4 kulcsfontosságú okos hálózati technológia az új energiaszerkezet számára: innovációk a terjesztési hálózatokban

1. Új anyagok és berendezések R&D & Eszközkezelés

1.1 Új anyagok és új alkatrészek R&D-je

A különböző új anyagok közvetlenül hordozzák az energiatranszformációt, az áramátvitelt és a működési irányítást az új típusú elosztási és fogyasztási rendszerekben, így közvetlenül meghatározzák a működési hatékonyságot, biztonságosságát, megbízhatóságát és a rendszer költségeit. Például:

• Az új vezetőanyagok csökkenthetik az energiafogyasztást, megoldva problémákat, mint az energiahiány és a környezetszennyezés.

• A fejlett elektromos mágneses anyagok alkalmazása intelligens hálózati érzékelőkben segítheti a rendszer működésének megbízhatóságának javításában.

• Az új izolálóanyagok és izolációs szerkezetek megoldhatják a gyakrabban előforduló rövid idejű impulzusos túlrameneti problémákat, amelyeket a villamos berendezések integrációja okoz.

• A harmadik generációs szemiconduktrányagok (mint például a nitrogén-gallium (GaN) és a szilícium-karbide (SiC)) alapján fejlesztett következő nemzedék mikrohullám-sugárzási eszközök és villamos berendezések technikai támogatást nyújthatnak az energiafelhasználás csökkentésére a kommunikációs és elektronikai területeken.

1.2 Új villamos berendezések és energiafogyasztási létesítmények R&D-je

A konkrét új termékek tekintetében a vállalatok fejlesztenek új villamos berendezéseket – különösen puha normálisan nyitott kapcsolóeszközöket. Ezek a berendezések a hozzákapcsolt áramvonalakon aktív és reaktív teljesítményáramok irányításával elérhetik a teljesítményegyenleg, a feszültség javítása, a terhelés átadása és a hibajárási korlátozás funkcióit.

Az Energiainternet hulláma során az új technológiák integrálása, hogy "funkció + figyelés + elektronizálás + digitalizálás + mesterséges intelligencia" valósuljon meg, lehetővé teszi a vállalatok számára, hogy a végzetes utánzásból magasabb szintű gyártásba, egyetlen termékből teljes megoldásokba, gyártóüzemből innovációs létesítményekbe áttérjenek. Ez hozzájárul a napszint alatti villamos berendezések gyártásához és innovációhoz, ami a szénmentességhez, a digitalizáláshoz és a fenntartható fejlődéshez.

1.3 Villamos berendezékek teljes életciklusának eszközkezelési technológiája

Az új típusú elosztási és fogyasztási rendszerek számos új villamos berendezést és energiafogyasztási eszközt tartalmaznak, ami nagyon fontos a teljes életciklus kezelésének és az elosztási berendezések ökoszisztémavezetésének. Fontos, hogy minden berendezés biztonságos működését biztosítsuk, ugyanakkor gazdaságias legyen.

A teljes életciklus működtetése és karbantartása lefedi a beszerzési igény fázist, a berendezések elfogadási fázisát, a termelési és üzemeltetési fázist, valamint a kivitelezési fázist. Az eszközkezelésben integrált tervezést kell alkalmazni, hogy adatmegosztást és optimalizált kezelést biztosítsunk. Olyan technológiák, mint az "Internet +", be kell építeni, hogy kiterjedt kezelési környezetet hozzunk létre és javítsunk a kezelési hatékonyságon.

2. Elszórt termelés és mikrohálózat technológia

2.1 Elszórt új energiaforrások technológiája

2.1.1 Hatékony és gazdaságos új energia és megújuló energiafejlesztési technológia

Az új energiaforrások fejlesztési technológiáinak fejlődésével néhány megújuló energiaforrás (pl. szél- és napenergia) magas szintű alkalmazásra került, és domináns helyet foglalt el az elosztási rendszereknél. Ugyanakkor továbbra is fontos, hogy alacsonyabb költséggel és magasabb hatékonysággal rendelkező új anyagokat és integrált fotovoltaikus paneleket fejlesszenek ki.

Ugyanakkor más energiaforrások, mint például a hidrogénenergia, a geotermikus energia és a biosorrészecskes energia további fejlesztésre szorul. Például a hidrogén-termelés-tárolás-szállítás technológiái, a több szintű geotermikus felhasználási technológiák és a bioüzemanyag technológiák.

Ezenkívül a központi és elszórt új energiaforrások koordinált fejlesztése csökkentheti az átvitel veszteségeit, javíthatja az új energiaforrások felhasználási hatékonyságát, és növelheti a hálózat képességét, hogy új energiaforrásokat fogadjon el, ezzel jobb társadalmi és gazdasági előnyöket nyújtva.

2.2 Elszórt energia tervezési technológiája

Az elszórt energia tulajdonjogi tervezésének és optimalizálásának kulcsa abban áll, hogy feloszlassa a különböző entitások közötti információkommunikációs és ütemezési koordinációs akadályokat.

Technikai szempontból a tervezési fázisban több technikai korlátozást is figyelembe kell venni, beleértve a feszültségszintet, a rövidzárlási áramszintet és a minőséget (villa, harmonikus).

Matematikai szempontból a többcélfüggvényű és többbizonytalanságú kombinatorikus optimalizálást megkövetelő tervezési módszerek nagyon összetettek. Ezért fontos a forrásokkal és műveletekkel integrált többcélfüggvényű optimalizálás.

Továbbá oda kell figyelni: a hálózat elemzésére és kiértékelésére elosztott energiával rendelkező rendszerek esetén; a villamos elosztási rendszerek és kommunikációs hálózatok integrálásának és optimális tervezésének kutatására; valamint a komplex megbízhatósági, kockázati és gazdasági elemzés modelljeinek és szimulációs eszközeinek fejlesztésére.

2.3 Aktív támogató technológia elszórt új energiaforrások termeléséhez

Az elszórt termelés (DG) nem csak bizonyos határon belül kell, hogy a frekvenciát és a feszültséget adjusta, de gyors változásokat is el kellene tudnia látni a frekvenciában és a feszültségben.

Jelenleg néhány kutató javasolta az "inercia-rigidity kompenzátort", amely lehetővé teszi, hogy a DG pillanatnyi frekvencia- és feszültség-támogatást nyújtson, ha a rendszer erőforrás-hiányt tapasztal. A DG frekvencia inercia támogatási képességét kvantitatívan fejezik ki a teljesítménylépések során nyújtott aktív teljesítmény kompenzáción keresztül, ezáltal alapját adva a későbbi hálózathoz csatlakoztatási normák kialakításához.

2.4 Elszórt új energiaforrások termelésének előrejelzési technológiája

Az elszórt új energiaforrások termelése széles térbeli eloszlással, összetett környezeti mikroklimatikus jellemzőkkel és jelentős hatással a környezetre, az épületekre és az emberi tevékenységekre, ami kihívást jelent az előrejelzés szempontjából.

Az elszórt új energiaforrások termelésének jelenlegi kutatásai elsősorban időjárás-előrejelzési és klímamutatók használatára koncentrálódnak a termelés előrejelzésére, túlságosan hangsúlyozva a természetes feltételek hatását az új energiaforrások termelésére. Hiányzik a DG térbeli eloszlási jellemzőinek és az emberi társadalmi tevékenységekkel kapcsolatos tényezők figyelembevétele.

2.5 Csoportos irányítási technológia elszórt új energiaforrások termeléséhez

Az elszórt irányítás ideális csoportos irányítási módszer a nagy mértékű új energiaforrásokkal rendelkező villamos elosztási rendszerekben.

Jelenleg az elszórt új energiaforrások termelésének csoportos irányítási technológiájának kutatása még a kezdeti szakaszban van. A releváns eredmények főleg a különálló termelési eszközök irányítására összpontosítanak, kevesebb figyelmet fordítva a hálózathoz csatlakoztatott invertálókkal rendelkező több új energiaforrás termelési eszköz csoportos irányítási stratégiáira.

Fontos kérdések továbbra is megoldatlanok: a több invertáló közötti aránytalan teljesítményeloszlás mechanizmusa teljesítménylépések során; a több invertáló több-időskála-irányítási stratégiák interakciós mechanizmusa; és a hagyományos csökkenő kontroll (aktív teljesítmény-frekvencia és reaktív teljesítmény-feszültség jellemző görbéi alapján) hiányosságai, amikor a villamos elosztási vonalak ellenállása nem hanyagolható, ami megakadályozza a DG részvételét az elsődleges frekvencia- és feszültség-irányításban.

2.6 Elszórt energia tárolási technológia

Erőmű-szempontból, az új típusú villamos elosztási rendszerek statikus és dinamikus problémái lényegében különböző időskálán lévő teljesítményegyenlőtlenségi problémák:

• A viszonylag hosszú időskálán, a csúcsterhelés időszakában a generáló és a terhelési oldal közötti teljesítményegyenlőtlenség statikus problémákat okoz, mint például a csúcs-völgy különbségek.

• A viszonylag rövid időskálán, a teljesítménylépések és az elsődleges frekvencia/voltázs-irányítás aktiválása között a villamos berendezések hiányoznak a szinkron gépek rotor inerciáján, így nem tudják támogatni a rendszert a teljesítményegyenlőtlenség ellen, ami csökkenti a rendszer stabilitását és rombolja a minőséget.

Az elszórt energia tárolási technológia megoldást nyújt a különböző időskálán lévő teljesítményegyenlőtlenségből eredő statikus és dinamikus problémákra.

2.6.1 Energia tárolási csúcsszabályzás és frekvencia-irányítási technológia

Az energia típusú energia tárolás - például az elszórt pumpás tárolás, a folyadekumulátor, a litium-ion akkumulátor és a hideg/meleg tárolási technológiák - kiküszöbölhetik a terhelési csúcsokat, csúcsokat és völgyeket, simítja a fluktuációkat, és együttesen működik a töltő oszlopokkal, hogy enyhítse a töltési teljesítmény hatásait, ezzel javítva a villamos elosztási berendezések felhasználását.

Az energia tárolási csúcsszabályzás és frekvencia-irányítási technológia magas követelményeket támaszt az energia tárolási rendszerekre kapacitás, válaszidő, költség, biztonság és teljesítmény/energia sűrűség szempontjából. Egyetlen energia tárolási típus nem tudja teljesíteni ezeket a követelményeket, ezért szükséges a kiterjedt előnyökkel bíró hibrid energia tárolási technológiák kutatása.

2.6.2 Stabilitás és minőség javítási technológia

Az elszórt energia tárolási technológia megoldást nyújt az új típusú villamos elosztási rendszerek stabilizálására és minőségének javítására.

Néhány kutató javasolta, hogy koordinálják az energia tárolási rendszereket a hálózathoz csatlakoztatott invertáló irányítási stratégiákkal, hogy a DG dinamikus stabilitási támogatást nyújthasson a rendszernek. A villamos berendezések nagy léptékű integrációja miatt a hálózathoz csatlakoztatott invertálók és az energia tárolási rendszerek a rendszer dinamikus stabilitásának javításának fontos módja lesz.

Ezenkívül a teljesítmény típusú energia tárolás - például a szupercapacitorok - gyors válaszidővel rendelkezik, és kulcsszerepet játszik a villamos elosztási rendszerek minőségének javításában. Jelenleg a nagy kapacitású, biztonságos és gazdaságos energia tárolási eszközök elszórt energia tárolási technológiájában nem értek megfelelően alkalmazásra, tehát nem tudják teljesen kielégíteni a nagy léptékű növekedő terhelések csúcsszabályzásának igényeit.

2.6.3 Mikrohálózat technológia

A mikrohálózat szinten különböző elszórt erőforrások koordinált irányításának és a mikrohálózatot külsőleg feszültség/áram-forrásként kezelésének figyelembevétele csökkentheti a villamos elosztási rendszerek frekvencia- és feszültség-stabilitás irányításának összetettségét.

A mikrohálózat csoport szinten a teljesítmény egymás támogatásának és ütemezési optimalizálásának figyelembevétele kihasználhatja a különböző régiókban található új energiaforrások és terhelések komplementer jellemzőit, hogy megoldja a gazdaságos ütemezési problémákat, mint például a DG termelési fluktuációi és a csúcs-völgy különbségek.

2.6.4 Új energia mikrohálózatok frekvencia- és feszültség-dinamikus stabilitási technológia

A relatíve önálló és autonóm régióként, az új energia mikrohálózatok hasonló dinamikus stabilitási problémákkal néznek szembe, mint a villamos elosztási rendszerek.

Néhány kutató javasolta a feszültség-forrás virtuális szinkron gép (VSG) irányítási stratégiát. A VSG a DG dinamikus frekvencia- és feszültség-támogatási képességeinek javításának gyakori irányítási módja. Alapötlete, hogy a hálózathoz csatlakoztatott invertálókat irányítja, hogy szinkron gépek külső jellemzőit (aktív teljesítmény-frekvencia és reaktív teljesítmény-feszültség) szimulálja.

A hagyományos VSG technológiával szimulált szinkron gépek virtuális inerciája és lisszítása általában fix. Különböző típusú teljesítmény zavarok mellett a fix inerciarendszer paraméterei nem felelnek meg a mikrohálózat frekvencia-dinamikus irányításának stabilitás- és gyorsasági követelményeinek.

Fentiek fényében, néhány kutató javasolta az adaptív virtuális inercia-irányítási technológiát. Ezenkívül más kutatók javasolták a generalizált csökkenő irányítási technológiát, a hagyományos csökkenő irányítás fejlesztésével, amely a hagyományos csökkenő irányításba beilleszti a másodlagos frekvencia-irányítást, hogy szimulálja az inercia- és lisszítási jellemzőket.

2.6.5 Mikrohálózat csoport makro-irányítási technológia

A mikrohálózat csoportok működésének és irányításának kulcsfontosságú kérdései, hogyan lehet egységes irányítást elérni a több mikrohálózaton, és hogyan lehet teljesíteni a teljesítmény egymás támogatását és optimalizált működést.

Néhány kutató javasolta a mikrohálózat csoportok négy szintű irányítási struktúráját, beleértve a villamos elosztási szintet, a mikrohálózat csoport szintet, a mikrohálózat szintet és az egység szintet.

Két fő stratégia használható a mikrohálózat csoport szinten: a fő-alsó irányítás és a peer-to-peer irányítás.

• A fő-alsó irányítás magas kommunikációt igényel a mikrohálózatok között, és jelentős terhet ró a fő irányító egységre a feszültség- és frekvencia-irányítás szempontjából.

• A peer-to-peer irányítás orvosolja ezeket a hátrányokat: minden mikrohálózat egység sajátos peer-to-peer irányítást végez előre beállított csökkenő görbék alapján, anélkül, hogy kommunikációra vagy felsőbb szintű irányításra lenne szükség.

Néhány kutató javasolta egy irányítási stratégiát AC és DC mikrohálózatokból álló vegyes mikrohálózat csoportokhoz. Ez a stratégiával standardizálja az AC mikrohálózatok aktív teljesítmény-frekvencia jellemzőit és a DC mikrohálózatok aktív teljesítmény-feszültség jellemzőit, hogy egyetemelt irányítási skálát nyerjen, lehetővé téve a vegyes mikrohálózat csoportok peer-to-peer irányítását.

A mikrohálózat csoportok valós idejű ütemezési optimalizálásának kihívásainak megoldása érdekében, néhány kutató javasolta egy modellezési módszert a mikrohálózat csoportok koordinált optimalizálásához, decentralizált struktúrán alapuló részlegesen megfigyelhető Markov döntési folyamat (POMDP) alapján. Ez a módszer lehetővé teszi az optimalizálási modellezést részlegesen megfigyelhető információk alapján, még a gyenge kommunikációs feltételek mellett, és Lagrange multiplikátorokat használ, hogy decouplálja a célfüggvényt, csökkentve a megoldás összetettségét. Ez a kutatás fontos iránymutatást nyújt a komplex változókkal és peer-to-peer irányítással rendelkező mikrohálózat csoportok valós idejű ütemezési optimalizálásának megvalósításához.

3. Forrás-terhelés interakció techn