tulad ng power supply capacity, investment costs, DC equipment manufacturing levels, power quality requirements, power distribution economics, at load demand characteristics ng iba't ibang typical power distribution scenarios.

Ang China ay inilathala ang GB/T 35727—2017 Guidelines for Medium and Low Voltage DC Power Distribution Voltages noong Disyembre 2017. Kasalukuyan, ang relevant standards ay naka-focus sa planning ng voltage levels para sa medium at low voltage public DC power distribution systems, subalit kulang pa sa detailed standards para sa DC voltage level sequence planning sa specific scenarios tulad ng communication systems, building power supply, ship power supply, at urban rail transit.

4.2 Fault Protection Technology para sa DC Power Distribution Systems

Ang fault protection technology ay isang key means upang siguruhin ang safe operation ng DC power distribution networks.

Ang paglitaw ng bagong power distribution equipment (kinakatawan ng two-level voltage source converters at modular multilevel converters) at ring network topologies ay malaking nagbago ang fault characteristics ng power distribution networks.

Ang ilang mga scholar ay nagpropose ng protection strategies batay sa current direction comparison, extreme value comparison, direction prediction, at "single-branch real-time memory, multi-branch short-time location," na nag-improve ng speed ng fault type identification at reliability ng fault isolation.

4.3 Coordinated Control at Dispatch Optimization Technology para sa DC Power Distribution Systems

Kasalukuyan, ang voltage control strategies para sa DC power distribution networks ay pangkalahatan ay may tatlong methods: master-slave control, droop control, at voltage margin control.

Batay sa karanasan ng DC power distribution network demonstration projects, ang master-slave control ay ang pinaka-widely used voltage control method para sa DC power distribution networks sa kasalukuyang panahon.

Ang ilang mga scholar ay nagpropose ng improved voltage control strategies, tulad ng DC voltage deviation slope control strategy na nag-combine ng droop control at deviation control. Ang