4 belangrijke slimme netwerktechnologieën voor het nieuwe energie systeem: Innovaties in distributienetten
1. Onderzoek en ontwikkeling van nieuwe materialen en apparatuur & asset management
1.1 Onderzoek en ontwikkeling van nieuwe materialen en componenten
Verschillende nieuwe materialen fungeren als directe dragers voor energieomzetting, elektriciteitsvervoer en bedrijfscontrole in nieuwere distributie- en verbruikssystemen, waardoor de operationele efficiëntie, veiligheid, betrouwbaarheid en systeemkosten bepaald worden. Bijvoorbeeld:
Nieuwe geleidende materialen kunnen energieverbruik verminderen, waarmee problemen zoals energietekort en milieuvervuiling aangepakt kunnen worden.
Geavanceerde elektromagnetische materialen die in slimme grid-sensoren worden toegepast, helpen bij het verbeteren van de betrouwbaarheid van het systeem.
Nieuwe isolatiematerialen en isolatiesystemen kunnen de meer frequente tijdelijke pulsoverspanningen oplossen die veroorzaakt worden door de integratie van elektronische apparatuur.
Volgende-generatie microgolf radiofrequentiemiddelen en krachtige electronische middelen die gebaseerd zijn op derdegeneratie halfgeleidermaterialen (vertegenwoordigd door stikstofstikide (GaN) en koolstofsilicide (SiC)) kunnen technische ondersteuning bieden voor energiebesparing en vermindering van energieverbruik in de communicatie- en elektronica-industrieën.
1.2 Onderzoek en ontwikkeling van nieuwe elektrische apparatuur en elektriciteitsfaciliteiten
Met betrekking tot specifieke nieuwe producten ontwikkelen ondernemingen nieuwe elektronische apparatuur, vooral zachte normaal open schakelapparatuur. Door de actieve en reactieve stroomstromen op aangesloten voeders te controleren, bereiken deze apparaten functies zoals vermogensbalans, spanningverbetering, belastingsoverdracht en beperking van foutstromen.
Tijdens de golf van de Energie-Internet, door nieuwe technologieën te integreren om "functie + monitoring + elektronisering + digitalisering + kunstmatige intelligentie" te realiseren, kunnen ondernemingen overstappen van lage-eind imitatie naar hoge-eind productie, uitbreiden van individuele producten naar geïntegreerde oplossingen, en transformeren van productiefabrieken naar innovatiedreven faciliteiten. Dit stelt laagspannings elektrische apparatuurfabricage en innovatie in staat om bij te dragen aan de verlaagde CO2-uitstoot, digitalisering en duurzame ontwikkeling.
1.3 Full-lifecycle asset management technologie voor elektrische apparatuur
Nieuwere distributie- en verbruikssystemen omvatten een breed scala aan nieuwe elektrische apparatuur en elektriciteitsapparaten, waardoor full-lifecycle management en ecologisch ontwerp van distributieapparatuur uitermate belangrijk zijn. Het is essentieel om de veilige werking van alle apparatuur te waarborgen terwijl economische efficiëntie wordt bereikt.
Full-lifecycle exploitatie en onderhoud bestrijkt de fase van aankoopbehoefte, de fase van acceptatie van apparatuur, de productie- en exploitatiefase, en de decommissie-fase. In asset management moet geïntegreerd ontwerp worden toegepast om gegevensdeling en geoptimaliseerd management te waarborgen. Technologieën zoals "Internet +" moeten worden geïntegreerd om de omvang van het management te vergroten en de efficiëntie van het management te verbeteren.
2. Gedistribueerde generatie en microgrid technologie
2.1 Gedistribueerde nieuwe energie generatie technologie
2.1.1 Efficiënte en economische nieuwe energie & hernieuwbare energie ontwikkelingstechnologie
Met de vorderingen in nieuwe energieontwikkelingstechnologieën hebben sommige hernieuwbare energiebronnen (bijv. wind- en zonne-energie) een hoog niveau van toepassing bereikt en domineren nu in elektriciteitsdistributiesystemen. Het blijft echter cruciaal om nieuwe materialen en geïntegreerde fotovoltaïsche paneeltechnologieën met lagere kosten en hogere efficiëntie te ontwikkelen.
Ondertussen moet de ontwikkeling van andere energiebronnen, zoals waterstofenergie, geothermische energie en biomassa-energie, verder worden bevorderd. Voorbeelden hiervan zijn waterstofproductie-opslag-transporttechnologieën, meervoudige geothermische benuttingstechnologieën en biobrandstoffentechnologieën.
Bovendien kan de gecoördineerde ontwikkeling van centrale en gedistribueerde nieuwe energie transmissieverliezen verminderen, de efficiëntie van de gebruikmaking van nieuwe energie verbeteren en de capaciteit van het netwerk om nieuwe energie op te nemen versterken, waardoor betere sociale en economische voordelen worden geleverd.
2.2 Planningstechnologie voor gedistribueerde energie
De sleutel tot het aanpakken van de planning en optimalisatie van gedistribueerde eigendommen ligt in het doorbreken van informatiecommunicatiebarrières en coördinatiebarrières tussen verschillende entiteiten.
Vanuit technisch oogpunt moeten tijdens de planningsfase meer technische beperkingen worden meegenomen, waaronder spanningniveau, kortsluitstroomniveau en kwaliteit van de elektriciteitsvoorziening (flikkering, harmonischen).
Vanuit wiskundig oogpunt zijn planningsmethoden die multi-objectief en multi-onzekerheid combinatorische optimalisatie omvatten zeer complex. Daarom is multi-objectief optimalisatieplanning die bronnen en operaties integreert cruciaal.
Daarnaast moet aandacht worden besteed aan: het uitvoeren van netwerkanalyse en -evaluatie voor systemen met gedistribueerde energie; het onderzoeken van de integratie en optimale planning van elektriciteitsdistributiesystemen en communicatienetwerken; en het ontwikkelen van modellen en simulatietools voor geïntegreerde betrouwbaarheids-, risico- en economische analyse.
2.3 Actieve ondersteuningstechnologie voor gedistribueerde nieuwe energie generatie
Gedistribueerde generatie (DG) moet niet alleen frequentie en spanning binnen een bepaald bereik aanpassen, maar ook snelle veranderingen in frequentie en spanning onderdrukken.
Momenteel hebben sommige wetenschappers een "inertia-stiffness compensator" voorgesteld, die DG in staat stelt om instantane frequentie- en spanningondersteuning te bieden wanneer het systeem vermogens tekorten ervaart. De frequentie-inertiasteunvermogen van DG wordt kwantitatief uitgedrukt met behulp van de actieve vermogencompensatie die tijdens vermogensstapveranderingen wordt geleverd, wat een basis biedt voor het formuleren van latere grid-aansluitingsnormen.
2.4 Uitvoer voorspellings technologie voor gedistribueerde nieuwe energie generatie
Gedistribueerde nieuwe energie generatie kenmerkt zich door een brede ruimtelijke verspreiding, complexe omringende micro-meteorologische kenmerken en significante invloeden van gebouwen en menselijke activiteiten, waardoor uitvoer voorspellingen uitdagend zijn.
Huidig onderzoek naar de uitvoer van gedistribueerde nieuwe energie generatie richt zich voornamelijk op het gebruik van weersvoorspellingen en klimaatcondities voor energieopwekking voorspellingen, met een te grote nadruk op de invloed van natuurlijke omstandigheden op de uitvoer van nieuwe energie. Het mist overweging van de ruimtelijke verspreidingskenmerken van DG en factoren gerelateerd aan menselijke sociale activiteiten.
2.5 Cluster controle technologie voor gedistribueerde nieuwe energie generatie
Gedistribueerde controle is een ideaal cluster controle methode voor DG in elektriciteitsdistributiesystemen met hoge penetratie van nieuwe energie.
Momenteel is het onderzoek naar cluster controle technologie voor gedistribueerde nieuwe energie generatie nog in de kinderschoenen. Gerelateerde resultaten richten zich voornamelijk op de controle van individuele energieopwekking apparatuur, met weinig aandacht voor geïntegreerde controle strategieën voor meerdere nieuwe energie opwekking apparatuur die via grid-aangesloten inverters met het systeem verbonden zijn.
Belangrijke kwesties blijven onopgelost: het mechanisme van onevenwichtige vermogensverdeling tussen meerdere inverters tijdens vermogensstapveranderingen; het interactiemechanisme van multi-tijdschaal controle strategieën voor meerdere inverters; en de ontoereikendheid van traditionele droop controle (gebaseerd op actieve vermogen-frequentie en reactieve vermogen-spanning karakteristieke krommen) wanneer de weerstand van elektriciteitsdistributielijnen niet te verwaarlozen is, wat DG belet om deel te nemen aan primaire frequentie- en spanningregeling.
2.6 Gedistribueerde energieopslag technologie
Vanuit elektriciteitsperspectief zijn de statische en dynamische problemen van nieuwe elektriciteitsdistributiesystemen in wezen problemen van vermogensonevenwicht op verschillende tijdschalen:
Op de relatief lange tijdschaal van piekbelasting periodes leidt vermogensonevenwicht tussen de generatie- en belastingskant tot statische problemen zoals piek-dalverschillen.
Op de relatief korte tijdschaal van vermogensstapveranderingen tot de activering van primaire frequentie/spanning regeling, mist elektronische apparatuur de rotorinerte van synchrone generatoren en kan het systeem niet ondersteunen tegen vermogensonevenwicht, wat leidt tot verminderde systeemstabiliteit en verergardeerde elektriciteitskwaliteit.
Gedistribueerde energieopslag technologie biedt een haalbare oplossing om de statische en dynamische problemen veroorzaakt door vermogensonevenwicht op verschillende tijdschalen aan te pakken.
2.6.1 Piek afvlakkings- en frequentieregelingstechnologie voor energieopslag
Energie-type energieopslag, vertegenwoordigd door gedistribueerde pompenergie, flow batterijen, lithium-ion batterijen en kou/warmte opslag technologieën, kan belastingspieken elimineren, pieken en dalen afvlakken, fluctuaties gladstellen en in samenhang met laadpalen werken om de impact van laadvermogen te verminderen, waardoor de utiliteitsgraad van elektriciteitsdistributieapparatuur wordt verbeterd.
Piek afvlakkings- en frequentieregelingstechnologie voor energieopslag stelt hoge eisen aan energieopslagsystemen in termen van capaciteit, responsiviteit, kosten, veiligheid en vermogen/energie dichtheid. Een enkel type energieopslag kan deze eisen niet voldoen, dus is onderzoek naar hybride energieopslag technologieën met geïntegreerde voordelen noodzakelijk.
2.6.2 Stabiliteit en elektriciteitskwaliteit verbeteringstechnologie
Gedistribueerde energieopslag technologie biedt een haalbare oplossing om de stabiliteit en elektriciteitskwaliteit van nieuwe elektriciteitsdistributiesystemen te verbeteren.
Sommige wetenschappers hebben een methode voorgesteld die energieopslagsystemen coördineert met grid-aangesloten inverter controle strategieën om DG in staat te stellen dynamische stabiliteitsondersteuning aan het systeem te bieden. Met de grootschalige integratie van elektronische apparatuur die het systeem inertia reduceert, zullen grid-aangesloten inverters in combinatie met energieopslag een belangrijk middel worden om de dynamische stabiliteit van het systeem te versterken.
Bovendien heeft vermogen-type energieopslag, vertegenwoordigd door supercapacitors, snelle responscapaciteit en speelt een cruciale rol bij het verbeteren van de elektriciteitskwaliteit van elektriciteitsdistributiesystemen. Momenteel zijn grote-capaciteit, veilige en economische energieopslagapparatuur voor gedistribueerde energieopslag technologie nog niet volledig toegepast, waardoor de behoefte aan piek afvlakking voor de grootschalige integratie van incrementele belastingen niet volledig wordt voldaan.
2.6.3 Microgrid technologie
Rekening houdend met de geïntegreerde controle van verschillende gedistribueerde bronnen op microgrid-niveau en het beschouwen van de microgrid als een externe spanning/stroombron, kan de complexiteit van de frequentie- en spanning stabiliteitscontrole in elektriciteitsdistributiesystemen worden verminderd.
Rekening houdend met energie wederzijdse ondersteuning en dispatch optimalisatie op microgrid-cluster niveau, kan het complementaire karakter van nieuwe energie en belasting in verschillende regio's worden benut om economische dispatchproblemen zoals DG-uitvoerfluctuaties en piek-dalverschillen aan te pakken.
2.6.4 Frequentie en spanning dynamische stabiliteitstechnologie voor nieuwe energie microgrids
Als een relatief onafhankelijke en autonome regio, staan nieuwe energie microgrids voor vergelijkbare dynamische stabiliteitsproblemen als elektriciteitsdistributiesystemen.
Sommige wetenschappers hebben een spanningsbron virtuele synchrone generator (VSG) controle strategie voorgesteld. VSG is een algemeen gebruikelijke controle methode om de dynamische frequentie- en spanning ondersteuningsvermogens van DG te verbeteren. Het kernidee is om grid-aangesloten inverters te controleren om de externe kenmerken (actief vermogen-frequentie en reactief vermogen-spanning) van synchrone generatoren na te bootsen.
De virtuele inertie en demping van synchrone generatoren gesimuleerd door traditionele VSG technologie zijn doorgaans vast. Onder verschillende soorten vermogensstoornissen kunnen vaste inertieparameters de stabiliteit en snelheidseisen van microgrid frequentie dynamische regeling niet voldoen.
Op basis van bovenstaande overwegingen hebben sommige wetenschappers adaptieve virtuele inertie controle technologie voorgesteld. Bovendien hebben andere wetenschappers generaliseerde droop controle technologie voorgesteld door traditionele droop controle te verbeteren, waarbij secundaire frequentie controle in traditionele droop controle wordt geïncorporeerd om inertie- en dempingseigenschappen na te bootsen.
2.6.5 Macro-controle technologie voor microgrid clusters
Belangrijke kwesties in de exploitatie en controle van microgrid clusters omvatten hoe uniforme regeling van meerdere microgrids te realiseren en hoe energie wederzijdse ondersteuning en geoptimaliseerde exploitatie te realiseren.
Sommige wetenschappers hebben een vierlagen controle structuur voor microgrid clusters voorgesteld, waaronder de elektriciteitsdistributielagen, microgrid cluster lagen, microgrid lagen en eenheids lagen.
Twee hoofdstrategieën worden gebruikt op microgrid cluster lagen: meester-slave controle en peer-to-peer controle.
Meester-slave controle vereist hoge communicatie tussen microgrids en legt aanzienlijke druk op de meester controle eenheid voor spanning- en frequentieregeling.
Peer-to-peer controle overwint deze tekortkomingen: elke microgrid eenheid voert autonome peer-to-peer controle uit op basis van vooraf ingestelde droop krommen, zonder de noodzaak voor communicatie of bovenliggende controle.
Sommige wetenschappers hebben een controle strategie voor hybride microgrid clusters bestaande uit AC- en DC-microgrids voorgesteld. Deze strategie standaardiseert de actieve vermogen-frequentie kenmerken van AC-microgrids en de actieve vermogen-spanning kenmerken van DC-microgrids om een geünificeerde controle schaal te verkrijgen, waardoor peer-to-peer controle van hybride microgrid clusters mogelijk is.
Om de uitdagingen van real-time dispatch optimalisatie voor microgrid clusters aan te pakken, hebben sommige wetenschappers een modelleermethode voorgesteld voor de geïntegreerde optimalisatie van microgrid clusters op basis van een gedeeltelijk observeerbare Markov beslissingsproces (POMDP) in een gedecentraliseerde structuur. Deze methode stelt optimalisatie modellering in op basis van gedeeltelijk waargenomen informatie, zelfs onder zwakke communicatie omstandigheden, en gebruikt Lagrange multipliers om de doelfunctie te decoupleren, waardoor de oplossingscomplexiteit wordt verminderd. Dit onderzoek biedt belangrijke richtlijnen voor het realiseren van real-time dispatch optimalisatie van microgrid clusters met complexe variabelen en peer-to-peer controle.
3. Bron-belasting interactie technologie
Flexibele belastingsbenutting en belastingsmanagement technologie
Flexibele belastingsbenutting is een cruciale schakel in de toekomstige ontwikkeling van slim energiegebruik en energiebesparing, waardoor er bijdraagt aan de ontwikkeling van een energiebesparende samenleving.
Onderzoek naar flexibele belastingsregulatie technologie omvat:
Classificatie en modellering van flexibele belastingen op basis van hun kenmerken om het elastische potentieel van de belasting volledig te benutten.
Actief verbeteren van flexibele belastingsmechanismen en voortgang maken met de bouw van demonstratieprojecten.
Gebruik van intelligente technologieën om gedifferentieerde analyse van gebruikersgedrag uit te voeren en de precisie van regulatie te verbeteren.
Effectief belastingsmanagement kan de vraag-aanbodonevenwichtigheid in nieuwe energie systemen veroorzaakt door de instabiliteit van nieuwe energie en onzekerheden aan de belastingskant verlichten. Momenteel hebben elektriciteitsbelastingsmanagementsystemen al functies zoals elektriciteitskostenbeheer, verliesbeheer, anti-diefstal analyse en datadeling.
Met de ontwikkeling van data-gedreven technologieën, virtuele energiecentrales en 5G-communicatie, zullen elektriciteitsbelastingsmanagementsystemen aanzienlijk worden verbeterd in termen van belastingsdata voorspelling, belastingcoördinatie controle technologie en management effectiviteit. Dit zal sterk ondersteunen bij de geïntegreerde exploitatie van diverse componenten (bijv. gedistribueerde generatie, elektrische voertuigen en energieopslag systemen) en de rationele benutting van middelen verbeteren.
3.1 Stromingsberekeningsmethoden rekening houdend met bron-belasting onzekerheden
Stromingsberekening is een belangrijk fundament voor de planning en dispatch exploitatie van elektriciteitsdistributiesystemen.
Momenteel hebben sommige wetenschappers stromingsberekeningsmethoden voorgesteld die rekening houden met de onzekerheden van fotovoltaïsche- en windenergie uitvoer. Bovendien hebben andere wetenschappers stromingsberekeningsmethoden voorgesteld die rekening houden met belastingsonzekerheden en onzekerheden in belastingsrespons op piek afvlakkingseisen.
Algemeen genomen hebben bestaande studies uitgebreid rekening gehouden met onzekerheden in diverse aspecten van bron-belasting interactie en stromingsberekeningsmethoden voor individuele onzekerheden voorgesteld. Er ontbreekt echter een geïntegreerde analyse van meerdere onzekerheden en hun koppelings effecten, wat de nauwkeurigheid van stromingsberekening in complexe nieuwe elektriciteitsdistributiesystemen beperkt.
3.2 Multi-doel optimale dispatch technologie voor elektriciteitsdistributiesystemen onder bron-belasting interactie mode
Onder de bron-belasting interactie mode hebben dispatch beslissingen een groot effect op de veiligheid en betrouwbaarheid van systeemexploitatie.
Momenteel hebben sommige wetenschappers multi-doel stromings optimalisatie oplossingen voorgesteld met behulp van tweede-orde kegel optimalisatie en partikelswarm optimalisatie algoritmen. Deze oplossingen gebruiken Pareto optimale oplossingssets om multi-dimensionale evaluaties van potentiële optimale oplossingen uit te voeren, waardoor dispatchers meer flexibele beslissingsmogelijkheden krijgen en de realisatie van veilige, stabiele en economische dispatch onder de bron-belasting interactie mode wordt bevorderd.
3.3 Economische exploitatie technologie in de elektriciteitsmarkt omgeving
Het leiden van meerdere entiteiten om deel te nemen aan elektriciteitsmarktransacties via diverse stimuleringsmethoden is een belangrijk middel om bron-belasting interactie te bevorderen. Specifieke technische vormen omvatten demand response (DR) en virtuele energiecentrales (VPPs).
Momenteel richt relevant onderzoek zich op het gebruik van prijsstimuleringsmechanismen om de participatieenthousiasme van gebruikers te stimuleren. Om de aanpasbare middelen in het systeem volledig te benutten en te mobiliseren, hebben sommige wetenschappers onderzoek verricht naar: geïntegreerde situatiewaarheid van bron-grid-belasting; real-time kwantitatieve evaluatie van responscapac
