4 ključne tehnologije pametne mreže za novi električni sistem Inovacije u distribucijskim mrežama

1. Istraživanje i razvoj novih materijala i opreme & Upravljanje imovinom

1.1 Istraživanje i razvoj novih materijala i komponenti

Razni novi materijali služe kao direktni nosači za pretvorbu energije, prenos struje i operativno upravljanje u novim sistemima raspodele i potrošnje električne energije, direktno određujući efikasnost rada, sigurnost, pouzdanost i troškove sistema. Na primer:

• Novi vodljivi materijali mogu smanjiti potrošnju energije, rešavajući probleme kao što su nedostatak energije i zagađenje životne sredine.

• Napredni elektromagnetni materijali primenjeni u senzorima pametnih mreža pomažu u poboljšanju pouzdanosti rada sistema.

• Novi izolacioni materijali i izolacione strukture mogu rešiti češće pojavljujuće se probleme privremene impulsne preko napona uzrokovanog integracijom elektronske opreme.

• Sljedeće generacije mikrovalnih radiofrekvencijskih uređaja i elektronske opreme razvijene na osnovu materijala treće generacije (predstavljena gajus nitridom (GaN) i kremnom karbidom (SiC)) mogu pružiti tehničku podršku za štednju energije i smanjenje potrošnje u oblastima komunikacija i elektronika.

1.2 Istraživanje i razvoj nove električne opreme i uređaja za potrošnju električne energije

U pogledu specifičnih novih proizvoda, preduzeća razvijaju novu elektronsku opremu—posebno mehano-elektronička sklopna oprema. Kroz kontrolu aktivnih i reaktivnih tokova na povezanim feederima, ovi uređaji ostvaruju funkcije poput balansiranja snage, poboljšanja napona, prebacivanja opterećenja i ograničenja toka greške.

U valu Energetske internete, integrisanje novih tehnologija kako bi se realizovalo "funkcija + nadzor + elektronizacija + digitalizacija + umetna inteligencija" omogućava preduzećima da pređu sa niskokvalitetne imitacije na visokokvalitetnu proizvodnju, proširuju se sa pojedinačnih proizvoda na kompleksne rešenja i transformišu se sa proizvodnih fabrika u inovativne objekte. To omogućava proizvodnji i inovaciji niskonaponske električne opreme da doprinesu dekarbonizaciji, digitalizaciji i održivom razvoju.

1.3 Tehnologija upravljanja ciklusom života električne opreme

Novi sistemi raspodele i potrošnje električne energije uključuju veliki broj nove električne opreme i uređaja za potrošnju električne energije, što čini upravljanje ciklusom života i ekološki dizajn opreme za raspodelu električne energije izuzetno važnim. Važno je osigurati siguran rad sve opreme dok se istovremeno postiže ekonomičnost.

Operativno održavanje tijekom ciklusa života pokriva faze zahteva za nabavkom, prihvatanjem opreme, proizvodnjom i operativnim radom, kao i fazu isključivanja. U upravljanju imovinom treba implementirati integralni dizajn kako bi se osiguralo deljenje podataka i optimizovano upravljanje. Treba integrirati tehnologije poput "Internet +" kako bi se proširio opseg upravljanja i poboljšala efikasnost upravljanja.

2. Distribuirana proizvodnja i mikromreža

2.1 Tehnologija distribuirane proizvodnje novih izvora energije

2.1.1 Efikasna i ekonomična tehnologija razvoja novih i obnovljivih izvora energije

Sa napretkom tehnologija razvoja novih izvora energije, neki obnovljivi izvori energije (npr. vjetar i sunce) dostigli su visoku razinu primene i sada zauzimaju dominantnu poziciju u sistemima raspodele električne energije. Međutim, i dalje je ključno razvijati nove materijale i integrisane fotovoltaične panele s nižim troškovima i većom efikasnošću.

Isto tako, potrebno je dalje promovisati razvoj drugih izvora energije, kao što su vodik, geotermalna energija i bioenergija. Primeri uključuju tehnologije proizvodnje, skladištenja i transporta vodika, višestruku geotermalnu upotrebu i tehnologije biogoriva.

Dodatno, koordinirani razvoj centraliziranih i distribuiranih novih izvora energije može smanjiti gubitke pri prenosu, poboljšati efikasnost upotrebe novih izvora energije i unaprediti sposobnost mreže da apsorbira nove izvore energije, time ostvarujući bolje društvene i ekonomske koristi.

2.2 Tehnologija planiranja distribuirane energije

Ključ za rešavanje problema planiranja i optimizacije vlasništva distribuirane energije leži u rušenju barijera u komunikaciji informacija i koordinaciji raspoređivanja među različitim entitetima.

S tehničkog stajališta, mora se uzeti u obzir više tehničkih ograničenja tijekom faze planiranja, uključujući nivo napona, nivo strujnog kruga i kvalitet struje (treperenje, harmonici).

S matematičkog stajališta, metode planiranja koje uključuju multiobjektivnu i multi-nepouzdanu kombinatornu optimizaciju su vrlo složene. Stoga je ključna multiobjektivna optimizacija planiranja koja integriše resurse i operacije.

Dodatno, potrebno je pažljivo analizirati: mrežnu analizu i procenu sistema sa distribuiranom energijom; istraživanje integracije i optimalnog planiranja sistema raspodele struje i komunikacijskih mreža; i razvoj modela i alata za simulaciju za kompleksnu analizu pouzdanosti, rizika i ekonomije.

2.3 Aktivna podrška tehnologija za distribuiranu proizvodnju novih izvora energije

Distribuirana proizvodnja (DG) ne samo da treba prilagoditi frekvenciju i napon u određenom opsegu, već i supresirati brze promjene u frekvenciji i napona.

Trenutno, neki naučnici predložili su "inercijski-stalak kompenzator", koji omogućuje DG da pruži trenutnu podršku frekvenciji i napona kada sistem doživi deficit snage. Frekvencijska inercijska podrška DG kvantitativno se izražava putem akivne snage kompenzacije pružene tijekom promjena stepena snage, pružajući temelj za formulisanje kasnijih standarda spajanja na mrežu.

2.4 Tehnologija predviđanja proizvodnje distribuiranih novih izvora energije

Distribuirana proizvodnja novih izvora energije karakteriše se širokom prostornom raspodjelom, složenim mikroklimatskim karakteristikama okoline i značajnim uticajima zgrada i ljudskih aktivnosti, što čini predviđanje proizvodnje izazovnim.

Trenutno istraživanje distribuirane proizvodnje novih izvora energije uglavnom se fokusira na korišćenje vremenskih prognoza i klimatskih uslova za predviđanje proizvodnje, sa previše naglaska na uticaj prirodnih uslova na proizvodnju novih izvora energije. Nedostaje razmatranje prostorne raspodjele DG i faktora vezanih za ljudske društvene aktivnosti.

2.5 Tehnologija klaster kontrole distribuirane proizvodnje novih izvora energije

Distribuirana kontrola je idealna metoda klaster kontrole DG u sistemima raspodele električne energije sa visokom penetracijom novih izvora energije.

Trenutno, istraživanje tehnologije klaster kontrole distribuirane proizvodnje novih izvora energije još uvijek je u početku. Relevantni rezultati uglavnom se fokusiraju na kontrolu pojedinačnih uređaja za proizvodnju snage, sa malo razmatranja strategija koordinirane kontrole više novih uređaja za proizvodnju snage spojenih na sistem putem invertora spojenih na mrežu.

Ključni problemi ostaju neriješeni: mehanizam neravnomernog rasporeda snage među više invertora tijekom promjena stepena snage; interakcijski mehanizam više-vremenskih skalnih strategija kontrole za više invertora; i nedostatak tradicionalne kontrole padanja (temeljene na karakterističnim krivama aktivne snage-frekvencije i reaktivne snage-napona) kada otpor linija raspodele snage nije zanemarljiv, što sprečava DG da učestvuje u primarnoj regulaciji frekvencije i napona.

2.6 Tehnologija distribuiranog skladištenja energije

S perspektive snage, statički i dinamički problemi novih sistema raspodele električne energije su u suštini problemi neravnoteže snage na različitim vremenskim skalama:

• Na relativno dugoj vremenskoj skali vrha opterećenja, neravnoteža snage između strane proizvodnje i strane opterećenja dovodi do statičkih problema poput razlike između vrha i dolina.

• Na relativno kratkoj vremenskoj skali od promjene stepena snage do aktivacije primarne regulacije frekvencije/voltaza, elektronska oprema za prenos snage nema rotorne inercije sinkronih generatora i ne može podržati sistem protiv neravnoteže snage, što dovodi do smanjene stabilnosti sistema i pogoršanja kvaliteta struje.

Tehnologija distribuiranog skladištenja energije pruža izvedivu rešenja za rešavanje statičkih i dinamičkih problema uzrok