התפקיד הקריטי של שליטה אלגוריתמים במיקרוגריריד סטריאנס

מיקרוגרידים מייצגים שינוי פרדיגמטי כיצד אנרגיה נוצרת, מבוזרת ונצרכת. A מיקרוגריד היא קבוצה מקומית של מקורות חשמל ועומסים שבדרך כלל פועלים מחוברים לרשת המרכזית המסורתית, אך יכול לנתק ולפעול באופן אוטונומי כתנאי פיזי או כלכלי.היציבות של מערכות אלה אינה רק נחמדה טכנית; היא המיטה שעליהן אמינותה של כוח מודרני בנוי, ללא יכולת הפעלה מעגלית, כמו מרכזי בקרה גמישים, ללא יכולת עמידה, או לספק תשתיות חיוניות, או יציבה של תאים חיוניים, ללא יכולת עמידה, כמו מרכזי כוח, ללא יכולת עמידה, או כוח, או כוח קריטיים, או , כמו מרכזי, ללא יכולת עמידה, או נית.

בליבתו, יציבות מיקרוגרריד מתייחסת ליכולת המערכת לחזור למצב נורמלי שפועל לאחר שכפוף להפרעה גופנית.זה כרוך בשמירת שלושה פרמטרים קריטיים בגבולות מקובלים: FLT:0voltage, תדירות, וחשמל זורם אנרגיה באופן שווה את כוח ה-PVFLT:1 במצב מופצה, חוסר המיקרו-גרידיבי של ההמונים הגדולים הנמצאים ברשת sSyncous המסורתית של כוח עובר באופן שווה על פני מערכת חיסון מהיר (או לחץ דם) או לחץ דם רגישה פתאומי על פני כדורית (או מכווץ) באופן בלתי-אווירה) באופן בלתי-מסוגרמטית) באופן בלתי-מסוגרמטית (מחדש) הוא גורם בעל השפעה גבוהה יותר ויותר על פני מערכת מתקדמת יותר ויותר על פני כדורית (מסוגלדרנטית) באופן בלתי-מסוגלדרמטית) באופן בלתי-מספקית) באופן בלתי-מסוגרטיבי, במיוחד על פני מערכת בעלת השפעה נמוכה יותר ויותר, במיוחד על פני מערכת בעלת השפעה גבוהה של אנרגיה מתקדמת של אנרגיה מכווץ גבוה יותר ויותר, באופן בלתי-מסוגלדרמטית של אנרגיה מחוזקהדרמטית (מספקת של אנרגיה מחוזק גבוה יותר ויותר, במיוחד על פני מערכת הפעלה מהירה של אנרגיה מחוזק גבוה יותר ויותר

מעבר לפיזיקה, ההשלכות הכלכליות של חוסר יציבות הן עצומות.עבור מתקנים מסחריים ותעשייתיים הפועלים מיקרו-צמחונים, אירוע יציבות יחיד יכול להיות ייצור downtime, מלאי מקלקל באחסון קר, או נתונים מושחתים בחדרי השרת.העלות של חוסר יציבות מוסתרת לעתים קרובות פרמיות ביטוח וחשבונות דלק גיבוי, אבל זה ישירות שוחק את ההחזר על ההשקעה עבור מתקני DER.

מדוע שליטה מתקדמת אינה אופטימית יותר

המעבר מצרכנים חשמליים פסיביים לפרוזמונים – נטיות שמיוצרות וצורכי אנרגיה – הפכו את שיטת הבקרה המסורתית ליזמים.קלאסית-אינטר-אינטגרטיבית (PID) בקרים, בעוד שיעילותן של מערכות לינאריות, זמן-זמן, ניתוק די קצר כאשר הן מתמודדות עם הטבע הלא-לינארי וסטוצנטרי של מיקרופורמיים.

הציווי אינו רק לשמור על יציבות בסיס, אלא גם לייעל ביצועים בזמן אמת.אלגוריתם שליטה חזק חייב לנהל בו זמנית את התדר והמתח, להבטיח מעברים חלקה בין מצבי רשת המחוברים לאי, לאפשר יכולת שחורה לאחר התמוטטות מערכת כוללת, וייעל את העברת האנרגיה הכלכלית של מקורות שונים.עבור מפעילי צי מסחריים המשלבים כלי רכב חשמליים (EV) מחסנים, זה מתורגם ישירות לביקוש לתצורה של מערכת אבטחה ממוקדת, והימנעות מצריכת חשמל של מערכת העצבים, היא מוגבלת, והימנעות מצריכת חשמל של מערכת אבטחה, והימנעות מצריכת חשמל של מערכת אבטחה מרכזית, ומאובטחת, ומאובטחת, היא בעלת עלויות אבטחה מלאה של מערכת העצבים.

אימוץ שליטה מתקדמת כבר לא אופציונלי - זה הכרחי תחרותית. יצרני כוח עצמאי ומפעילי מתקנים מסחריים גדולים שמשקיעים בקרים מיקרוגרריד של האמנות-הארט רואים הרבה יותר גבוה זמן וניצול טוב יותר של נכסים מתחדשים. הפער הטכנולוגי בין אוטומציה קונבנציונלית לבין בקרה מיקרוגרידית מודרנית הוא רחב במהירות, ואלה נופלים מאחור לא יוכלו לשלב את הנתח הגדל של משאבים המבוססים על בסיס יעילות ללא שלמות.

אתגרים מרכזיים בעיצוב רובוסט שליטה אלגוריתמים

פיתוח אלגוריתמים שניתן לסמוך עליהם עם השלמות התפעולית של תיק נכסי אנרגיה רב מיליון דולר הוא בעייתי עם אתגרים.אלה לא רק מגבלות מתמטיות תיאורטיות אלא גם מכשולים הנדסיים מעשיים שמתגשמים בפעילות בזמן אמת.

מערכת לא ליניארית דינמיקה ומודל מורכבות

מיקרוגרואידים הם מערכות לא לינאריות מטבען. Transformer saturation, inverter מעבר לשעות מתות, והכימיה הפיזית של אחסון סוללות מציגה דינמיקות שלא ניתן לתפוס במדויק על ידי מודלים לינאריים. a בקר שמבוסס על מודל פשוט של מדינה-מרחב סביר להיכשל כאשר המערכת מגיעה לנקודת הפעלה כל כך רחוק משינוי שדהי משקל נומינאטיים.

פרדוקסלי בלתי-וודאות וחידוש

(ההתנהגות של DERs 2018 היא ראשית: הפלט של דינמיקה PV לא שגרתית עם אי-קריה וטמפרטורה.קיבולת סוללה מתפוגגת לאורך זמן, שינוי הדינמיקה המטען/הטעינה שלה, דור הרוח הוא סטוצ'סטי ביסודו של דבר אלגוריתם בקרה חזק לא יכול להניח פרמטרים קבועים של צמחי; זה חייב להבטיח יציבות בטווח מוגדר של פרמטרים משפחה.

תקשורת קונסטרינטס ואבטחת סייבר-Physical Security

תוכניות בקרה דיסטריות מסתמכות על רשת תקשורת כדי לשתף נתונים של חיישן והוראות הפעלה בין גנרטורים מבוזרים.זה מציג פרצות של טייסים. Latency, אובדן החבילה, ואפילו התקפות סייבר מתואמות יכולות להשחית את אות הבקרה ולהוביל להתקפות פיזיות אסון (התולעת סטטיקס) מוכיחה כיצד התקפה על מערכות בקרה תעשייתיות יכולה להרוס מכונות פיזיות.

Constraints on Embedded Hardware

אלגוריתמים מתקדמים דורשים לעתים קרובות לפתור בעיות אופטימיזציה גדולות במרווחי תת-מילות.הבקרים המוטבעים המשמשים בדרך כלל במיקרו-צמחים - מעבדי אותות דיגיטליים (DSPs) או מעבדי ARM Cortex - יש יכולת צף מוגבלת וזיכרון.המהנדסים האלה כדי לאזן מורכבות נגד עלות חישובית (לדוגמה, MPC עבור מיקרוגריד עם 20 DERs עשויים לפתור תוכנית קבועה של שימוש ב-אתרי של מיקרוסקופית ב-ל-ל-ל-ל-ל-ל-ל-ל-ל-ל-הספקיבית עם רזולוציה כה נדיר של שימוש זה לפעמים).

מקור: Taxonomy of Control Solutions for Microgrids

כדי להתמודד עם האתגרים האלה, חוקרים ומהנדסים פיתחו היררכיה של ארכיטקטורות בקרה מתוחכמות.אין גישה אחת היא panacea; לעתים קרובות, מסגרת היברידית המשלבת את נקודות החוזק של אסטרטגיות מרובות מניבה את תוצאות השדה הטובות ביותר.

Droop Control ו-Virtual Synchronous Generators

השיטה הנפוצה ביותר של בקרה מבוזרת במיקרו-גורים היא שליטה על רופ, אשר מחקה את ההתנהגות של רגולציה עצמית של מכונות סינכרוניות.הפולשים להתאים את נקודות ההתייחסות לתדירות ולמתח שלהם ביחס הפוך לתפוקה כוח פעיל ותגובה מחדש של כוח מזהמים (VMA) לא מאפשר למספר רב של חומרים לשותפים ללא צורך בתקשורת בין-ענישה.

בקרת מודל (MPC)

בקרת מודלים הפכה אבן הפינה של ניהול האנרגיה המיקרוגרידי המודרני.בניגוד לבקרים תגובתיים ששגיאות נכונות רק לאחר התרחשותם, MPC משתמשת במודל דינמי פנימי של המערכת כדי לחזות את האבולוציה העתידית שלה על פני אופק סופי.בכל רגע נתון, בעיה אופטימיזציה מופעלת באינטרנט כדי למצוא רצף בקרה קבוע מראש של תפקוד עלות מוגדרת מראש - באופן חד פעמי שילוב של תדירות, הסתברות, מתח, וירידה של מגבלות זמן קצר לאחר מכן, כמו מגבלות זמן פיזיות, לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ דם קבוע מראש, הוא ביעילות, רק על ידי לחץ על ידי לחץ אוויר, ומגבלות זמן קצר לאחר מכן, לחץ אוויר, תוך זמן קצר לאחר מכן, רק על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ אווירי חירום, הוא יעיל על ידי לחץ אווירי חירום, רק על ידי לחץ אוויר, כי הוא יעיל על ידי סוללה, על ידי לחץ דם קבוע מראש, על ידי לחץ אווירי חירום, אשר מנקה, רק על ידי מערכת אבטחה קבוע מראש, כי הוא יעיל על ידי אלגוריתם קבוע מראש על ידי מערכת אבטחה קבוע מראש, כי הוא יעיל על ידי לחץ על ידי מערכת אבטחה מראש על ידי מערכת אבטחה קבוע מראש על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי תיקון יעיל על ידי לחץ על ידי מערכת אחסון

אדריכלות שליטה הסתגלות

כאשר הפרמטרים של המערכת נסחפו לאורך זמן בשל ציוד ההזדקנות או שינוי תנאי הסביבה, בקר קבוע יכול לאבד ביצועים. התאמת שליטה מודולים המאפיינים שלה בזמן אמת כדי לשמור על תגובה סגורה הרצויה, יישום משותף הוא אותות הסתגלות מודלים (MRAC), שבו כוח האלגוריתם של מערכת חישובית בפועל כדי לעקוב אחר הפלט של מודל ההתייחסות הגופנית של מינכן באופן קבוע.

H-Infinity ו- μ-Synthesis: Promised Robustness

כאשר המערכת חייבת לשמור על יציבות באופן מוחלט מתחת לשילוב הגרוע ביותר של אי-וודאויות, תיאוריית הבקרה הליניארית מספקת ערבויות מתמטיות. H-infinity (H ⁇ ) בעיצוב עיצוב פורמולציות שליטה כבעיה אופטימיזציה בתחום התדר, במטרה למזער את העלייה בתפקוד ה-H-CDC להגדרות של בקרה מוסדרות (ה-H) באופן ישיר מגביל את הרגישות המערכת להפרעות חיצוניות.

מערכת בקרת בקרת Multi-Agent (MAS)

בקרים מרכזיים יוצרים נקודה אחת של כשל.אדריכלות מבוזרת להקצות סוכן אוטונומי לכל DER, אשר מקבל החלטות מקומיות בהתבסס רק על מדידות שכנות. בהשראת צינורות ביולוגיים, אלה Multi-Agent Systems להשתמש אלגוריתמים כדי להגיע להסכם גלובלי על משלוח כלכלי או תדירות שיקום ללא פיקוח על מערכת ההפעלה באופן איטי יותר, למשל, כדי לשמור על תדירות המערכת ב -60 הרץ, כל קנה מידה פעיל שלה עם יכולת משולבת לעתים קרובות עם זאת, עד כדי להתאים את ה-ידי מפקחת של קיבולת ה-ה של קיבולת ה-ידי קיבולת ה-ידי קיבולת ה-הפעולה יעילה יותר ויותר.

Integrating Machine Learning with Physical Control Laws

הגבול בין תיאוריית הבקרה ומדע הנתונים מטושטש, נותן עלייה לרשתות עצביות מיודעות בפיסיקה (PINNs) ובקרי חיזוק עמוקים (DRL) .בקר רשת עצבי "שחור" טהור יכול ללמוד מדיניות אופטימלית לניהול מערכת אחסון סוללות על ידי משחק מיליוני שיטות מורכבות של מסחר אנרגיה נגד מודל שוק לינארי, ללא מגבלות פיזיות מוטבעות בתהליך הלמידה, סוכני DRL אלה יכולים לגלות מדיניות בטוחה שיש להלביש לחץ על תפקודים של מערכת אבטחה יעילה של מערכת הפעלה יעילה של מערכת הפעלה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה יעילה של מערכת אבטחה יעילה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה, במיוחד של מערכת אבטחה בלחץ זמן מבוססת לחץ דם יעילה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה יעילה של מערכת אבטחה יעילה של מערכת אבטחה בלחץ זמן מלחיצה על בסיס מערכת אבטחה, כולל מערכת אבטחה יעילה של מערכת אבטחה יעילה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה בלחץ זמן המונעת של מערכת אבטחה יעילה של מערכות הגנה מפני מודל אבטחה בלחץ זמן מלחיצה על בסיס מערכת אבטחה יעילה של מערכת אבטחה בלחץ מערכת אבטחה בלחץ יעיל של מערכת אבטחה בלחץ זמן מלחיצה על בסיס מערכת אבטחה בלחץ זמן מלחיצה על בסיס מערכת אבטחה בלחץ יעיל של מערכת אבטחה בלחץ יעיל של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה בלחץ זמן מרתיעה, עם מערכת הפעלה יעילה של מערכת הפעלה יעילה של מערכות

פריסה מעשית של בקרים מבוססי מכונה-learning דורש תשומת לב זהירה לאיכות הנתונים ולכלל מודל. סוכן DRL שהוכשר על נתוני קיץ עשוי להתנהג באופן לא נכון במהלך סופה בחורף אם דפוסי מזג האוויר אינם מיוצגים היטב.עבר למידה ותיקון התחום אקראי הם טכניקות מתפתחות כדי לגשר על הפער הזה, אבל הם מוסיפים מורכבות לתהליך אימות אנרגיה.

אתגרים מעשיים והתאמה

תרגם אלגוריתמים מתקדמים מסימולציה MATLAB לבקר מוטבע במצע הוא אלגוריתם לא-trivial הנדסה אלגוריתמים של RT-זמנית חייב להיות קוד אוטומטי ומורכב עבור מערכות הפעלה בזמן אמת המבטיחות זמני ביצוע מעודכנים (עבור מפעילי צי), יכולת הפעולה של בקר וירטואליים ממוכרים שונים היא נקודת כאב עיקרית.

בנוסף, עמידה בקודי הרשת המקומיים היא דרישה משפטית שמעצבת את העיצוב של שליטה בארה"ב, תקנות אמינות FLT:0 ânRC אמינות תקנים FLT:1 (למשל, PRC-024 עבור תדירות נסיעה דרך) לכפות תשובות ספציפיות שלב-דומיין כי הבקר חייב לספק סטנדרטים דומים באירופה (הרשת האירופית של מערכות טרנספורמטים עבור חשמל, ®SOE) ושווקים רבים של חיבור זמן לא צריך גם בתנאי בקרה מיקרו-קויים אלה.

כיוונים עתידיים: מפגיעה במיקרוגרידים האוטונומיים

האופק של בקרה מיקרוגרידית נע לכיוון אוטונומיה מלאה.טכנולוגיית תאום דיגיטלית יוצרת עותק וירטואלי חי, נאמנות גבוהה של המיקרוגרריד הפיזי המתעדכן ללא הרף עם נתוני חיישן.זה תאום יכול לרוץ אלפי תרחישים "מה אם" במקביל, זיהוי בעיות יציבות פוטנציאליות - כמו התחדשות מיקרו-זמן קדמית - לפני שהם מתגלים במציאות.

כיוון מרגש נוסף הוא היישום של ההרחבה:0 (data-oriented MaintenanceFLT:1 משולב עם שליטה. על ידי ניתוח מיקרו-השפעה של תפוקה בלתי נמנעת, הבקר יכול לזהות סימנים מוקדמים של ההזדקנות קיבולטור או IGBT השפלה ולוח הזמנים רכיב פעיל, למנוע כשלים לא צפויים שיכולים לערעור את המיקרוגרפי.

בעוד תערובת האנרגיה העולמית ממשיכה את המעבר הבלתי ניתן להחלפה, ארכיטקטורת הבקרה תהיה התכונה המגדירה הקובעת האם מיקרוגרריד הוא תוספת שברירית או מערכת כוח אוטונומית חזקה המסוגלת להוציא את רשת המורשת.עבור צי ותעשיות כבדות נכסים, המסר ברור: הערך של משאב אנרגיה מבוזר אינו ביכולתו, אלא באיכות של אלגוריתמים היום הוא ניהול מחדש של אלגוריתמים.