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随着分布式能源资源的增加,保护电力系统频率
2022年09月11日    阅读量:     新闻来源:中国机器人网 vrovro.com  |  投稿

具有高级控制的分布式能源资源(DER)可以向电网提供服务,例如频率响应。然而,为了做到这一点,与传统发电机不同,DER通常必须定期与远方的控制中心交换信号。

这些开放通信网络使电网面临通信延迟、网络威胁和其他风险。随着DER越来越多地添加到电网中,了解设备与控制中心通信所需的时间以及对电网上保持稳定频率的影响变得越来越重要。

在NREL,我们正在帮助缩小电力系统工程和通信网络之间的差距。随着预期DER的扩散,这一点尤其重要,因为美国的目标是在2035年实现100%的清洁电力,并在2050年实现净零碳经济。

在过去两年中,我们研究了DER提供频率调节服务的能力,重要的是,如果其控制算法不考虑通信变化,会发生什么。我们正在通过高级网格建模和测试用例测试这个问题,以验证我们的方法。这项工作得到了美国能源部电力高级电网研发项目办公室的支持。

我们发现,一般来说,设备和控制中心之间的通信延迟越长,电网不稳定的可能性越高鈥攈说明了为什么随着DER的增加,了解输电和配电动态至关重要。

开发正确的协同仿真模型

为了开始研究这个主题,我们首先必须开发正确的模型来模拟高阶部署的分布和传输动态鈥攚这并没有真正被彻底地探索。

DER的功率输出可能会影响局部电压分布,因此在DER频率调节分析中考虑局部电压以避免配电网中的问题非常重要。然而,现有的频率动态仿真工具主要是针对输电系统开发的,无法模拟高穿透率下的配电网动态。

因此,我们在NREL开发了一个基于大规模基础设施协同仿真(HELICS)平台的开源分层引擎的DER频率响应分析新框架。HELICS通过整合输电、配电和通信领域来模拟区域和互联规模的电力系统行为。

我们新的输电和配电(T&D)动态协同仿真平台的优势在于,在输电和配电模拟器中,分别针对频率和电压动态,明确和准确地建模了DER。该建模为我们提供了研究DER如何提供频率响应所需的视角。该T&D动态联合仿真模型的更多细节可在我们的文章《IEEE智能电网交易》中找到。

研究通信延迟的影响

研究DER频率响应的一个重要方面是了解DER通信延迟的影响,或者如果出现问题会发生什么。

在研究的第一阶段,我们使用新的协同仿真工具,模拟了数十个具有不同程度DER通信故障的高度详细的大规模场景。

我们使用了一个合成配电网络作为我们的测试案例,包括每个负载总线上的40个DER,在IEEE 39总线系统中总共有19个负载总线,共760个DER。每个负荷母线上的DER发电量占负荷的20%,且DER分布均匀。

我们的结果表明,当系统失去一台常规发电机后,使用DER提供二次频率控制时,仅4秒延迟就会导致系统不稳定。在开放通信网络中,如果发生多个中断,如通信/路由延迟、拥塞或高设备响应率,总延迟至少为几秒鈥攁延迟时间越长,不稳定风险越高。如果DER高级控制设计不考虑通信变化,则不稳定的风险更大鈥攁增益,表明研究DER频率响应的重要性。

电动汽车案例研究

在我们研究的另一阶段,我们通过电动汽车(EV)对电力系统频率调节影响的案例研究,深入研究了DER频率响应。

配备电池的电动汽车具有以下能力和灵活性:(1)提供快速频率响应,(2)帮助缓解系统频率波动,以及(3)增强系统频率稳定性。然而,车网频率调节也可能影响大容量电力系统频率响应和本地配电网电压分布。我们想知道如果发生通信故障,电动汽车如何支持电网。

为了进行此案例研究,我们将新的动力学模型添加到我们的协同仿真工具中,以显式模拟电动汽车动力学。然后,我们模拟了不同程度通信故障的场景。我们发现,并网电动汽车具有恢复系统频率的巨大潜力,当它们能够将状态从完全充电变为完全放电时,它们能够以最快的速度恢复系统频率。

这些只是我们最近对广泛存在DER的电力系统运行的分析中的几个亮点,但我们还有很多研究要做。通信网络和电力系统现在基本上是相互交织的,但它们在历史上一直是孤立的。

未来的能源系统依赖于通信网络,通信网络也依赖于能源系统。我们必须跨学科合作,共同规划合作,确保低碳能源未来的光明。

标签:工业机器人机器人应用配件与装备人工智能系统及软件行业资讯
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