המורכבות הגוברת של Power Grids עם משאבים אנרגיה מופחתת

המעבר הגלובלי לאנרגיה מתחדשת מעצב מחדש את הארכיטקטורה של מערכות חשמל. Distributed Energy Resources (DERs) - כולל מערכות פוטו-וולטאיות סולאריות גג (PV), טורבינות רוח קטנות, אחסון סוללות, ואפילו מטען רכב חשמלי - משולבים ברשתות הפצה בקנה מידה חסר תקדים, בעוד משאבים אלה מציעים יתרונות סביבתיים וכלכליים, הם גם מציגים אתגרים תפעוליים חדשים, אשר היו פעם קונפיגורציה מרכזית, וניתן לנפץ את הרשתות המשתנים באופן בלתי צפוי.

כדי לנהל את המורכבות הזו ולהבטיח כי שילוב DER הוא בטוח ויעיל, מהנדסי רשת מסתמכים במידה רבה על מחקרי זרימה של תפוצה:0 (נקרא גם מחקרי זרימת חשמל) אלה יוצרים את עמוד השדרה האנליטי של תכנון רשת ותפעול, מתן תובנה כמותית הדרושה לענות על שאלות קריטיות: היכן צריך להוסיף DERs לפני הרשת דורשת שדרוג אסטרטגיות מתח?

מאמר זה חוקר את יסודות של מחקרי זרימת העומס, תפקידם הספציפי באינטגרציה DER, מהנדסי תהליך שלב אחר צעד לעקוב, ואת היתרונות הרחבים יותר כי זורם ניתוח קפדני. בין אם אתה מתכנן שירות, יועץ, או מפתח אנרגיה מתחדשת, הבנה מחקרים זרימת עומס חיוני לבניית רשת גמישה, נמוכה פחמן.

מה הם מחקרי תזרים? - ⁇

בליבתו, מחקר על זרימת עומס הוא ניתוח מספרי של רשת חשמל שפועלת בתנאים יציבים של מדינתיים.המטרה היא לחשב גודל מתח וזווית שלב בכל אוטובוס (לאדה) במערכת, כמו גם אמיתי וחדשני כוח זורם על כל ענף (שורה של חדלות, שינוי או כבל). בנוסף, מערכת הסימולציה קובעת הפסדים ומזהה כל הפרות של מגבלות תרמיות או מתח.

מוסד מתמטי

ניתוח זרימה עומס הוא בעיה של פתרון של משוואות אלגבריות לא לינאריות - מאזן הכוחות משוואות.עבור רשת עם FLT:0NIRFLT:1 אוטובוסים, המשוואות מבטאות כי הכוח הנקי מוזרק בכל אוטובוס (מטען דור מינוס) חייב להיות שווה את הכוח זורם לתוך הרשת.

  • (FLT:0) Newton-Raphson (NR) שיטת: ההרחבה: ההרחבה: 1 מציעה התכנסות קוואדרטית והוא חזק עבור רוב רשתות ההפצה וההעברה.
  • (ב) ⁇ :0) ,G (G) שיטת ההרחבה: FLT 1 פשוטה יותר אך איטית יותר; לעיתים בשימוש במערכות גדולות, חסרות תנאים שבהם NR הוא פחות יציב.
  • שיטת ה-FLT:0 (Fast-Decoupled Method: ⁇ 1) A Simplification of NR שמנצלת את ההפיכה החלשה בין כוח אמיתי לעוצמה ועוצמה מתח, ומספקת יתרונות מהירים עבור תאוריות מסוימות של רשת מסוימת.
  • (FLT:0) Backward-Forward סוויפ (BFS03):FLT 1 תוכנן במיוחד עבור מערכות הפצה רדיואריות, BFS הוא יעיל מאוד בשימוש נרחב במחקרים של אינטגרציה DER.

כלי תוכנה וסטנדרטים

מהנדסים מבצעים מחקרים על זרימת עומס באמצעות חבילות תוכנה מיוחדות כגון:0PSS®SINCALIRLT 1, CYME, DIgSIL PowerFactory, GridLAB-D, ו- Open-source חלופות כמו OpenDSS ו- MATPOWER. 970 כלים אלה מקבלים נתונים טופולוגיים ברשת, פרופילים ומודלים DER, ולאחר מכן תואמים את נקודות התפעוליות הקבועות של תקן עבור תקן IR.

מחקר רגיל של זרימת עומס מפיץ דו"ח מקיף הכולל:

  • גודל וולט בכל אוטובוס (בדרך כלל בא לידי ביטוי בעונש).
  • שלב זהה הבדלים בין הענפים.
  • זרם חשמל אמיתי וחדשני (MW ו- MVAR) על כל קו.
  • מטענים ואחוזי טעינה.
  • אובדן מוחלט של מערכת (I2R Losss)

תפקיד קריטי של מחקרי טעינה ב-DER אינטגרציה

חדירה לרשת הפצה קיימת אינה פעולה פשוטה "פג'ו-משחק" (plug-and-play) שלא כמו גנרטורים מרכזיים גדולים, DERs לעתים קרובות מחוברים ברמות מתח נמוכות יותר, מפוזרים באופן נרחב, וייתכן שהם בבעלות צדדים שלישיים שאינם לתאם את התפוקה שלהם עם השירות.ללא ניתוח זהיר, הבעיות הבאות יכולות להתעורר:

  • (FLT:0) עלייתה והפרה של גבולות חוקתיים:FLT:1 כאשר מערכת PV סולארית מייצאת כוח במהלך אי-דיור גבוה, המתח המקומי יכול לעלות מעל הטווח המותר (לעתים קרובות +5% בחלוקת) מחקרים על עומסים מזהים את יכולת DER המקסימלי שניתן לחבר לפני שהמתחים יתעלמו.
  • (FLT:0) זרם כוח הפוך: 1.FLT:1 בתפוצה מסורתית, זרימת החשמל מן המצע לטעון. DERs יכול להפוך את זרימת זה, עשוי לטעון ציוד לא מיועד לפעולה דו-כיונית (למשל, רגולטורים מתח, פתיחות, סימולציות) מגלה מתי והיכן זורם לאחור עולה על דירוגים.
  • (FLT:0) increaseed עיוות הרמוני:FreaLT:1 ; DERs מבוסס Inverter מזרקת הרמוניות לתוך הרשת, בעוד שתוקפים מודרניים לציית IEEE 519, ההשפעה המצטברת של DERs רבים יכול להגדיל את עיוות הרמוני הכולל (THD עומס גרור מחקרים עם ניתוח הרמוני יכול לחזות רמות THD והדרכה (למשל, מסננים).
  • (FLT:0) יתרות על המידה:FLT:1 ; אשכול של DERs לייצא בו זמנית עלול לגרום קו או זרמי משנה כדי לעלות על הדירוג המתמשך שלהם, במיוחד על להאכיל שעוצב במקור עבור עומסים נמוכים יותר.
  • (FLT:0) הפחתה של תיאום: FLT:1 DERs יכול לתרום פגומים נוכחי (מכונות סינכרוניות) או להפחית את זרם השגיאה הנוכחי (מפעילים עם הסתמכות נוכחית) זה משנה את הרגישות של הודעות הגנה.

ניתוח סקרנירו: המפתח לתכנון Robust

הערך של מחקרי זרימת העומס מכפיל כאשר מהנדסים ליישם אותם על פני תרחישים מרובים. כי פלט DER תלוי מזג אוויר, זמן של יום, והתנהגות לקוחות, תמונה אחת אינה מספיקה.

  • (ב) ,0) ,0 (ב) ,0) , תפוקה של אפס DER: ⁇ FLT:1 מדגיש את הרשת מהצד העומס.
  • (FLT:0) מטענים מינימליים / פלט DER מקסימלי:BuildFLT:1) המקרה הגרוע ביותר להעלאת מתח וזרימה הפוכה (לעתים קרובות תרחיש "חדירה גבוהה").
  • (ב) הפחתה של תפוקה מקסימלית של DER: מיפוי 1 (ראה: ⁇ ) בדיקות משולבות לחץ.
  • (ב) תנאי הפחתת השקיפות: אובדן של מהפך או מזין עם DER עדיין באינטרנט.

על ידי הפעלת אלפי סימולציות של הגרלות זמן (למשל, בכל שעה לאורך שנה) באמצעות מדדי קירור סולאריים ופרופילי עומס, מהנדסים יכולים לבנות תוצאות של זרימת עומס פרוביביליסטיים המיישרות את הסבירות של הפרות. גישה זו היא כעת סטנדרטית במחקרים הקשורים למחקרים בקנה מידה גדול של פרויקטים גדולים של DER.

שלב-בי-שלב של מחקרי Load Flow ב-DER אינטגרציה

ביצוע מחקר זרימת עומס עבור אינטגרציה DER הוא תהליך שיטתי המשלב מומחיות הנדסית חשמלית עם טיפול נתונים מפורט. להלן אנו מרחיבים את השלבים הנפוצים המפורטים במאמר המקורי.

שלב 1: איסוף נתונים ואימות

איכות המחקר של זרימת העומס תלויה ישירות דיוק של נתוני קלט. ערכות נתונים חיוניים כוללים:

  • (FLT:0Network Topology:FLT:1 substation הפריסה, דיאגרמות להאכיל, סוגי מנצח, אורך, אימפולסים, דירוגים וחיבורים.
  • (FLT:0) נתונים של לואד: 1FLT (בשעה היסטורית או 15 דקות פרופילים עומס לכל אוטובוס, לעתים קרובות נגזר מ-SCADA, AMI מטר, או מחקר עומס.
  • (ב) ,0) מאפיינים: קיבולת השם של קונסולת 1:1, יכולת כוח תגובתית, מצבי בקרה (למשל, גורם כוח קבוע, תנופה-ואר), והפך בין-קשר למניעה.
  • ערכי הבסיס של מערכת:0 System:00FLT 1 בדרך כלל 100 MVA להעברת שידור, אך מחקרים הפצה עשויים להשתמש 10 MVA או מערכת ענישה המבוססת על דירוג הטרנספורמציה.

אימות נתונים הוא קריטי.מידע לא שלם או שגוי מוביל לתוצאות מטעות.מהנדסים לעתים קרובות נתונים בבדיקה מלאה עם מדידות שדה, רשומות GIS וגליונות נתונים של היצרן.

שלב 2: בניית מודל

באמצעות התוכנה שנבחרה, המהנדס בונה מודל חשמלי של הרשת.זה כרוך בצייר את הדיאגרמה קו אחד (או יבוא מ- GIS), הקצאת ערכי עכבות, וחיבור עומסים ו DERs באוטובוסים הנכונים.המודל חייב לייצג את המערכת תחת תנאי מצב יציב-מצב יציב-מצבי-מצב קווצבי.

החלטות דוגמנות חשובות כוללות:

  • (FLT:0) מודל לחיקוי: FLT:1 צריך לטעון כי יש כוח קבוע, קבוע הנוכחי, או קבוע אימפולס?
  • (הופנה מהדף LT:0) ,00: 1FLT:1 , המופנמים מודרניים יש בקרות מכוונות מהירות (למשל, רגולציה מתח).
  • (FLT:0) משתנים ו הרגולטורים: FIRLT:1 עמדתם ואסטרטגיה השליטה שלהם יש לכלול כדי לדמות פרופילי מתח נכון.

שלב 3: ביצוע סימבול

עם המודל מוכן, המהנדס פועל סימולציות זרימה עבור התרחישים שנבחרו.זמן סימולציה הוא מעדיף אינטגרציה DER כי הוא ללכוד את הקורונולוגי בין עומס, אי-דימנט סולארי, מהירות רוח. כלי תוכנה רבים מאפשרים תסריט אוטומטי לרוץ אלפי מקרים.הסימולציה של מתח, זרימת כוח, והפסדים לכל שלב.

בעיות של הדבקה יכולות להתעורר ברשתות עם חדירה גבוהה עקב תנודות מתח או נוכחות של מכשירים מרובים שליטה.מהנדסים עשויים להיות צריכים להתאים פרמטרים פתרון או לפשט את המודל כדי להשיג התכנסות.OpenDSS, לדוגמה, משתמש פתור זמניים מהיר וארוכי-עור כי מטפל במספרים גדולים של DERs היטב.

שלב 4: ניתוח תוצאות ופרשנות

הפלט הגולמי של סימולציות של זרימת העומס אינו פעיל ללא ניתוח זהיר.מהנדסים בודקים:

  • (FLT:0) פרופילי ווטאז': מתח לוט 1: 1 לוט כנגד מרחק מהתתתת המצע לכל תרחיש.זהה אוטובוסים שבהם מתח עולה על ±5% (או גבולות אחרים).
  • (FLT:0) טעינה: FigFLT:1 לזהות סניפים שבהם טעינה עולה על 100% (כלומר, עומס יתר) הערה כי טעינה צריכה להיות בדרך כלל מתחת 80-90% כדי לאפשר גמישות מבצעית ו contingities.
  • (FLT:0)Losses: FLT:1 , מלאו אובדן מוחלט של מערכת, ואם אפשר, להקצות הפסדים לתצורה מסוימת של DER.הפסדים גבוהים מצביעים על אי יעילות שעשויה לדרוש הפחתה (למשל, קידוד מחדש).
  • (ב) ,0) ,הכוח ההפוך: 1FLT 1 דגל תת-התתת או להאכיל שבו הזרם הפוך עולה על דירוגי העומס לאחור.

הדמיה גרפית - כגון מפות צינור מתח או מזימות זמן - משמש לעתים קרובות כדי לתקשר תוצאות לבעלי עניין שאינם מומחי מערכת חשמל.

שלב 5: אופטימיזציה ואסטרטגיה של מייגציה

בהתבסס על הניתוח, מהנדס מפתח אסטרטגיות כדי לטפל הפרות.צעדי הפחתת נפוצים כוללים:

  • (ב) הפחתה:0 (DER curtailment: FLT:1 Reduction DER) הפחתה של תפוקה בתנאים קיצוניים (לעתים קרובות בשימוש כאתר נופש אחרון או תחת תוכנית בקרה חכמה).
  • (FLT:0) בקרת כוח תגובתי: 1FLT:1; שליטה ואט-וואר או הגדרות כוח קבוע יכול לעזור לווסת מתח.
  • (ב) ,0) שדרוגים:0Network משודרג: 1 להוסיף קו הפצה חדש, שדרוג משנה, או התקנת הרגולטורים של מתח.
  • אחסון:0 (Energy Storage: FLT:1) , שבו אחסון סוללות לספוג דור נוסף בשעות השמש שיא ושחרור בשעות הערב.
  • (ב) ,0) ,Llow Control: דרישות תגובה דרישות אשר נעות עומס כדי להתאים את התפוקה של DER.

לאחר מכן ניתן להפעיל מחדש את הסטיות המוצעות כדי לאמת את יעילותן.תהליך זה מבטיח כי העיצוב הסופי הוא גם צליל טכני ויעילות.

יישומים מתקדמים: סיקור אמיתי ואמיתי

מחקרים מסורתיים של עומס רדיניסטיים מניחים ערכים קבועים עבור עומסים ופלט DER. עם זאת, שניהם אינם בטוחים לחלוטין.כדי לטפל בזה, FLT:0stochastic העומס זורם 1LT:1 שיטות משלבות התפלגות הסתברות עבור עומס ודור. סימולציה מונטה קרלו משמש כדי מדגם אלפי מדינות הפעלה אפשריות, מניבה מדדים פרוביביליסטיים כגון הסבירות של הפרות ערך זה הוא שילוב של משאבים מרובים של משאבים מתחדשים.

יתר על כן, כמו חיישני רשת ותקשורת לשפר, FLT:0 ריאלי זמן זרימה של זרימה של עומס זמן זרימה 1 (נקרא גם זרימת כוח מקוון) הופך להיות אפשרי עבור רשתות הפצה. phasor מדידה יחידות (PMUs) ומערכות ניהול מתקדמות הפצה (ADMS) יכול לעדכן את מודל זרימת העומס באופן קבוע, המאפשר פעולות בקרה דינמיות כגון התאמות אוטומטיות של סטולר.

יישומים אמיתיים ומקריות

כמה שירותים השתמשו בהצלחה בגידול מחקרי זרימת העומס כדי לשלב רמות גבוהות של DERs:

  • (FLT:0)Hawaiian Electric Company (HECO): ההרחבה 1 (HCO) מול כמה מהחדירה הסולארית הגבוהה ביותר בעולם, HECO השתמש במחקרים על זרימת זמן לפיתוח דרישות חיבור "המשתקדמות" שלה.המחקרים הראו כי פונקציות מופנות חכמות (וולטר-ואר, תדירות-וואט) יכולות כפולות של האכלה מסוימת ללא שדרוגים יקרים.
  • (FLT:0) יוזמת REV של מדינת ניו יורק: ההרחבה של מדינת ניו יורק: ההרחבה: PerveFLT:1) תחת תוכנית רפורמת חזון האנרגיה (REV), שירותים כמו Con אדיסון ביצעו ניתוחים מפורטים של רשתות ההפצה שלהם כדי לזהות היכן DERs יכול להיות מקושר ללא חיזוק.התוצאות הודיעו על תהליך חיבור בין-ידי זרם ויצירה של "מפות מיוחדות" עכשיו לציבור עבור מפתחי מפתחי אינטרנט.
  • רשתות ההפצה של אירופה:0 (European Distribution Networks: FLT:1) רבים אירופיים משתמשים במחקרי זרימה של עומס כדי לתכנן עבור כלי רכב חשמליים טעינה שילוב לצד PV.מחקרים הוכיחו כי טעינה מתואמת ואספקת כוח תגובתי של מטען EV יכולים לשמור על איכות המתח תוך תמיכה חדירה מתחדשת גבוהה.

דוגמאות אלה מדגישות כי מחקרים על זרימת העומס אינם רק תיאורטיים – הם הבסיס המעשי של תכנון שילוב מודרני של DER.

תוצאות חיפוש > Why Load Flow Studies Are Indispensable

כדי להשיג מחדש, השימוש השיטתי של מחקרי זרימת העומס עבור אינטגרציה DER מספק יתרונות מוחשיים:

  • (ב) על ידי חיזוי הפרות מתח, עומסים ויציבות לפני התרחשותם, שירותים יכולים למנוע הפסקות וציוד.
  • (FLT:0) שיפור היעילות: ההרחבה של כוח 1 (תיקון: 1) מזרזת את ההפסדים המנוגדים ומשפרת את יעילות המערכת הכוללת, תוך צמצום עלויות התפעוליות ישירות.
  • (FLT:0) יכולת אירוח מבוזרת: FLT:1 ניתוח מפורט מאפשר שירותים כדי להתאים בבטחה יותר DERs על תשתיות קיימות, מופר או הימנעות הוצאות הון עבור שדרוגים קו.
  • (FLT:0) חיסכון: 1FLT להימנע מעומס יתר (התקנה שדרוגים מיותרים) וצמצום אובדן הכנסות של בעלי מניות הם יתרונות כספיים ישירים.
  • (FLT:0) רישום חובה:FLT:1 ; תחומי שיפוט רבים דורשים מחקרים הקשורים (כולל זרימת העומס) כחלק מתהליך ההיתר.
  • (FLT:0) בעלי העניין טרנספורמטיבי: FLT:1 Hosting Capacity מפות ודיווחי מחקר בין-קשר, בהתבסס על ניתוח זרימה קפדנית של עומס, לספק מידע שקוף למפתחים וקובעי מדיניות.

מגמות עתידיות: לטעון Flow Studies in the Decarbonized Grid

ככל שהמעבר לאנרגיה מאיץ, מחקרי זרימת העומס יתפתחו במגמות תחכום.

  • (FLT:0) אינטגרציה עם למידת מכונה: ניב 1 (Nuralרשתות ניטראטים) אשר הוכשרו על מספר גדול של תוצאות זרימת העומס יכול לפעול כפונדקאית, מתן הערכות מיידיות של יכולת אירוח או פרופילי מתח מבלי להפעיל סימולציות מלאות.
  • (FLT:0)-Simulation עם הפצה ומשלוח: ההרחבה:IRLT:1) DERs להשפיע יותר ויותר על רשתות השידור הזרם המרכזי.טעול מחקרים כי שילוב של מודלים של הפצה והודעות שידור (באמצעות מסגרות של שיתוף פעולה כמו FNCS או HELICS) יהפכו לסטנדרט.
  • (FLT:0) אופטימיזציה בזמן אמת: 1FLT:1 ADMS תוכנה לשלב פותרי זרימה עומס לרוץ כל כמה שניות, המאפשרים בקרת מתח סגור ומשלוח דינמי DER.
  • (FLT:0) שלוש-phase un מאוזן זרימה:03FLT:1 ; רוב רשתות ההפצה אינן מאוזנות (במיוחד עם DERs חד-פעמיים).

מסקנה

מחקרי זרימת המטען הם הרבה יותר מאשר תרגיל הנדסי סטנדרטי - הם הכלי האנליטי חיוני עבור בבטחה ושילוב יעיל משאבי אנרגיה מבוזר לתוך רשתות חשמל מודרניות.מזיהוי עלייה מתח וסיכון הפוך כוח זורם כדי לאפשר אסטרטגיות מייגנציה מתוחכמת כמו שליטה מונעת חכם, ניתוח זרימת העומס מספק את הבסיס הכמותי הנדרש עבור החלטות מושכלות, כמו פריסת אנרגיה מתחדשת ממשיכה לצבור, מאסטרי של טכניקות עומס זרימה יהיה להגדיר טכניקות למהנדסים מתקדמים, כמו סימולציה יעילה, כמו שיטות ניתוח יעיל של זמן, כמו בדיקות זמן, כמו בדיקות יעילות, כמו בדיקות זמן, כמו גם סימולציה, כמו בדיקות יעילות, כמו בדיקות יעילות, כמו בדיקות זמן, כמו בדיקות יעילות, כמו סימולציה יעילה, כמו בדיקות סימולציה מתקדמת, כמו בדיקות זמן, כמו בדיקות יעילות, כמו סימולציה יעילה, כמו בדיקות זמן, כמו סימולציה של טכניקות סימולציה יעילה, כמו סימולציה יעילה, כמו סימולציה של טכניקות סימולציה של זמן, כמו גם סימולציה יעילה, כמו סימולציה יעילה, כמו בדיקות זמן רב.

לקריאה נוספת, רשות האנרגיה הלאומית של NREL (REL) "Distribution System Analysis" (Distribution System Analysis) של ההרחבה 1FLT:1 מספקת הדרכה מעשית, בעוד הדו"ח הטכני של FLT:2IEEE על ספיגת מטען עבור הדור המסוים של הדור השלישי מציע נקודת מבט טכנית עמוקה.