4 Pangunahing Teknolohiya ng Smart Grid para sa Bagong Sistema ng Paggamit ng Kuryente: mga Pag-unlad sa Mga Network ng Distribusyon
1. Pagsasagawa ng R&D para sa mga Bagong Materyales at Pagsasanay & Pamamahala ng Asset
1.1 Pagsasagawa ng R&D para sa mga Bagong Materyales at Bagong Komponente
Ang iba't ibang bagong materyales ay nagsisilbing direktang carrier para sa pagbabago ng enerhiya, pagpapadala ng kuryente, at operasyon ng kontrol sa mga bagong sistema ng distribusyon at paggamit ng kuryente, na direktang nagpapasya sa epektibidad ng operasyon, seguridad, reliabilidad, at mga gastos ng sistema. Halimbawa:
Ang mga bagong materyales na nagpapadala ng kuryente ay maaaring bawasan ang paggamit ng enerhiya, na sumosolusyon sa mga isyu tulad ng kakulangan ng enerhiya at polusyon sa kapaligiran.
Ang mga napakalaking elektrikal na magnetic na materyales na ginagamit sa mga sensor ng smart grid ay tumutulong sa pagpapabuti ng reliabilidad ng operasyon ng sistema.
Ang mga bagong materyales ng insulasyon at struktura ng insulasyon ay maaaring solusyunan ang mas madalas na problema ng transient pulse overvoltage dahil sa integrasyon ng mga equipment ng power electronics.
Ang mga susunod na henerasyon ng microwave radio frequency devices at power electronic devices na inihanda batay sa third-generation semiconductor materials (na kinakatawan ng gallium nitride (GaN) at silicon carbide (SiC)) ay maaaring magbigay ng teknikal na suporta para sa pagbabawas ng paggamit ng enerhiya at pagkonsumo sa mga larangan ng komunikasyon at elektronika.
1.2 Pagsasagawa ng R&D para sa mga Bagong Equipment ng Kuryente at Mga Pasilidad ng Pagkonsumo ng Kuryente
Sa mga tiyak na bagong produkto, ang mga kompanya ay nagpapaunlad ng mga bagong power electronic equipment—lalo na ang soft normally-open switchgear. Sa pamamagitan ng pagkontrol sa aktibong at reaktibong pagdaloy ng kuryente sa mga konektadong feeder, ang mga device na ito ay nakakamit ang mga tungkulin tulad ng pagbalanse ng kuryente, pagpapabuti ng voltage, paglipat ng load, at paglimita ng fault current.
Sa gitna ng alon ng Energy Internet, ang pag-integrate ng mga bagong teknolohiya upang maisakatuparan ang "function + monitoring + electronization + digitalization + artificial intelligence" ay nagbibigay-daan sa mga kompanya na lumampas sa low-end na pagsasalinhang-hugis hanggang sa high-end na paggawa, lumawak mula sa mga single na produkto hanggang sa comprehensive na solusyon, at magbago mula sa mga factory ng paggawa hanggang sa mga pasilidad na pinagmumulan ng inobasyon. Ito ay nagbibigay-daan sa paggawa at inobasyon ng mga low-voltage electrical equipment na makaimpluwensya sa pagbabawas ng carbon, digitalization, at sustainable development.
1.3 Full-Lifecycle Asset Management Technology para sa Power Equipment
Ang mga bagong sistema ng distribusyon at paggamit ng kuryente ay kasama ang maraming uri ng bagong power equipment at mga pasilidad ng pagkonsumo ng kuryente, kaya mahalaga ang full-lifecycle management at ecological design ng mga equipment ng distribusyon ng kuryente. Mahalaga na siguruhin ang ligtas na operasyon ng lahat ng mga equipment habang tinatamo ang ekonomikong epektibidad.
Ang full-lifecycle operation at maintenance ay kumakatawan sa procurement demand phase, equipment acceptance phase, production and operation phase, at decommissioning phase. Sa asset management, dapat na ipatupad ang integrated design upang masiguro ang pagbabahagi ng data at optimized management. Ang mga teknolohiya tulad ng "Internet +" ay dapat na ma-integrate upang palawakin ang saklaw ng management at mapabuti ang epektibidad ng management.
2. Distributed Generation at Microgrid Technology
2.1 Distributed New Energy Generation Technology
2.1.1 Efficient at Economical New Energy & Renewable Energy Development Technology
Sa pamamagitan ng mga pag-unlad sa teknolohiya ng pag-unlad ng bagong enerhiya, ang ilang renewable energy sources (hal. wind at solar energy) ay nakaabot sa mataas na antas ng aplikasyon at ngayon ay nasa dominant position sa mga sistema ng distribusyon ng kuryente. Gayunpaman, mahalaga pa rin ang pag-unlad ng mga bagong materyales at integrated photovoltaic panel technologies na may mas mababang gastos at mas mataas na epektibidad.
Sama-samang, ang pag-unlad ng iba pang mga source ng enerhiya—tulad ng hydrogen energy, geothermal energy, at biomass energy—dapat pa ring mapabilis. Halimbawa nito ang mga teknolohiya ng produksyon, pag-iimbak, at pagpapadala ng hydrogen, multi-stage geothermal utilization technologies, at biofuel technologies.
Bukod dito, ang coordinated development ng centralized at distributed new energy ay maaaring mabawasan ang transmission losses, mapabuti ang epektibidad ng paggamit ng bagong enerhiya, at mapalakas ang kakayahan ng grid na tanggapin ang bagong enerhiya, na nagbibigay ng mas mahusay na sosyal at ekonomiko na benepisyo.
2.2 Planning Technology para sa Distributed Energy
Ang key sa pagtugon sa planning at optimization ng ownership ng distributed energy ay nasa pag-break down ng mga barrier ng komunikasyon ng impormasyon at dispatch coordination barriers sa pagitan ng iba't ibang entities.
Mula sa teknikal na perspektibo, mas marami pang teknikal na constraints ang kailangang isaalang-alang sa panahon ng planning, kabilang ang voltage level, short-circuit current level, at power quality (flicker, harmonics).
Mula sa mathematical na perspektibo, ang mga paraan ng planning na kasama ang multi-objective at multi-uncertainty combinatorial optimization ay labis na komplikado. Kaya, ang multi-objective optimization planning na nagintegrate ng resources at operasyon ay mahalaga.
Karagdagan pa, dapat bigyang-pansin: ang pag-conduct ng network analysis at evaluation para sa mga sistema na may distributed energy; ang pag-aaral ng integration at optimal planning ng mga power distribution systems at communication networks; at ang pagbuo ng mga modelo at simulation tools para sa comprehensive reliability, risk, at economic analysis.
2.3 Active Support Technology para sa Distributed New Energy Generation
Ang distributed generation (DG) ay kailangang hindi lamang i-adjust ang frequency at voltage sa loob ng tiyak na range, kundi pati na rin suppresyon ng mabilis na pagbabago ng frequency at voltage.
Sa kasalukuyan, ang ilang mga scholar ay nagpropose ng "inertia-stiffness compensator," na nagbibigay-daan sa DG na magbigay ng instant frequency at voltage support kapag ang sistema ay naranasan ang power deficits. Ang kakayanan ng frequency inertia support ng DG ay nakuha ng quantitatively gamit ang active power compensation na ibinigay sa panahon ng power step changes, na nagbibigay ng pundamento para sa pagbuo ng susunod na grid-connection standards.
2.4 Output Prediction Technology para sa Distributed New Energy Generation
Ang distributed new energy generation ay may malawak na spatial distribution, komplikadong micro-meteorological characteristics, at malaking epekto mula sa mga gusali at aktibidad ng tao, na gumagawa ng output prediction na mahirap.
Ang kasalukuyang pag-aaral sa output ng distributed new energy generation ay pangunahing nakatuon sa paggamit ng weather forecasts at climatic conditions para sa power generation prediction, na may sobrang emphasis sa impact ng natural conditions sa output ng new energy. Ito ay kulang sa pag-consider ng spatial distribution characteristics ng DG at factors na kaugnay ng mga aktibidad ng lipunan ng tao.
2.5 Cluster Control Technology para sa Distributed New Energy Generation
Ang distributed control ay isang ideal na cluster control method para sa DG sa mga power distribution system na may mataas na penetration ng new energy.
Sa kasalukuyan, ang pag-aaral sa cluster control technology para sa distributed new energy generation ay nasa unang yugto pa. Ang mga achievement na ito ay pangunahing nakatuon sa pag-control ng single power generation devices, na may kaunti lang na pag-consider ng coordinated control strategies para sa multiple new energy generation devices na konektado sa sistema sa pamamagitan ng grid-connected inverters.
Ang mga key issues ay hindi pa nasolusyunan: ang mekanismo ng hindi balanse na power distribution sa pagitan ng multiple inverters sa panahon ng power step changes; ang interaction mechanism ng multi-time-scale control strategies para sa multiple inverters; at ang hindi sapat na traditional droop control (batay sa active power-frequency at reactive power-voltage characteristic curves) kapag ang resistance ng power distribution lines ay hindi maaaring i-ignore, na nagpapahinto sa DG na sumama sa primary frequency at voltage regulation.
2.6 Distributed Energy Storage Technology
Mula sa perspektibo ng power, ang mga static at dynamic issues ng mga bagong sistema ng distribusyon ng kuryente ay esensyal na mga isyu ng imbalance ng power sa iba't ibang time scales:
Sa mas mahabang time scale ng peak load periods, ang imbalance ng power sa pagitan ng generation at load sides ay nagdudulot ng mga static issues tulad ng peak-valley differences.
Sa mas maikling time scale mula sa power step changes hanggang sa aktibasyon ng primary frequency/voltage regulation, ang power electronic equipment ay walang rotor inertia ng synchronous generators at hindi maaaring sumuporta sa sistema laban sa imbalance ng power, na nagresulta sa pagbaba ng stability ng sistema at masamang kalidad ng kuryente.
Ang distributed energy storage technology ay nagbibigay ng feasible na solusyon upang tugunan ang mga static at dynamic issues dulot ng imbalance ng power sa iba't ibang time scales.
2.6.1 Peak Shaving at Frequency Regulation Technology para sa Energy Storage
Ang energy-type energy storage—kinakatawan ng distributed pumped storage, flow batteries, lithium-ion batteries, at cold/heat storage technologies—ay maaaring tanggalin ang load peaks, shave peaks at fill valleys, smooth fluctuations, at operasyon sa pakikipagtulungan sa charging piles upang mabawasan ang impact ng charging power, na nagpapabuti sa utilization rate ng power distribution equipment.
Ang peak shaving at frequency regulation technology para sa energy storage ay nagbibigay ng mataas na requirements sa energy storage systems sa kapasidad, response speed, cost, safety, at power/energy density. Ang isang solo na energy storage type ay hindi maaaring tugunan ang mga requirements na ito, kaya kinakailangan ang pag-aaral ng hybrid energy storage technologies na may comprehensive advantages.
2.6.2 Stability at Power Quality Enhancement Technology
Ang distributed energy storage technology ay nagbibigay ng feasible na solusyon upang mapabuti ang stability at power quality ng mga bagong sistema ng distribusyon ng kuryente.
Ang ilang mga scholar ay nagpropose ng paraan na nag-co-coordinate ng energy storage systems sa grid-connected inverter control strategies upang magbigay ng dynamic stability support sa sistema. Sa malaking skala ng integration ng power electronic equipment na nagsisimula na ng pagbawas ng system inertia, ang grid-connected inverters na pinagsama sa energy storage ay magiging mahalagang paraan upang mapabuti ang system dynamic stability.
Karagdagan pa, ang power-type energy storage—kinakatawan ng supercapacitors—ay may mabilis na response capabilities at naglalaro ng mahalagang papel sa pagpapabuti ng power quality ng mga sistema ng distribusyon ng kuryente. Sa kasalukuyan, ang mga large-capacity, safe, at economical energy storage devices para sa distributed energy storage technology ay hindi pa lubusan na maturely applied, na hindi pa lubusan na tumutugon sa peak shaving needs ng malaking skala ng integration ng incremental loads.
2.6.3 Microgrid Technology
Ang pag-consider ng coordinated control ng iba't ibang distributed resources sa microgrid level at pag-equate ng microgrid bilang isang voltage/current source externally ay maaaring mabawasan ang complexity ng frequency at voltage stability control sa mga sistema ng distribusyon ng kuryente.
Ang pag-consider ng power mutual assistance at dispatch optimization sa microgrid cluster level ay maaaring gamitin ang complementary characteristics ng new energy at loads sa iba't ibang rehiyon upang tugunan ang mga isyu ng economic dispatch tulad ng output fluctuations at peak-valley differences ng DG.
2.6.4 Frequency at Voltage Dynamic Stability Technology para sa New Energy Microgrids
Bilang isang relatibong independent at autonomous na rehiyon, ang new energy microgrids ay nakakaranas ng dynamic stability issues na katulad ng mga sistema ng distribusyon ng kuryente.
Ang ilang mga scholar ay nagpropose ng voltage-source virtual synchronous generator (VSG) control strategy. Ang VSG ay isang karaniwang paraan ng control upang mapabuti ang dynamic frequency at voltage support capabilities ng DG. Ang core idea nito ay ang pag-control ng grid-connected inverters upang simularin ang external characteristics (active power-frequency at reactive power-voltage) ng synchronous generators.
Ang virtual inertia at damping ng synchronous generators na sinimula ng traditional VSG technology ay pangkalahatan ay fixed. Sa iba't ibang types ng power disturbances, ang fixed inertia parameters ay hindi maaaring tugunan ang requirements ng stability at rapidity ng microgrid frequency dynamic regulation.
Batay sa mga ito, ang ilang mga scholar ay nagpropose ng adaptive virtual inertia control technology. Karagdagan pa, ang iba pang mga scholar ay nagpropose ng generalized droop control technology sa pamamagitan ng pag-improve ng traditional droop control—incorporating secondary frequency control sa traditional droop control upang simularin ang inertia at damping characteristics.
2.6.5 Macro-Control Technology para sa Microgrid Clusters
Ang mga key issues sa operasyon at control ng microgrid clusters ay kung paano makamit ang unified regulation ng multiple microgrids at kung paano maisakatuparan ang power mutual assistance at optimized operation.
Ang ilang mga scholar ay nagpropose ng four-level control structure para sa microgrid clusters, kabilang ang power distribution layer, microgrid cluster layer, microgrid layer, at unit layer.
Ang dalawang pangunahing estratehiya ay ginagamit sa microgrid cluster layer: master-slave control at peer-to-peer control.
Ang master-slave control ay nangangailangan ng mataas na komunikasyon sa pagitan ng microgrids at nagpapakita ng malaking presyon sa master control unit para sa voltage at frequency regulation.
Ang peer-to-peer control ay naggagamot sa mga hadlang na ito: bawat microgrid unit ay gumagawa ng autonomous peer-to-peer control batay sa pre-set droop curves, walang pangangailangan para sa komunikasyon o upper-level control.
Ang ilang mga scholar ay nagpropose ng control strategy para sa hybrid microgrid clusters na binubuo ng AC at DC microgrids. Ang strategy na ito ay standardizes ang active power-frequency characteristics ng AC microgrids at ang active power-voltage characteristics ng DC microgrids upang makamit ang unified control scale, na nagbibigay-daan sa peer-to-peer control ng hybrid microgrid clusters.
Upang tugunan ang mga hamon ng real-time dispatch optimization para sa microgrid clusters, ang ilang mga scholar ay nagpropose ng modeling method para sa coordinated optimization ng microgrid clusters batay sa partially observable Markov decision process (POMDP) sa ilalim ng decentralized structure. Ang method na ito ay nagbibigay-daan sa optimization modeling batay sa partially observed information kahit sa mahinang komunikasyon at gumagamit ng Lagrange multipliers upang decouple ang objective function, na nagpapababa ng complexity ng solusyon. Ang research na ito ay nagbibigay ng mahalagang gabay para sa pagtugon sa real-time dispatch optimization ng microgrid clusters na may complex variables at peer-to-peer control.
3. Source-Load Interaction Technology
Flexible Load Utilization at Load Management Technology
Ang flexible load utilization ay isang mahalagang link sa hinaharap na pag-unlad ng smart energy use at energy conservation, na nagbibigay-daan sa pag-unlad ng isang energy-saving society.
Ang pag-aaral sa flexible load regulation technology ay kasama:
Ang pag-classify at pag-model ng flexible loads batay sa kanilang characteristics upang mabuo ang load elasticity potential.
Ang aktibong pag-improve ng flexible load mechanisms at pagpapabuti ng construction ng demonstration projects.
Ang paggamit ng intelligent technologies upang gawin ang differentiated analysis ng user behavior at pagpapabuti ng accuracy ng regulation.
Ang epektibong load management ay maaaring mabawasan ang supply-demand imbalance sa new energy systems dahil sa instability ng new energy at uncertainties sa load side. Sa kasalukuyan, ang power load management technology ay may mga functions tulad ng electricity fee management, power loss management, anti-stealing electricity analysis, at data sharing.
Sa pag-unlad ng data-driven technologies, virtual power plants, at 5G communication, ang power load management systems ay maaaring mabigyan ng significant enhancement sa load data prediction, load coordination control technology, at management effectiveness. Ito ay magbibigay ng malakas na suporta sa coordinated operation ng iba't ibang components (hal. distributed generation, electric vehicles, at energy storage systems) at pagpapabuti ng rational utilization ng resources.
3.1 Power Flow Calculation Methods Considering Source-Load Uncertainties
Ang power flow calculation ay isang mahalagang pundamento para sa power distribution system planning at dispatch operation.
Sa kasalukuyan, ang ilang mga scholar ay nagpropose ng power flow calculation methods na nagsasama ang uncertainties ng photovoltaic at wind power output. Bukod dito, ang iba pang mga scholar ay nagpropose ng power flow calculation methods na nagsasama ang load uncertainties at uncertainties sa load response sa peak shaving demands.
Kabuuang, ang existing research ay malawak na nagsama ng uncertainties sa iba't ibang links ng source-load interaction at nagpropose ng power flow calculation methods para sa individual uncertainties. Gayunpaman, may kakulangan sa integrated analysis ng multiple uncertainties at kanilang coupling effects, na naglimita sa accuracy ng power flow calculation sa complex new-type power distribution systems.
3.2 Multi-Objective Optimal Dispatch Technology para sa Power Distribution Systems Under Source-Load Interaction Mode
Sa ilalim ng source-load interaction mode, ang dispatch decisions ay malaki ang epekto sa seguridad at reliabilidad ng operasyon ng sistema.
Sa kasalukuyan, ang ilang mga scholar ay nagpropose ng multi-objective power flow optimization solutions gamit ang second-order cone optimization at particle swarm optimization algorithms. Ang mga solusyon na ito ay gumagamit ng Pareto optimal solution sets upang gawin ang multi-dimensional evaluations ng potential optimal solutions, na nagbibigay ng mas flexible na decision-making options sa dispatcher at nagpapadali sa pagtugon ng ligtas, stable, at ekonomical na dispatch sa ilalim ng source-load interaction mode.
3.3 Economic Operation Technology sa Power Market Environment
Ang pag-guidance ng maraming entities upang sumama sa power market transactions sa pamamagitan ng iba't ibang incentive methods ay isang mahalagang paraan upang mapromote ang source-load interaction. Ang specific technical forms ay kasama ang demand response (DR) at virtual power plants (VPPs).
Sa kasalukuyan, ang relevant research ay nakatuon sa paggamit ng price incentive mechanisms upang buksan ang entusiasmo ng mga user. Upang fully tap into at mobilize adjustable resources sa sistema, ang ilang mga scholar ay nag-conduct ng research sa: overall situational awareness ng source-grid-load; real-time quantitative evaluation ng response capabilities; implementation ng response strategies mula sa grupo hanggang sa indibidwal; source-grid-load coordinated control technology; at multi-time-scale characteristics ng loads. Ang research na ito ay nagbibigay ng ideya para sa pag-unlad ng system dynamic power balance technology batay sa demand response.
Ang research sa source-load interaction ay pangunahing nakatuon sa dalawang aspeto: power flow analysis at optimization technology, at market guidance mechanisms.
Sa aspeto ng power flow analysis at optimization technology, ang existing technologies ay nag-iignore ng spatiotemporal coupling characteristics at temperature correlation characteristics dulot ng source-load aggregation sa mga sistema ng distribusyon ng kuryente, na nagpapahirap sa pagpapabuti ng power flow control accuracy ng mga bagong sistema ng distribusyon ng kuryente at sa pagpapabuti ng peak-valley difference smoothing sa maikling time scales.
Sa aspeto ng market guidance mechanisms, ang pag-consider ng inevitable time delay ng load response, ang demand response ay hindi maaaring perpektong tugunan ang peak-valley difference problem ng mga sistema ng distribusyon ng kuryente. Kinakailangan ang integration ng deep flexible load control technology upang mapagana ang load energy consumption curves na sundin ang new energy generation curves sa real time, na nagreresulta sa real-time source-load balance, fundamental na tugunan ang peak-valley difference problem, at mapabuti ang utilization rate ng mga equipment ng distribusyon ng kuryente.
4. DC Power Distribution Technology
Sa kasalukuyan, ang research sa DC power distribution technology ay pangunahing nakatuon sa mga sumusunod na aspeto:
4.1 Voltage Sequence at Standardization
Sa kasalukuyan, wala pang unified international standard para sa DC power distribution voltage level sequences.
Ang mga scholar sa bansa at abroad ay nagpropose ng iba't ibang DC voltage level sequence selection schemes batay sa mga factor tulad ng power supply capacity, investment costs, DC equipment manufacturing levels, power quality requirements, power distribution economics, at load demand characteristics ng iba't ibang typical power distribution scenarios.
Ang China ay inilabas ang GB/T 35727—2017 Guidelines for Medium and Low Voltage DC Power Distribution Voltages noong Disyembre
