Mạng lưới điện thông minh thế hệ tiếp theo dựa trên dữ liệu hướng tới sự phát triển bền vững của năng lượng: tổng quan về kỹ thuật và công nghệ

IEEE Xplore

Trường dữ liệu: Tiêu chuẩn Điện

Canada

Bài viết này trình bày khung lý thuyết của NGSG bằng cách kích hoạt một số tính năng kỹ thuật thông minh để đảm bảo vận hành đáng tin cậy, bao gồm điều khiển thông minh, chuyển đổi năng lượng dựa trên tác tử, tính toán cạnh cho quản lý năng lượng, bộ nghịch đảo được tích hợp IoT (loT), quản lý phía yêu cầu theo hướng tác tử, v.v. Ngoài ra, một nghiên cứu về sự phát triển của NGSG dựa trên dữ liệu cũng được thảo luận để hỗ trợ việc sử dụng các kỹ thuật dựa trên dữ liệu mới nổi (DDTs) cho vận hành bền vững của SG.

1.Giới thiệu.

Mạng lưới điện thông thường không thể đáp ứng đầy đủ yêu cầu khi nó liên tục thay đổi với công nghệ tiên tiến mới xuất hiện. Nhu cầu về năng lượng sạch đã tăng lên trên toàn cầu trong thập kỷ qua do điều kiện môi trường thay đổi và dân số cùng công nghệ mở rộng có thể tạo ra động lực phi tuyến tính cho mạng lưới điện. Sự phi tuyến tính trong hệ thống truyền tải và phân phối của mạng lưới điện thông minh có thể gây ra các vấn đề như tắc nghẽn, mất điện, dao động điện áp và tần số, dẫn đến mất điện do nhu cầu điện ngày càng tăng. Nguồn năng lượng không tái tạo mặc dù là con đường dễ dàng, nhanh chóng và rẻ hơn để sản xuất điện, nhưng chúng lại là rào cản trực tiếp đối với môi trường xanh do lượng khí thải cao. Nguồn năng lượng tái tạo đang gia tăng để giảm phụ thuộc vào nguồn điện từ nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, sự không chắc chắn và phức tạp của mạng lưới điện thông minh đang tăng lên với việc bổ sung nhiều nguồn phát điện phân tán (DG), quy mô thị trường lớn hơn và nguồn năng lượng tái tạo.

Differences between conventional SG and NGSG.png

2.Mạng lưới điện thông minh hiện tại: Kiến trúc kỹ thuật.

Mạng lưới điện thông minh cho phép dòng điện đi hai chiều giữa đơn vị cung cấp và người dùng cuối, với khung sườn thông minh được cấu trúc bằng cách kết hợp thông tin, công nghệ điện và viễn thông với hệ thống điện hiện hành. Công nghệ năng lượng này cũng hỗ trợ cơ giới hóa tự động hóa cho phân phối điện hiệu quả, các yếu tố lưu trữ, phát hiện lỗi, xe điện, giám sát dữ liệu lưới, kết hợp các nguồn năng lượng tái tạo lai, và linh hoạt của mạng lưới. Các thành phần khác nhau được hiển thị trong Hình có thể được sử dụng để xây dựng công nghệ năng lượng của mạng lưới điện thông minh. Chúng bao gồm các nguồn năng lượng tái tạo, hệ thống giám sát thông minh, hệ thống thông tin thông minh, hệ thống lưu trữ tiên tiến, hệ thống an ninh thông minh, cảm biến và đường dây lưới.

Conventional smart grid architecture.png

3.Công nghệ bổ sung hướng tới mạng lưới điện thông minh thế hệ tiếp theo.

Mạng lưới điện thông minh thế hệ tiếp theo (NGSG) có khả năng kích hoạt các tính năng nâng cao hơn so với công nghệ mạng lưới điện thông minh truyền thống. Các vấn đề về bảo mật và quyền riêng tư của hệ thống mạng lưới điện thông minh hiện tại có thể được giải quyết tốt hơn bởi NGSG trong bối cảnh tích hợp nhiều tính năng tiên tiến hơn. Sự phát triển của NGSG hoàn toàn phụ thuộc vào việc sử dụng các kỹ thuật dựa trên dữ liệu ở các phần khác nhau. Một khung lý thuyết của NGSG được minh họa trong Hình. Có thể thấy rằng khung của NGSG có thể bao gồm việc tích hợp thiết bị tính toán cạnh, bộ nghịch đảo được tích hợp IoT, giao dịch năng lượng dựa trên blockchain, và các DDT hiệu quả về mặt tính toán trong giám sát, điều khiển và dự báo. Cũng có thể thấy rằng trung tâm dữ liệu có thể xuất hiện trong NGSG để thu thập dữ liệu từ các công nghệ liên kết và chia sẻ dữ liệu giữa chúng để đảm bảo khả năng tương tác. Bằng cách áp dụng DDT, dữ liệu thu thập từ các nguồn khác nhau có thể được phân tích thông minh để giúp đưa ra quyết định nhằm phát triển năng lượng bền vững. Giải thích chi tiết về các công nghệ thông minh được sử dụng trong khung NGSG có thể được tìm thấy trong các tiểu mục sau.

A conceptual framework for next-generation smart grid energy system.png

4.Mạng lưới điện thông minh thế hệ tiếp theo dựa trên dữ liệu.

Khung lý thuyết của NGSG dựa trên dữ liệu có thể phụ thuộc vào việc hình thành các bước quan trọng như được hiển thị trong Hình 5, mô tả cách NGSG dựa trên dữ liệu giải quyết các vấn đề quan trọng và phát triển mô hình cuối cùng cho NGSG dựa trên dữ liệu. Đáy của kim tự tháp là bước đầu tiên và đỉnh là bước cuối cùng của quá trình. Mỗi bước trong việc phát triển khung NGSG được hiển thị trong Hình 5 sẽ được thảo luận chi tiết trong các tiểu mục sau.

Critical steps to develop a data-driven next-generation smart grid.png