Yeni Elektrik Sistemi için 4 Ana Akıllı Şebekesi Teknolojisi: Dağıtım Ağlarındaki Yenilikler

1. Yeni Malzemeler ve Ekipmanların R&D'si & Varlık Yönetimi

1.1 Yeni Malzemeler ve Bileşenlerin R&D'si

Çeşitli yeni malzemeler, yeni tip elektrik dağıtım ve tüketim sistemlerinde enerji dönüşümü, güç iletimi ve operasyon kontrolünün doğrudan taşıyıcılarıdır, bu nedenle operasyonel verimlilik, güvenlik, güvenilirlik ve sistem maliyetlerini doğrudan belirler. Örneğin:

• Yeni iletken malzemeler enerji tüketimini azaltarak, enerji kıtlığı ve çevre kirliliği gibi sorunları çözebilir.

• Akıllı şebekede sensörlerde kullanılan gelişmiş manyetik malzemeler, sistemin çalışma güvenilirliğini artırmaya yardımcı olur.

• Yeni yalıtım malzemeleri ve yalıtım yapıları, güç elektronik ekipmanlarının entegrasyonu nedeniyle daha sık ortaya çıkan geçici darbe gerilim aşımı sorunlarını çözebilir.

• Üçüncü nesil yarı iletken malzemeler (gallium nitride (GaN) ve silikon karbür (SiC) ile temsil edilen) üzerine geliştirilen nesilden sonraki mikrodalga radyo frekans cihazları ve güç elektronik cihazları, iletişim ve elektronik alanlarındaki enerji tasarrufu ve tüketimin azaltılmasına teknik destek sağlayabilir.

1.2 Yeni Güç Ekipmanları ve Elektrik Tüketim Tesisi Ürünlerinin R&D'si

Kesin yeni ürünler açısından, işletmeler özellikle yumuşak açık anahtarlı güç elektronik ekipmanlarını geliştirir. Bu cihazlar, bağlı besleyiciler üzerindeki aktif ve reaktif güç akışlarını kontrol ederek, güç dengesi, gerilim iyileştirmesi, yük transferi ve arızalı akım sınırlaması gibi işlevleri gerçekleştirir.

Enerji İnterneti dalgalanması içinde, "işlev + izleme + elektronikleştirme + dijitalleşme + yapay zeka" gibi yeni teknolojilerin entegrasyonu, işletmelerin düşük seviye taklitinden yüksek seviye üretimine, tek üründen kapsamlı çözümlere, üretim tesislerinden inovasyon odaklı tesislere geçmesine olanak tanır. Bu, düşük gerilimli elektrik ekipmanı üretimi ve yenilikçiliğinin düşük karbonlu, dijital ve sürdürülebilir gelişmeye katkıda bulunmasını sağlar.

1.3 Güç Ekipmanları için Tam Yaşam Döngüsü Varlık Yönetimi Teknolojisi

Yeni tip elektrik dağıtım ve tüketim sistemleri, çeşitli yeni güç ekipmanları ve elektrik tüketim cihazları içerir, bu da güç dağıtım ekipmanlarının tam yaşam döngüsü yönetimi ve ekolojik tasarımının son derece önemlidir. Tüm ekipmanların güvenli çalışmasını sağlamak ve ekonomik verimliliği elde etmek gerekir.

Tam yaşam döngüsü işletimi ve bakımı, satın alma talebi aşaması, ekipman kabul aşaması, üretim ve işletme aşaması ve emeklilik aşamasını kapsar. Varlık yönetimi sırasında, veri paylaşımını ve optimize edilmiş yönetimini sağlamak için entegre tasarım uygulanmalıdır. "İnternet +" gibi teknolojilerin entegrasyonu, yönetim kapsamını genişletir ve yönetim verimliliğini artırır.

2. Dağıtık Üretim ve Mikro Şebeke Teknolojisi

2.1 Dağıtık Yeni Enerji Üretim Teknolojisi

2.1.1 Verimli ve Ekonomik Yeni Enerji & Yenilenebilir Enerji Geliştirme Teknolojisi

Yeni enerji geliştirme teknolojilerindeki ilerlemelerle birlikte, bazı yenilenebilir enerji kaynakları (örneğin, rüzgar ve güneş enerjisi) yüksek bir uygulama düzeyine ulaşmış ve güç dağıtım sistemlerinde hakim konuma gelmiştir. Ancak, daha düşük maliyetli ve daha verimli entegre fotovoltaik panel teknolojileri ve yeni malzemelerin geliştirilmesi hala önemlidir.

Bu arada, hidrojen enerjisi, jeotermal enerji ve biyokütle enerjisi gibi diğer enerji kaynaklarının geliştirilmesi daha da teşvik edilmelidir. Örneğin, hidrojen üretim-tutma-ulaştırma teknolojileri, çok aşamalı jeotermal kullanımı ve biyoyakıt teknolojileri.

Ayrıca, merkezi ve dağıtılmış yeni enerjinin koordineli geliştirilmesi, transmisyon kayıplarını azaltır, yeni enerji kullanım verimliliğini artırır ve şebekenin yeni enerjiyi absorbe etme yeteneğini güçlendirir, böylece toplumsal ve ekonomik faydaları daha iyi sağlar.

2.2 Dağıtık Enerji Planlama Teknolojisi

Dağıtık enerji sahipliği planlaması ve optimizasyonunun anahtarı, farklı varlıklar arasındaki bilgi iletişimi ve idari koordinasyon bariyerlerinin yıktırılmasıdır.

Teknik açıdan, planlama aşamasında daha fazla teknik kısıtlama düşünülmelidir, bu da voltaj seviyesi, kısa devre akımı seviyesi ve güç kalitesi (titreme, harmonikler) dahil olmak üzere birçok faktörü içerir.

Matematiksel açıdan, çok amaçlı ve çok belirsizlik kombinatoryal optimizasyon yöntemleri oldukça karmaşıktır. Bu nedenle, kaynakları ve operasyonları entegre eden çok amaçlı optimizasyon planlaması kritik öneme sahiptir.

Bunun yanı sıra, dağıtık enerji içeren sistemler için ağ analizi ve değerlendirme yapılması, güç dağıtım sistemlerinin ve iletişim ağlarının entegrasyonu ve optimal planlanması, ve kapsamlı güvence, risk ve ekonomik analiz için modeller ve simülasyon araçları geliştirilmesi de önemlidir.

2.3 Dağıtık Yeni Enerji Üretimine Aktif Destek Teknolojisi

Dağıtık üretim (DG), belirli bir aralıkta frekans ve gerilim ayarlaması yapmalı ve aynı zamanda frekans ve gerilimde hızlı değişiklikleri baskılamalıdır.

Şu anda, bazı bilim insanları, sistem güç eksikliği yaşarken DG'nin anlık frekans ve gerilim desteği sağlayabilmesi için "inertia-stiffness compensator" adı altında bir öneride bulunmuştur. DG'nin frekans inertia desteği, güç adım değişimleri sırasında sağlanan aktif güç kompansasyonu kullanılarak niceliksel olarak ifade edilir, bu da sonraki şebeke bağlantısı standartlarının oluşturulmasında temel oluşturur.

2.4 Dağıtık Yeni Enerji Üretimi İçin Çıktı Tahmin Teknolojisi

Dağıtık yeni enerji üretimi, geniş uzaysal dağılım, karmaşık çevresel mikrometeorolojik özellikler ve binaların ve insan faaliyetlerinin önemli etkileri nedeniyle çıktı tahmini zorlaşır.

Dağıtık yeni enerji üretimi çıktısı üzerine mevcut araştırmalar, hava durumu tahminleri ve iklim koşullarını kullanarak güç üretimini tahmin etmeye odaklanmaktadır, doğal koşulların yeni enerji çıkışı üzerindeki etkisine aşırı vurgu yapıyor. Ancak, DG'nin uzaysal dağılım özellikleri ve insani sosyal faaliyetlerle ilgili faktörler göz ardı edilmektedir.

2.5 Dağıtık Yeni Enerji Üretimi İçin Küme Kontrol Teknolojisi

Dağıtık kontrol, yüksek yeni enerji穿透力的分布式新能源发电集群控制技术尚处于起步阶段。相关成果主要集中在单个发电装置的控制上，对于通过并网逆变器连接到系统的多个新能源发电装置的协调控制策略考虑较少。 关键问题仍未解决：在功率阶跃变化期间多个逆变器之间的不平衡功率分配机制；多时间尺度控制策略下多个逆变器之间的交互机制；以及当配电线路电阻不可忽略时，基于有功功率-频率和无功功率-电压特性曲线的传统下垂控制不足以使DG参与一次调频和调压。 ### 2.6 分布式储能技术 从电力角度来看，新型配电系统在不同时间尺度上的静态和动态问题本质上是功率不平衡问题： - 在相对较长的时间尺度（如高峰负荷期），发电侧与负荷侧之间的功率不平衡导致峰谷差等静态问题。 - 在相对较短的时间尺度（从功率阶跃变化到一次调频/调压激活），电力电子设备缺乏同步发电机的转子惯性，无法支持系统应对功率不平衡，导致系统稳定性降低和电能质量恶化。 分布式储能技术为解决不同时间尺度下的静态和动态问题提供了可行的解决方案。 #### 2.6.1 储能削峰填谷及调频技术 以分布式抽水蓄能、液流电池、锂离子电池和冷/热储能技术为代表的能量型储能可以消除负荷峰值，削峰填谷，平滑波动，并与充电桩配合运行，缓解充电功率冲击，从而提高配电设备利用率。 储能削峰填谷及调频技术对储能系统在容量、响应速度、成本、安全性和功率/能量密度等方面提出了较高要求。单一储能类型难以满足这些要求，因此有必要研究具有综合优势的混合储能技术。 #### 2.6.2 稳定性及电能质量提升技术 分布式储能技术为提高新型配电系统的稳定性和电能质量提供了可行的解决方案。 一些学者提出了一种将储能系统与并网逆变器控制策略相结合的方法，使DG能够为系统提供动态稳定支持。随着电力电子设备的大规模集成减少系统惯性，结合储能的并网逆变器将成为增强系统动态稳定性的重要手段。 此外，以超级电容器为代表功率型储能具有快速响应能力，在提高配电系统电能质量方面发挥着关键作用。目前，大容量、安全且经济的分布式储能技术尚未成熟应用，无法完全满足大规模增量负荷接入的削峰需求。 #### 2.6.3 微电网技术 考虑到微电网层面各种分布式资源的协调控制，将微电网视为外部的电压/电流源，可以简化配电系统中的频率和电压稳定控制。 在微电网集群层面考虑功率互济和调度优化，可以利用不同区域新能源和负荷的互补特性，解决DG输出波动和峰谷差等经济调度问题。 #### 2.6.4 新能源微电网的频率和电压动态稳定技术 作为相对独立自主的区域，新能源微电网面临类似于配电系统的动态稳定问题。 一些学者提出了一种电压源虚拟同步发电机（VSG）控制策略。VSG是一种常见的提高DG动态频率和电压支持能力的控制方法，其核心思想是控制并网逆变器模拟同步发电机的外部特性（有功功率-频率和无功功率-电压）。 传统VSG技术模拟的同步发电机虚拟惯性和阻尼一般是固定的。在不同类型功率扰动下，固定惯性参数无法满足微电网频率动态调节的稳定性和快速性要求。 基于上述考虑，一些学者提出了自适应虚拟惯性控制技术。另外一些学者通过改进传统的下垂控制，引入二次频率控制来模拟惯性和阻尼特性，提出了广义下垂控制技术。 #### 2.6.5 微电网集群的宏观控制技术 微电网集群的运行控制关键问题包括如何实现多个微电网的统一调控，以及如何实现功率互济和优化运行。 一些学者提出了微电网集群的四层控制结构，包括配电网层、微电网集群层、微电网层和单元层。 在微电网集群层，主要采用两种策略：主从控制和平行控制。 - 主从控制要求微电网之间进行高频通信，对主控单元的电压和频率调节压力较大。 - 平行控制克服了这些缺点：每个微电网单元基于预设的下垂曲线进行自主平行控制，无需通信或上级控制。 一些学者提出了一种由交流和直流微电网组成的混合微电网集群控制策略。该策略标准化交流微电网的有功功率-频率特性和直流微电网的有功功率-电压特性，获得统一的控制尺度，实现混合微电网集群的平行控制。 为了解决微电网集群实时调度优化的挑战，一些学者提出了一种基于部分可观测马尔可夫决策过程（POMDP）的分散结构下的微电网集群协调优化建模方法。该方法即使在弱通信条件下也能基于部分观测信息进行优化建模，并使用拉格朗日乘子解耦目标函数，降低了求解复杂度。这项研究为实现复杂变量下的微电网集群实时调度优化和平行控制提供了重要指导。 ### 3. 源荷互动技术 灵活负荷利用与负荷管理技术 灵活负荷利用是未来智能用能和节能发展的关键环节，有助于建设节能型社会。 灵活负荷调节技术的研究包括： - 根据负荷特性对其进行分类和建模，充分挖掘负荷弹性潜力。 - 积极完善灵活负荷机制，推进示范项目建设。 - 利用智能技术对用户行为进行差异化分析，提高调节精度。 有效的负荷管理可以缓解由于新能源不稳定性和负荷侧不确定性引起的新能源系统供需不平衡问题。目前，电力负荷管理技术已经具备电费管理、线损管理、防窃电分析和数据共享等功能。 随着数据驱动技术、虚拟电厂和5G通信的发展，电力负荷管理系统将在负荷数据预测、负荷协调控制技术和管理效果等方面得到显著增强。这将有力支持分布式发电、电动汽车和储能系统等各种组件的协调运行，提高资源的合理利用。 #### 3.1 考虑源荷不确定性的潮流计算方法 潮流计算是配电系统规划和调度运行的重要基础。 目前，一些学者提出了考虑光伏和风力发电出力不确定性的潮流计算方法。此外，其他学者提出了考虑负荷不确定性和负荷响应削峰需求不确定性的潮流计算方法。 总体而言，现有研究已广泛考虑了源荷互动各环节的不确定性，并提出了针对个别不确定性的潮流计算方法。然而，缺乏对多重不确定性和其耦合效应的综合分析，限制了复杂新型配电系统中潮流计算的准确性。 #### 3.2 源荷互动模式下配电系统的多目标优化调度技术 在源荷互动模式下，调度决策很大程度上影响系统的安全可靠运行。 目前，一些学者提出了使用二阶锥优化和粒子群优化算法的多目标潮流优化方案。这些方案利用帕累托最优解集对潜在最优解进行多维度评估，为调度员提供更多灵活的决策选项，便于在源荷互动模式下实现安全、稳定、经济的调度。 #### 3.3 电力市场环境下的经济运行技术 通过各种激励方式引导多方参与电力市场交易是促进源荷互动的重要手段。具体技术形式包括需求响应（DR）和虚拟电厂（VPP）。 目前，相关研究主要集中在利用价格激励机制激发用户的参与热情。为了充分挖掘和调动系统中的可调节资源，一些学者开展了以下研究：源-网-荷整体态势感知、响应能力实时定量评估、从群体到个体的响应策略实施、源-网-荷协调控制技术、以及负荷的多时间尺度特性。这些研究为基于需求响应的系统动态功率平衡技术发展提供了思路。 源荷互动研究主要集中在两个方面：潮流分析与优化技术和市场引导机制。 在潮流分析与优化技术方面，现有技术忽略了由于源荷聚合引起的配电系统时空耦合特性和温度相关特性，难以提高新型配电系统的潮流控制精度，并在较短时间尺度上实现峰谷差平滑。 在市场引导机制方面，考虑到负荷响应不可避免的时间延迟，需求响应无法完美解决配电系统的峰谷差问题。需要集成深度灵活负荷控制技术，使负荷用电曲线能够实时跟踪新能源发电曲线，从而实现实时源荷平衡，从根本上解决峰谷差问题，提高配电设备的利用率。 ### 4. 直流配电技术 目前，直流配电技术的研究主要集中在以下几个方面： #### 4.1 电压序列与标准化 目前国际上还没有统一的直流配电电压等级序列标准。 国内外学者根据供电能力、投资成本、直流设备制造水平、电能质量要求、配电经济性及各类典型配电场景的负荷需求特点，提出了多种直流电压等级序列选择方案。 中国于2017年12月发布了GB/T 35727—2017《中低压直流配电电压导则》。目前，相关标准主要集中在中低压公共直流配电系统的电压等级规划，而在通信系统、建筑供电、船舶供电、城市轨道交通等特定场景的直流电压等级序列规划方面还缺乏详细的标准。 #### 4.2 直流配电系统的故障保护技术 故障保护技术是确保直流配电网络安全运行的关键手段。 两级电压源变换器和模块化多电平变换器等新型配电设备的出现，以及环网拓扑结构的采用，深刻改变了配电网络的故障特性。 一些学者提出了基于电流方向比较、极值比较、方向预测和“单支路实时记忆，多支路短时定位”的保护策略，提高了故障类型识别速度和故障隔离可靠性。 #### 4.3 直流配电系统的协调控制与调度优化技术 目前，直流配电网络的电压控制策略主要包括三种方法：主从控制、下垂控制和电压裕度控制。 基于直流配电网络示范工程的经验，主从控制是现阶段直流配电网络最广泛应用的电压控制方法。 一些学者提出了改进的电压控制策略，如结合下垂控制和偏差控制的直流电压偏差斜率控制策略。该策略克服了偏差控制响应速度慢和下垂控制稳态误差的问题。 随着分布式发电、储能和灵活负荷的大规模集成，微电网将成为实现配电系统中新能源友好接入和高效消纳的重要途径。结合直流配电技术的交直流微电网集群协调控制技术是未来值得关注的研究方向。 ### 5. 数字化配电网络技术 #### 5.1 电气设备智能化技术 数字化管理技术的基础在于电气设备具备数据采集、计算和通信能力。 - 数据采集：压缩感知技术可以利用低秩数据高概率重构原始信号，是解决智能电力设备中传感器成本与性能矛盾的有效方法。 - 计算：如何实现算法轻量化并应用于边缘计算是一个值得重视的问题。 - 通信：无线通信、光纤通信和载波通信是当前电力设备实现远程通信的主要方法。智能终端的信息安全也是智能电力设备研究中需要重点关注的关键问题。 #### 5.2 配（微）电网透明化技术 新型配电系统中的各种传感器生成大量电气和非电气数据。通过构建设备多状态监测数据库，数字化技术使新型配电系统整体可观可控，逐步走向透明化。 目前，在数字化管理技术的多源数据采集环节，配电设备尚未实现智能化，缺乏采集各种电气和非电气数据的手段，数据上传接口也缺乏统一标准。 在数据处理和分析环节，缺乏对多模态多类型数据关联性的挖掘技术，无法充分利用数据中包含的时空关联信息进行配电运行优化。 请翻译成土耳其语。