4 Клучни технологии на паметната мрежа за новата системa за енергија: Иновации во распределбените мрежи

1. Истражување и развој на нови материјали и опрема & управување со активи

1.1 Истражување и развој на нови материјали и компоненти

Различни нови материјали служат како директни носачи на енергијата во системите за нова дистрибуција и потрошувачки системи, директно одредувајќи ефикасноста, безопасноста, надежноста и системските трошоци. На пример:

• Нови проводни материјали можат да намалат потрошуването на енергија, решавајќи проблеми како недостиг на енергија и загадување на окружина.

• Адванцирани електромагнетни материјали применети во сензорите на интелигентната мрежа помагаат да се подобри надежноста на операцијата на системот.

• Нови изолативни материјали и структури можат да решијат почестите проблеми со преходни импулси на премногу напон поради интеграцијата на електронската опрема.

• Следбени радиочастотни уреди и електронски уреди на база на трето поколение полупроводни материјали (како галниум нитрид (GaN) и силациум карбида (SiC)) можат да обезбедат техничка поддршка за заштита на енергијата и намалување на потрошуването во комуникациските и електронските полиња.

1.2 Истражување и развој на нова електроопрема и електроустановки

По врска со конкретни нови производи, компаниите развиваат нова електронска опрема—особено софтиверзии на нормално отворена опрема. Контролирајќи активните и реактивни токови на поврзаните линии, овие уреди постигнуваат функции како балансирање на мощноста, подобрување на напонот, пренос на нагузба и ограничување на токот на грешка.

Поминувајќи кроз волна на Енергетскиот Интернет, интеграцијата на нови технологии за реализирање на "функционалност + мониторинг + електронизација + дигитализација + вештачка интелигенција" овозможува на компаниите да се пресметат од нискиот до високиот производство, да се прошируваат од единообразни производи до комплексни решенија, и да се трансформираат од фабрики за производство во иновативни установки. Ова овозможува нисконапонско производство и иновации да допринесат за нискокарбонска, дигитална и одржлива развојна политика.

1.3 Технологија за управување со целокупен жизнен циклус на електроопрема

Новите дистрибутивни и потрошувачки системи вклучуваат широк спектар на нова електроопрема и електроустановки, што прави управувањето со целокупен жизнен циклус и еколошки дизајн на дистрибутивната опрема екстремно важни. Необходимо е да се осигура безбедна работа на сите уреди додека се постигнува икономска ефикасност.

Управувањето со целокупен жизнен циклус вклучува фазата на потреба за набавка, фазата на прифаќање на опремата, фазата на производство и операција, и фазата на декомисија. Во управувањето со активи, треба да се имплементира интегриран дизајн за да се осигура споделување на податоци и оптимизирано управување. Технологии како „Интернет+“ треба да се интегрираат за да се расшират границите на управувањето и да се подобри ефикасноста на управувањето.

2. Дистрибутивна генерација и микрогрид технологија

2.1 Технологија за дистрибутивна генерација на нова енергија

2.1.1 Ефикасна и економична технологија за развој на нова и обновлива енергија

Со напредокот во технологиите за развој на нова енергија, некои обновливи извори на енергија (на пример, ветер и сонце) достигнале високо ниво на применување и сега заемаат доминантна позиција во системите за дистрибуција на енергија. Но, все уште е важно да се развијат нови материјали и интегрирани фотovoltaički панели со пониски трошоци и поефикасни.

Вмеѓутоа, развојот на други извори на енергија—како хидрогенска, геотермална и биомаса—мора да се подобри. Примери вклучуваат технологии за производство, складирање и транспор на хидроген, многустепенска геотермална употреба и биогорива.

Освен тоа, координиран развој на централизирана и дистрибутивна нова енергија може да намали губитоци во преносот, подобри ефикасноста на употребата на нова енергија и подобри способноста на мрежата да ја абсорбира новата енергија, што доведува до подобри социјални и економски предности.

2.2 Планувачка технологија за дистрибутивна енергија

Клучниот момент за решавање на планувањето и оптимизацијата на дистрибутивната енергија е да се сломат барери за информации и координација на диспечерирањето меѓу различни ентитети.

Од техничка гледна точка, по време на планирањето треба да се земат предвид повеќе технички ограничувања, вклучувајќи ниво на напон, ниво на кратко-замкни ток и квалитет на енергија (треперење, хармонии).

Од математичка гледна точка, методите за планирање кои вклучуваат многу-целеви и многу-несигурности комбинаторни оптимизации се многу комплексни. Затоа, многу-целева оптимизација на планирањето која интегрира ресурси и операции е критична.

Освен тоа, треба да се обиде: анализирање и оценување на мрежи за системи со дистрибутивна енергија; истражување на интеграција и оптимално планирање на системите за дистрибуција на енергија и комуникациони мрежи; и развој на модели и симулаторски алатки за комплексна анализа на надежност, ризик и економија.

2.3 Активна поддршка технологија за дистрибутивна генерација на нова енергија

Дистрибутивната генерација (DG) не само треба да приспособува фреквенцијата и напонот во одреден опсег, туку и да суппресира брзите промени на фреквенцијата и напонот.

На момент, некои ученици предложиле „инерцијален-стабилен компензатор“, кој овозможува DG да пружи моментална поддршка на фреквенцијата и напонот кога системот испытува недостиг на моќ. Инерцијалната поддршка на фреквенцијата на DG е квантитативно изразена преку активната моќ која се пружа по време на промени на моќта, што пружа основа за формирање на последователни стандарди за поврзување со мрежата.

2.4 Технологија за прогноза на продукцијата на дистрибутивна генерација на нова енергија

Дистрибутивната генерација на нова енергија карактеризирана е со широка просторна дистрибуција, комплексни микро-метеоролошки карактеристики околу и значителни влијанија од згради и луѓето, што прави предвиђувањето на производството сложно.

Тековните истражувања на дистрибутивната генерација на нова енергија главно се фокусираат на користење на временски прогнози и климатички услови за предвижување на производството, со преуважување на влијанието на природните услови на производството на нова енергија. Недостасуваат размислувања за просторните карактеристики на DG и фактори поврзани со човечките социјални активности.

2.5 Кластерска контролна технологија за дистрибутивна генерација на нова енергија

Дистрибутивната контрола е идеална кластерска контролна метода за DG во системите за дистрибуција на енергија со висока пенетрација на нова енергија.

На момент, истражувањата на кластерската контролна технологија за дистрибутивна генерација на нова енергија сè уште се во зачаточен стадий. Релевантните постигнувања главно се фокусираат на контролата на едниначни генераторски уреди, со мал размислување за координација на стратегии за контрола на повеќе нови генераторски уреди поврзани со системот преку инвертори за поврзување со мрежата.

Клучни проблеми сè уште не се решени: механизмот на небалансирани моќни дистрибуции меѓу повеќе инвертори по време на промени на моќта; интеракцијата на многу-времински контролни стратегии за повеќе инвертори; и недостаток на традиционалната контрола на пропадок (основана на карактеристични криви на активна моќ-фреквенција и реактивна моќ-напон) кога отпорот на линиите за дистрибуција на моќ не е занемарлив, што пречи на DG да учествува во первичната регулација на фреквенцијата и напонот.

2.6 Дистрибутивна технологија за складирање на енергија

Од гледна точка на моќта, статичките и динамичките проблеми на новите системи за дистрибуција на енергија се суштински проблеми на несбалансираност на моќта на различни временски скали:

• На релативно долгата временска скала на пики на нагузба, несбалансираноста на моќта меѓу страната на производство и нагузба доведува до статички проблеми како разлика меѓу пики и долини.

• На релативно кратка временска скала од промени на моќта до активација на первичната регулација на фреквенцијата/напонот, електронската опрема за моќ не располага со роторна инерција на синхронизираните генератори и не може да поддржи системот против несбалансираноста на моќта, што доведува до намалена стабилност на системот и упатен квалитет на енергија.

Дистрибутивната технологија за складирање на енергија пружа можна решение за решавање на статичките и динамичките проблеми причинети од несбалансираноста на моќта на различни временски скали.

2.6.1 Технологија за заострување на пики и регулација на фреквенцијата за складирање на енергија

Енергијата за складирање—представена со дистрибутивни насосни системи, проточни батерији, литиум-ионни батерији и технологии за складирање на хладина/топлина—може да елиминира пики на нагузба, заострува пики и пополнува долини, глади флуктуации и работи во комбинација со заредни колони за намалување на влијанието на моќта на заредување, што подобрува ефикасноста на употребата на опремата за дистрибуција на енергија.

Технологијата за заострување на пики и регулација на фреквенцијата за складирање на енергија има високи барања од системите за складирање на енергија во однос на капацитет, брзина на одговор, трошоци, безопасност и густината на моќ/енергија. Еден тип на складирање на енергија не може да задоволи овие барања, така да е неопходно истражување на хибридни технологии за складирање на енергија со комплексни предности.

2.6.2 Технологија за подобрување на стабилноста и квалитетот на енергијата

Дистрибутивната технологија за складирање на енергија пружа можна решение за подобрување на стабилноста и квалитетот на енергијата на новите системи за дистрибуција на енергија.

Некои ученици предложиле метод кој координира системите за складирање на енергија со контролни стратегии на инверторите за поврзување со мрежата, за да овозможи DG да пружи динамичка поддршка на системот. Со големата интеграција на електронската опрема за моќ, инверторите за поврзување со мрежата вкупно со системите за складирање на енергија стануваат важен начин за подобрување на динамичката стабилност на системот.

Освен тоа, енергијата за складирање—представена со суперкондензатори—карактеризирана е со брз одговор и игра клучна улога во подобрувањето на квалитетот на енергијата на системите за дистрибуција на енергија. На момент, големите капацитети, сигурните и економски ефикасни системи за складирање на енергија за дистрибутивна технологија за складирање на енергија не се зрело применети, што не успеваат да задоволат потребите за заострување на пики на голема интеграција на дополнителни нагузби.

2.6.3 Микрогрид технологија

Земајќи предвид координираната контрола на различни дистрибутивни ресурси на ниво на микрогрид и еквивалентирање на микрогридот на извор на напон/ток сполна, може да се намали комплексноста на контролата на стабилноста на фреквенцијата и напонот во системите за дистрибуција на енергија.

Земајќи предвид помошта на моќта и оптимизацијата на диспечерирањето на ниво на кластер на микрогрид, може да се искористат комплементарните карактеристики на новата енергија и нагузбите во различни региони за решавање на економски проблеми како флуктуации на излезот на DG и разлики меѓу пики и долини.

2.6.4 Технологија за динамичка стабилност на фреквенцијата и напонот за микрогридови на нова енергија

Како релативно независен и автономен регион, микрогридите на нова енергија се соочуваат со динамички проблеми на стабилност слични на оние на системите за дистрибуција на енергија.

Некои ученици предложиле контролна стратегија на виртуелен синхронизиран генератор (VSG). VSG е заедничка контролна метода за подобрување на динамичката поддршка на фреквенцијата и напонот на DG. Неговата основна идеја е да се контролираат инверторите за поврзување со мрежата да симулираат екстерните карактеристики (активна моќ-фреквенција и реактивна моќ-напон) на синхронизираните генератори.

Виртуелната инерција и демпинг на синхронизираните генератори симулирани со традиционалната VSG технологија обично се фиксирани. Под различни типови на прекини на моќта, фиксирани параметри на инерцијата не можат да задоволат барањата за стабилност и брзина на динамичката регулација на фреквенцијата на микрогридот.

На основа на горенаведените размислувања, некои ученици предложиле адаптивна контролна технологија на виртуелна инерција. Освен тоа, други ученици предложиле општествена контролна технологија со подобрување на традиционалната контролна технологија—вклучувајќи вторична регулација на фреквенцијата во традиционалната контролна технологија за да се симулираат карактеристики на инерција и демпинг.

2.6.5 Макро-контролна технологија за кластери на микрогрид

Клучни проблеми во операцијата и контролата на кластери на микрогрид вклучуваат како да се постигне унифицирана регулација на повеќе микрогрид и како да се реализира помош на моќта и оптимизирана операција.

Некои ученици предложиле четири-ниво контролна структура за кластери на микрогрид, вклучувајќи слојот за дистрибуција на моќ, слојот за кластер на микрогрид, слојот за микрогрид и слојот за единица.

Две главни стратегии се користат на слојот за кластер на микрогрид: контрола на мастер-слаб и контрола на пар-пар.

• Контролата на мастер-слаб бара високу комуникација помеѓу микрогридите и поставува голем притисок на главната контролна единица за регулација на напонот и фреквенцијата.

• Контролата на пар-пар го надминува овој недостаток: секоја единица на микрогрид врши автономна контрола на пар-пар на основа на предодредени криви на пропадок, без потреба од комуникација или контрола од горен слој.

Некои ученици предложиле контролна стратегија за хибридни кластери на микрогрид составени од AC и DC микрогрид. Оваа стратегија стандардизира карактеристиките на активната моќ-фреквенција на AC микрогрид и карактеристиките на активната моќ-напон на DC микрогрид за да се добие унифицирана контролна скала, што овозможува контрола на пар-пар на хибридни кластери на микрогрид.

За да се справи со предизвиците на реалното време на оптимизацијата на диспечерирањето за кластери на микрогрид, некои ученици предложиле метод на моделирање за координирана оптимизација на кластери на микрогрид на основа на делумно набљудуван Марковски процес на одлука (POMDP) под децентрализирана структура. Овој метод овозможува моделирање на оптимизација на основа на делумно набљудувани информации, дури и под слаби услови на комуникација, и користи Лагранжеви множители за декуповање на целната функција, што