4 Tecnoloxías Clave de Redes Intelixentes para o Novo Sistema Eléctrico Innovacións nas Redes de Distribución
1. I+D de Novos Materiais e Equipamentos & Xestión de Activos
1.1 I+D de Novos Materiais e Componentes
Varios novos materiais actúan como portadores directos para a conversión de enerxía, a transmisión de enerxía e o control de operación nos sistemas de distribución e consumo de enerxía de nova xeración, determinando directamente a eficiencia operativa, a seguridade, a fiabilidade e os custos do sistema. Por exemplo:
Os novos materiais conductores poden reducir o consumo de enerxía, abordando problemas como a escasez de enerxía e a contaminación ambiental.
Os materiais electromagnéticos avanzados aplicados en sensores de rede intelixente axudan a mellorar a fiabilidade da operación do sistema.
Os novos materiais aislantes e as estruturas de aislamento poden resolver os problemas máis frecuentes de sobretensión transitoria causados pola integración de equipos electrónicos de potencia.
Os dispositivos de radiofrecuencia de microondas e os dispositivos electrónicos de potencia de próxima xeración desenvolvidos baseándose en materiais semiconductores de terceira xeración (representados polo nitrato de galio (GaN) e o carburo de silicio (SiC)) poden proporcionar soporte técnico para a conservación de enerxía e a redución do consumo no campo das comunicacións e electrónica.
1.2 I+D de Novos Equipamentos Eléctricos e Instalacións de Consumo de Enerxía
En termos de produtos específicos, as empresas desenvolven novos equipos electrónicos de potencia, especialmente interruptores de manobra suave. Mediante o control dos fluxos de potencia activa e reactiva nas linhas alimentadas, estes dispositivos logran funcións como o equilibrio de potencia, a mellora da tensión, a transferencia de carga e a limitación da corrente de fallo.
Na onda da Internet da Enerxía, a integración de novas tecnoloxías para realizar "función + monitorización + electrificación + digitalización + intelixencia artificial" permite que as empresas pasen dunha imitación de baixo nivel a unha fabricación de alto nivel, expandirse dende produtos únicos a solucions integrais e transformarse de fábricas de fabricación a instalacións impulsadas pola innovación. Isto permite que a fabricación e innovación de equipos eléctricos de baixa tensión contribuyan á descarbonización, digitalización e desenvolvemento sostenible.
1.3 Tecnoloxía de Xestión de Activos de Ciclo Completo para Equipamentos Eléctricos
Os sistemas de distribución e consumo de enerxía de nova xeración implican unha gran variedade de novos equipos eléctricos e dispositivos de consumo de enerxía, facendo que a xestión de ciclo completo e o deseño ecolóxico dos equipos de distribución sexan extremadamente importantes. É esencial asegurar a operación segura de todo o equipo mentres se logra a eficiencia económica.
A operación e mantemento de ciclo completo cubre a fase de demanda de adquisición, a fase de aceptación de equipos, a fase de produción e operación e a fase de desmantelamento. Na xestión de activos, debe implementarse un deseño integrado para asegurar a compartición de datos e a xestión optimizada. Deberían integrarse tecnoloxías como "Internet +" para ampliar o alcance da xestión e mellorar a eficiencia da xestión.
2. Tecnoloxía de Xeración Distribuída e Microredes
2.1 Tecnoloxía de Xeración de Nova Enerxía Distribuída
2.1.1 Tecnoloxía de Desenvolvemento de Nova Enerxía e Enerxía Renovable Eficiente e Económica
Con avances nas tecnoloxías de desenvolvemento de nova enerxía, algúns recursos de enerxía renovable (por exemplo, a enerxía eólica e solar) xa alcanzaron un alto nivel de aplicación e agora ocupan unha posición dominante nos sistemas de distribución de enerxía. No entanto, é crucial desenvolver novos materiais e tecnoloxías de paneles fotovoltaicos integrados con custos máis baixos e maior eficiencia.
Ao mesmo tempo, o desenvolvemento de outras fontes de enerxía, como a enerxía de hidróxeno, a enerxía geotérmica e a enerxía de biomasa, necesita ser promovido. Exemplos inclúen tecnoloxías de produción, almacenamento e transporte de hidróxeno, tecnoloxías de utilización geotérmica multi-etapa e tecnoloxías de biocombustibles.
Ademais, o desenvolvemento coordinado de nova enerxía centralizada e distribuída pode reducir as perdas de transmisión, mellorar a eficiencia de utilización da nova enerxía e aumentar a capacidade da rede para absorver nova enerxía, entregando así maiores beneficios sociais e económicos.
2.2 Tecnoloxía de Planificación de Enerxía Distribuída
A clave para abordar a planificación e optimización da propiedade de enerxía distribuída está en romper as barreras de comunicación de información e de coordinación de despacho entre diferentes entidades.
Desde un punto de vista técnico, deben considerarse máis restriccións técnicas durante a fase de planificación, incluíndo o nivel de tensión, o nivel de corrente de cortocircuito e a calidade da enerxía (parpadeo, harmónicos).
Desde un punto de vista matemático, os métodos de planificación que implican optimización combinada multiobjetivo e multiincertidume son altamente complexos. Polo tanto, a planificación de optimización multiobjetivo que integra recursos e operacións é crítica.
Ademais, debe prestar atención a: realizar análise e avaliación de redes para sistemas con enerxía distribuída; investigar a integración e planificación óptima de sistemas de distribución de enerxía e redes de comunicación; e desenvolver modelos e ferramentas de simulación para análise integral de confiabilidade, risco e economía.
2.3 Tecnoloxía de Apoio Activo para a Xeración de Nova Enerxía Distribuída
A xeración distribuída (DG) non só debe axustar a frecuencia e a tensión nun determinado rango, senón que tamén debe suprimir cambios rápidos na frecuencia e na tensión.
Actualmente, algúns estudiosos propuxeron un "compensador de inercia-rigidez", que permite á DG proporcionar apoio instantáneo de frecuencia e tensión cando o sistema experimenta déficits de potencia. A capacidade de soporte de inercia de frecuencia da DG exprésase de forma cuantitativa usando a compensación de potencia activa proporcionada durante os cambios de paso de potencia, proporcionando unha base para formular os subsecuentes estándares de conexión á rede.
2.4 Tecnoloxía de Predición de Saída para a Xeración de Nova Enerxía Distribuída
A xeración de nova enerxía distribuída caracterízase por unha amplia distribución espacial, características meteorolóxicas microlóxicas complexas ao redor e un impacto significativo de edificios e actividades humanas, facendo que a predición da saída sexa desafiadora.
A investigación actual sobre a predición da saída da xeración de nova enerxía distribuída centrase principalmente no uso de previsiones meteorolóxicas e condicións climáticas para a predición de xeración, con un exceso de énfase no impacto das condicións naturais na saída de nova enerxía. Falta consideración das características de distribución espacial da DG e factores relacionados coas actividades sociales humanas.
2.5 Tecnoloxía de Control de Clúster para a Xeración de Nova Enerxía Distribuída
O control distribuído é un método ideal de control de clúster para a DG en sistemas de distribución de enerxía con alta penetración de nova enerxía.
Actualmente, a investigación sobre a tecnoloxía de control de clúster para a xeración de nova enerxía distribuída aínda está en pañales. Os logros relevantes centranse principalmente no control de dispositivos individuais de xeración, con poca consideración de estratexias de control coordinado para múltiples dispositivos de xeración de nova enerxía conectados ao sistema mediante inversores de conexión á rede.
Permanecen sinresolución cuestións clave: o mecanismo de distribución desequilibrada de potencia entre múltiples inversores durante os cambios de paso de potencia; o mecanismo de interacción de estratexias de control de múltiples escalas de tempo para múltiples inversores; e a insuficiencia do control de caída tradicional (baseado en curvas de características de frecuencia de potencia activa e tensión de potencia reactiva) cando a resistencia das liñas de distribución de potencia non é negligible, que impide que a DG participe na regulación primaria de frecuencia e tensión.
2.6 Tecnoloxía de Almacenamento de Enerxía Distribuída
Desde un punto de vista de potencia, os problemas estáticos e dinámicos dos sistemas de distribución de nova xeración son esencialmente problemas de desequilibrio de potencia en diferentes escalas de tempo:
Na escala de tempo relativamente longa de períodos de carga pico, o desequilibrio de potencia entre os lados de xeración e carga leva a problemas estáticos como diferenzas de pico-valle.
Na escala de tempo relativamente curta desde os cambios de paso de potencia ata a activación da regulación de frecuencia/voltaxe primaria, o equipamento electrónico de potencia carece da inercia do rotor dos xeradores síncronos e non pode soportar o sistema contra o desequilibrio de potencia, resultando en unha menor estabilidade do sistema e unha peor calidade de potencia.
A tecnoloxía de almacenamento de enerxía distribuída ofrece unha solución factible para abordar os problemas estáticos e dinámicos causados polo desequilibrio de potencia en diferentes escalas de tempo.
2.6.1 Tecnoloxía de Afeita de Picos e Regulación de Frecuencia para o Almacenamento de Enerxía
O almacenamento de enerxía tipo enerxía, representado por almacenamento de bombeo distribuído, baterías de flujo, baterías de ión-litio e tecnoloxías de almacenamento de frío/calor, pode eliminar picos de carga, afeitar picos e rellenar valles, alisar fluctuacións e operar en conjunto con puntos de carga para mitigar o impacto da potencia de carga, mellorando así a taxa de utilización do equipo de distribución de potencia.
A tecnoloxía de afeita de picos e regulación de frecuencia para o almacenamento de enerxía impón altos requisitos aos sistemas de almacenamento de enerxía en términos de capacidade, velocidade de resposta, custo, seguridade e densidade de potencia/enerxía. Un único tipo de almacenamento de enerxía non pode satisfacer estos requisitos, polo que é necesario investigar tecnoloxías de almacenamento híbrido con vantaxes comprehensivas.
2.6.2 Tecnoloxía de Melhoria da Estabilidade e Calidade de Potencia
A tecnoloxía de almacenamento de enerxía distribuída ofrece unha solución factible para mellorar a estabilidade e a calidade de potencia dos sistemas de distribución de nova xeración.
Algunhas persoas propuxeron un método que coordena os sistemas de almacenamento de enerxía con estratexias de control de inversores de conexión á rede para permitir que a DG proporcione soporte de estabilidade dinámica ao sistema. Con a gran integración de equipamento electrónico de potencia reducindo a inercia do sistema, os inversores de conexión á rede combinados con almacenamento de enerxía converteránse nun medio importante para mellorar a estabilidade dinámica do sistema.
Ademais, o almacenamento de enerxía tipo potencia, representado por supercondensadores, presenta capacidades de resposta rápida e desempeña un papel clave na mellora da calidade de potencia dos sistemas de distribución de potencia. Actualmente, os dispositivos de almacenamento de enerxía de gran capacidade, seguros e económicos para a tecnoloxía de almacenamento de enerxía distribuída aínda non están maduramente aplicados, non sendo capaces de satisfacer plenamente as necesidades de afeita de picos da gran integración de cargas incrementais.
2.6.3 Tecnoloxía de Microredes
Considerando o control coordinado de diversos recursos distribuídos a nivel de microrede e equiparando a microrede a unha fonte de voltaxe/corrente externa, pode reducir a complexidade do control de estabilidade de frecuencia e voltaxe nos sistemas de distribución de potencia.
Considerando a axuda de potencia mutua e a optimización de despacho a nivel de clúster de microredes, pode aproveitar as características complementarias de nova enerxía e cargas en diferentes rexións para abordar problemas de despacho económico como as fluctuacións de saída da DG e as diferenzas de pico-valle.
2.6.4 Tecnoloxía de Estabilidade Dinámica de Frecuencia e Voltaxe para Microredes de Nova Enerxía
Como unha rexión relativamente independente e autónoma, as microredes de nova enerxía encaran problemas de estabilidade dinámica similares aos dos sistemas de distribución de potencia.
Algunhas persoas propuxeron unha estratexia de control de xerador síncrono virtual (VSG) de fonte de voltaxe. O VSG é un método común de control para mellorar as capacidades de soporte dinámico de frecuencia e voltaxe da DG. A idea central é controlar os inversores de conexión á rede para simular as características externas (potencia activa-frecuencia e potencia reactiva-voltaxe) dos xeradores síncronos.
A inercia virtual e a amortiguación dos xeradores síncronos simulados pola tecnoloxía VSG tradicional xeralmente son fixas. Baixo diferentes tipos de perturbacións de potencia, os parámetros de inercia fixos non poden satisfacer os requisitos de estabilidade e rapidez da regullación dinámica de frecuencia da microrede.
Basándose nas consideracións anteriores, algunhas persoas propuxeron a tecnoloxía de control de inercia virtual adaptativa. Ademais, outras persoas propuxeron a tecnoloxía de control de caída xeneralizada mellorando o control de caída tradicional, incorporando o control de frecuencia secundario no control de caída tradicional para simular as características de inercia e amortiguación.
2.6.5 Tecnoloxía de Control Macro para Clústeres de Microredes
As cuestións clave na operación e control de clústeres de microredes inclúen cómo lograr unha regulación unificada de múltiples microredes e cómo realizar a axuda de potencia mutua e a operación optimizada.
Algunhas persoas propuxeron unha estrutura de control de catro niveis para clústeres de microredes, incluíndo a capa de distribución de potencia, a capa de clúster de microredes, a capa de microrede e a capa de unidade.
Utilízanse dúas estratexias principais na capa de clúster de microredes: control maestro-esclavo e control peer-to-peer.
O control maestro-esclavo require unha alta comunicación entre microredes e impón unha presión significativa na unidade de control maestro para a regulación de voltaxe e frecuencia.
O control peer-to-peer supera estas desvantaxes: cada unidade de microrede realiza un control peer-to-peer autónomo baseado en curvas de caída predefinidas, sen necesidade de comunicación ou control superior.
Algunhas persoas propuxeron unha estratexia de control para clústeres de microredes híbridas compostas por microredes AC e DC. Esta estratexia estandariza as características de potencia activa-frecuencia das microredes AC e as características de potencia activa-voltaxe das microredes DC para obter unha escala de control unificada, permitindo o control peer-to-peer de clústeres de microredes híbridas.
Para abordar os desafíos da optimización de despacho en tempo real para clústeres de microredes, algunhas persoas propuxeron un método de modelización para a optimización coordenada de clústeres de microredes baseada nun proceso de decisión de Markov parcialmente observable (POMDP) baixo unha estrutura descentralizada. Este método permite a modelización de optimización baseada en información parcialmente observada incluso en condicións de comunicación débiles e usa multiplicadores de Lagrange para decoplar a función obxectivo, reducindo a complexidade da solución. Esta investigación proporciona orientación importante para a realización da optimización de despacho en tempo real de clústeres de microredes con variables complexas e control peer-to-peer.
3. Tecnoloxía de Interacción Carga-Fonte
Tecnoloxía de Utilización Flexible de Cargas e Xestión de Cargas
A utilización flexible de cargas é un elo clave no desenvolvemento futuro do uso inteligente da enerxía e a conservación de enerxía, contribuíndo ao desenvolvemento dunha sociedade de aforro de enerxía.
A investigación sobre a tecnoloxía de regulación de cargas flexibles inclúe:
Clasificar e modelizar cargas flexibles baseándose nas súas características para aproveitar completamente o potencial de elasticidade da carga.
Melorar activamente os mecanismos de carga flexible e avanzar na construción de proxectos demostrativos.
Utilizar tecnoloxías inteligentes para realizar unha análise diferenciada do comportamento do usuario e mellorar a precisión da regulación.
A xestión efectiva de cargas pode aliviar o desequilibrio oferta-demanda nos sistemas de nova enerxía causado pola inestabilidade da nova enerxía e as incertezas no lado da carga. Actualmente, a tecnoloxía de xestión de cargas de potencia xa ten funcións como a xestión de tarifas de electricidade, a xestión de perdas de potencia, a análise de hurto de electricidade e a compartición de datos.
Con o desenvolvemento de tecnoloxías impulsadas por datos, plantas virtuais de potencia e comunicación 5G, os sistemas de xestión de cargas de potencia verán unha meloria significativa en términos de predición de datos de carga, tecnoloxía de control de coordinación de carga e efectividad de xestión. Isto apoiará fortemente a operación coordinada de varios componentes (por exemplo, xeración distribuída, vehículos eléctricos e sistemas de almacenamento de enerxía) e mellorará a utilización racional de recursos.
3.1 Métodos de Cálculo de Fluxo de Potencia Considerando Incertezas de Carga-Fonte
O cálculo de fluxo de potencia é unha base importante para a planificación e a operación de despacho dos sistemas de distribución de potencia.
Actualmente, algunhas persoas propuxeron métodos de cálculo de fluxo de potencia que consideran as incertezas da saída de enerxía fotovoltaica e eólica. Ademais, outras persoas propuxeron métodos de cálculo de fluxo de potencia que consideran as incertezas de carga e as incertezas na resposta de carga ás demandas de afeita de picos.
En xeral, a investigación existente considerou extensivamente as incertezas en varios eloos da interacción carga-fonte e propuxo métodos de cálculo de fluxo de potencia para incertezas individuais. No entanto, falta unha análise integrada de múltiples incertezas e os seus efectos de acoplamento, o que limita a precisión do cálculo de fluxo de potencia en sistemas de distribución de potencia de nova xeración complexos.
3.2 Tecnoloxía de Despacho Óptimo Multiobjetivo para Sistemas de Distribución de Potencia Baixo o Modo de Interacción Carga-Fonte
Baixo o modo de interacción carga-fonte, as decisiones de despacho afectan en gran medida a seguridade e a fiabilidade da operación do sistema.
Actualmente, algunhas persoas propuxeron solucións de optimización de fluxo de potencia multiobjetivo utilizando optimización de cono de segundo orde e algoritmos de optimización de enxame de partículas. Estas solucións usan conxuntos de solucións óptimas de Pareto para realizar evaluacións multidimensionais de posibles solucións óptimas, proporcionando aos despachadores opcións de toma de decisión máis flexibles e facilitando a realización de despacho seguro, estable e económico baixo o modo de interacción carga-fonte.
3.3 Tecnoloxía de Operación Económica no Ambiente de Mercado de Potencia
Orientar múltiples entidades para participar nas transaccións de mercado de potencia a través de varios métodos de incentivo é un medio importante para promover a interacción carga-fonte. As formas técnicas específicas inclúen resposta á demanda (DR) e plantas virtuais de potencia (VPPs).
Actualmente, a investigación relevante centra-se no uso de mecanismos de incentivo de prezo para estimular o entusiasmo dos usuarios para participar. Para aproveitar e mobilizar totalmente os recursos ajustables no sistema, algunhas persoas realizaron investigación sobre: percepción situacional global da fonte-rede-carga; avaliación cuantitativa en tempo real das capacidades de resposta; implementación de estratexias de resposta desde grupo a individuo; tecnoloxía de control coordinado de fonte-rede-carga; e características de múltiples escalas de tempo de cargas. Esta investigación proporciona ideas para o desenvolvemento de tecnoloxía de balance dinámico de potencia do sistema baseado na resposta á demanda.
A investigación sobre a interacción carga-fonte centra-se principalmente en dous aspectos: a tecnoloxía de análise e optimización de fluxo de potencia e os mecan
