Роль распределенных энергетических ресурсов в повышении устойчивости и устойчивости микросетей

Поддержка напряжения и реактивный контроль мощности

Стабильность напряжения по своей природе локальна. По мере того, как ток течет по линиям распределения, напряжение падает из-за импеданса линии. DER, оснащенные интеллектуальными инверторами, могут впрыскивать или поглощать реактивную мощность (измеренную в вольт-амперах реактивных или VAR) для регулирования напряжения в точке межсоединения. Это активное управление напряжением является основным сдвигом от обычных распределительных систем, где напряжение управлялось исключительно заменителями подстанции и фиксированными банками конденсаторов. Стандарт IEEE 1547-2018 предписывает, что смарт-инверторы поддерживают функции вольт-VAR и вольт-ватт. Это позволяет солнечному инвертору или аккумуляторной системе автономно регулировать реактивную выходную мощность на основе локальных измерений напряжения, создавая саморегулирующийся профиль напряжения по микросети. Например, если облако проходит через солнечную батарею и активная выходная мощность внезапно падает, инвертор может одновременно наращивать реактивную мощность для поддержания стабильности напряжения для близлежащих нагрузок.

Балансировка нагрузки и перемещение энергии

Микросети должны непрерывно соответствовать генерации с нагрузкой. DER, особенно аккумуляторные батареи и нагрузки, реагирующие на спрос, превосходно поглощают краткосрочные несоответствия. Во время пикового потребления BESS может разряжать накопленную энергию для компенсации спроса, снижая нагрузку на распределительное оборудование и сводя к минимуму необходимость запуска резервных генераторов. В периоды низкой нагрузки с высокой возобновляемой мощностью батарея может заряжаться, предотвращая условия перенапряжения и избегая сокращения чистой энергии. Передовые контроллеры микросетей используют алгоритмы прогнозирования в сочетании с модельным прогнозным управлением для оптимального планирования диспетчерской службы DER. Например, микросети, обслуживающие коммерческий кампус, могут предварительно охладить здание с использованием холодного хранения воды и питания батареи перед ожидаемой дневной тепловой волной, эффективно сглаживая кривую чистой нагрузки и продлевая срок службы всего подключенного оборудования.

Центральная роль энергохранилища

В то время как каждый DER способствует стабильности, аккумуляторы служат в качестве операционного стержня. Он устраняет временной разрыв между переменной возобновляемой генерацией и твердым спросом на нагрузку. Хорошо размерный BESS может одновременно предоставлять несколько услуг: регулирование частоты, поддержку напряжения, спиннинговый резерв и пиковое бритье. Эта способность укладывать потоки стоимости является тем, что делает хранение экономически жизнеспособным и технически необходимым для устойчивых микросетей. Литий-ионные батареи показали значительное снижение затрат за последнее десятилетие, но технологии длительного хранения (четыре часа или более), такие как проточные батареи и системы зеленого водорода, набирают силу для микросетей, которые должны выдерживать многодневные отключения. Гибридная архитектура хранения - низкодоходный литий для качества электроэнергии и длительный поток для устойчивой доставки энергии - обеспечивает надежную стабильность при всех условиях эксплуатации.

Устойчивость к высоко-влиятельным событиям

Устойчивость, с другой стороны, относится к способности системы готовиться, выдерживать и быстро восстанавливаться после экстремальных событий, таких как ураганы, лесные пожары, кибератаки или сбои оборудования. DER превращают микросети из пассивной резервной системы в активный, самовосстанавливающийся источник питания.

Бесшовные острова и автономная операция

Отличительной чертой устойчивой микросети является ее способность к острову - отключаться от неисправной сети коммунальных услуг и продолжать поставлять локальные нагрузки без перерыва. Это требует высокоскоростных реле защиты, главного контроллера, который распознает нарушения в сети, и DER, которые могут мгновенно переходить от сети, следуя режиму формирования сети. Во время неисправности коммунальных услуг контроллер открывает точку общей связи, а аккумуляторные системы, солнечные инверторы и любые вращающиеся генераторы регулируют свою выходную мощность для удовлетворения местного спроса. Этот переход должен происходить в течение циклов, чтобы гарантировать, что чувствительные нагрузки - такие как центры обработки данных, больничное оборудование или аварийное освещение - никогда не испытывают провисания напряжения или мгновенного прерывания. После островного, микросеть работает автономно, уделяя приоритетное внимание критическим нагрузкам на основе доступной генерации, состояния заряда батареи и запасов топлива. Несущественные нагрузки могут быть потеряны автоматически для продления времени выполнения. Надежные микросети могут поддерживать автономную работу в течение нескольких часов или даже дней, в зависимости от емкости хранилища и доступности возобновляемых ресурсов.

Черный старт и контролируемое соединение

При отключении в широких пределах большинству крупных электростанций требуется внешнее электричество для перезапуска вспомогательных систем, что может задержать восстановление на несколько дней. Микросети на базе DER с батареей, формирующей сетку, могут выполнять черный пуск без внешней поддержки. Аккумулятор заряжает энергией локальный распределительный фидер, солнечные инверторы синхронизируются со стабильной волновой формой, а нагрузки выводятся в сеть в заранее определенной последовательности. Эта возможность может сократить время простоя от недель до часов для критических объектов. После восстановления основной сети микросети должны тщательно ресинхронизироваться. Современные интеллектуальные инверторы могут точно соответствовать напряжению, фазовому углу и частоте перед закрытием выключателя, предотвращая большие токи включения, которые могут повредить оборудование или вызвать другое отключение. Этот процесс должен быть полностью автоматизирован, чтобы минимизировать человеческую ошибку во время событий высокого напряжения.

Увольнение через распределенный контроль

Устойчивость — это не только общая мощность генерации; она зависит от устранения отдельных точек отказа. Микросети с одним большим генератором остаются уязвимыми для отказа этого генератора или нарушения подачи топлива. Портфель разнообразных DER — солнечные массивы на нескольких крышах, батареи в разных местах, небольшие блоки ТЭЦ — создает избыточность N + 1. Если один ресурс теряется из-за неисправности оборудования, пожара или наводнения, другие могут компенсировать. Продвинутые микросети также распределяют интеллект управления. Вместо того, чтобы полагаться на один центральный контроллер, который может стать целью кибератаки, они используют многоагентные системы, где каждый контроллер DER принимает локальные решения при координации со сверстниками. Этот распределенный подход имитирует надежность естественных систем и обеспечивает сильную защиту как от физических, так и от киберугроз.

Операционные микросети с поддержкой DER: тематические исследования

Реальные проекты последовательно подтверждают теоретические преимущества DER в приложениях микросетей. Blue Lake Rancheria microgrid в Калифорнии объединяет 0,5 мегаватт солнечной фотоэлектрической энергии с аккумуляторной батареей и резервной генерацией. Во время отключений, связанных с лесными пожарами, эта микросетка успешно работала и обеспечивала непрерывную электроэнергию племенному сообществу, в то время как окружающие районы оставались без электричества в течение нескольких дней. В Пуэрто-Рико после урагана Мария тысячи систем хранения солнечной энергии плюс хранение были развернуты в качестве микросетей. В Японии , микросетка Sendai поддерживала полную работу больницы во время землетрясения и цунами в Тохоку в 2011 году. На острове Нантакет в Массачусетсе микросетка, интегрирующая ветровой, солнечный и аккумуляторный аккумуляторы, заменила один дизельный генератор, уменьшив затраты на топливо более чем на 40 процентов, одновременно повысив