Войти
A Microgrid - это децентрализованная группа источников электричества и нагрузок, которые обычно работают подключенными и синхронно с традиционная глобальная синхронная сеть (макрогрид), но также может отключаться в «островном режиме» и функционировать автономно в зависимости от физических или экономических условий. Микросети лучше всего обслуживаются местными источниками энергии, где передача и распределение электроэнергии от крупного централизованного источника энергии слишком далеко и дорого обходится. В этом случае микросеть также называется автономной, автономной или изолированной микросетью .
. Таким образом, микросети повышают безопасность питания в ячейке микросети и могут обеспечивать аварийное питание, переключаясь между автономным и подключенным режимами.. Они также предлагают возможность электрификации сельских районов в отдаленных районах и на небольших географических островах. Как управляемый объект, микросеть может эффективно интегрировать различные источники распределенной генерации (DG), особенно возобновляемые источники энергии (RES).
Управление и защита представляют собой трудности для микросетей, поскольку все вспомогательные услуги для стабилизации системы должны создаваться внутри микросети, а низкие уровни короткого замыкания могут быть затруднительными для выборочной работы систем защиты. Очень важной особенностью также является обеспечение нескольких конечных потребностей, таких как отопление, охлаждение и электричество одновременно, поскольку это позволяет заменять энергоносители и повышать энергоэффективность за счет использования отработанного тепла для отопления, горячего водоснабжения и охлаждения межотраслевое использование энергии).
Министерство энергетики США Microgrid Exchange Group определяет микросеть как группу взаимосвязанных нагрузок и распределенных энергоресурсов (DER) в четко определенных электрических границах, которая действует как единый управляемый объект по отношению к сети. Микросеть может подключаться и отключаться от сети, что позволяет ей работать как в подключенном, так и в автономном режиме.
Исследовательский проект ЕС описывает микросеть как состоящую из низковольтных (LV) распределительных систем с распределенными энергоресурсами (DER) (микротурбины, топливные элементы, фотогальваника (PV) и т. Д.), Накопители (батареи, маховики ), системы накопления энергии и гибкие нагрузки. Такие системы могут работать как подключенными, так и отключенными от основной сети. Работа микроисточников в сети может улучшить общую производительность системы при условии эффективного управления и координации.
Типовая схема электрической сети с возобновляемыми источниками энергии в режиме подключения к сети Микросети университетского городка сосредоточены на агрегировании существующей локальной генерации с несколькими нагрузками, расположенными в узкой географической зоне, в которой владелец легко управляет ими.
Микросети сообщества могут обслуживать тысячи клиентов и поддерживать проникновение местной энергии (электричество, отопление и охлаждение). В микросети сообщества некоторые дома могут иметь некоторые возобновляемые источники, которые могут удовлетворить их спрос, а также спрос их соседей в том же сообществе. Микросеть сообщества может также иметь централизованное или несколько распределенных хранилищ энергии. Такие микросети могут быть в виде микросетей переменного и постоянного тока, соединенных вместе через двунаправленный силовой электронный преобразователь.
Эти микросети никогда не подключаются к Macrogrid и вместо этого постоянно работает в островном режиме из-за экономических проблем или географического положения. Как правило, «внесетевые» микросети строятся в районах, удаленных от любой инфраструктуры передачи и распределения и, следовательно, не подключенных к коммунальной сети. Исследования показали, что использование автономных микросетей в удаленных районах или островах, где преобладают возобновляемые источники, снизит нормированную стоимость производства электроэнергии в течение срока реализации таких проектов микросетей.
Большие удаленные районы могут быть поставляется несколькими независимыми микросетями, каждая из которых имеет своего владельца (оператора). Хотя такие микросети традиционно проектируются как энергонезависимые, прерывистые возобновляемые источники и их неожиданные и резкие изменения могут вызвать неожиданный дефицит мощности или чрезмерную генерацию в этих микросетях. Это немедленно вызовет недопустимое отклонение напряжения или частоты в микросетях. Чтобы исправить такие ситуации, можно временно соединить такие микросети с подходящей соседней микросетью для обмена энергией и уменьшения отклонений напряжения и частоты. Это может быть достигнуто с помощью переключателя на основе силовой электроники после надлежащей синхронизации или прямого соединения двух силовых электронных преобразователей и после подтверждения стабильности новой системы. Определение потребности в соединении соседних микросетей и поиск подходящей микросети для связи может быть достигнуто с помощью подходов к оптимизации или принятию решений.
Эти микросети активно развертываются с упором на физическую и кибербезопасность военных объектов, чтобы обеспечить надежное электроснабжение, не полагаясь на Macrogrid.
Эти типы микросетей быстро развиваются в Северной Америке и Азиатско-Тихоокеанском регионе; однако отсутствие общеизвестных стандартов для этих типов микросетей ограничивает их во всем мире. Основные причины установки промышленной микросети - безопасность электроснабжения и его надежность. Существует множество производственных процессов, в которых отключение электропитания может привести к большим потерям дохода и длительному времени запуска. Промышленные микросети могут быть спроектированы для обеспечения экономики замкнутого цикла (почти) нулевых выбросов в промышленных процессах и могут интегрировать комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ), питаемое как возобновляемыми источниками, так и переработкой отходов; Для оптимизации работы этих подсистем можно дополнительно использовать накопление энергии.
Solar Settlement, проект устойчивого жилищного строительства в Фрайбурге, Германия. Микросеть представляет различные типы источников генерации, которые снабжают пользователей электроэнергией, обогревом и охлаждением. Эти источники делятся на две основные группы - источники тепловой энергии (например, генераторы природного газа или биогаза или микрокомбинированное тепло и электроэнергию ) и возобновляемые источники энергии (например, ветряные турбины и солнечные батареи).).
В микросети под потреблением понимаются элементы, которые потребляют электроэнергию, тепло и охлаждение, от отдельных устройств до освещения, системы отопления зданий, торговых центров и т. Д. в случае управляемых нагрузок потребление электроэнергии может быть изменено в зависимости от требований сети.
В микросети накопитель энергии может выполнять несколько функций, такие как обеспечение качества электроэнергии, включая регулирование частоты и напряжения, сглаживание выработки возобновляемых источников энергии, обеспечение резервного питания системы и выполнение решающей роли в оптимизации затрат. Он включает в себя все химические, электрические, напорные, гравитационные, маховиковые технологии и технологии аккумулирования тепла. Когда в микросети доступны несколько накопителей энергии с различной емкостью, предпочтительно координировать их зарядку и разрядку таким образом, чтобы накопитель энергии меньшего размера не разряжался быстрее, чем накопитель с большей емкостью. Точно так же желательно, чтобы меньший по размеру не заряжался полностью, чем тот, который имеет большую емкость. Это может быть достигнуто за счет скоординированного управления накопителями энергии в зависимости от их степени заряда. Если используются несколько систем хранения энергии (возможно, работающих по разным технологиям), и они контролируются уникальным контролирующим устройством (Система управления энергопотреблением - EMS), иерархическое управление на основе архитектуры ведущий / ведомый может обеспечить наилучшие операции, особенно в Изолированный режим.
Это точка в электрической цепи, где микросеть соединяется с основной сетью. Микросети, в которых нет PCC, называются изолированными микросетями, которые обычно представлены в случае удаленных объектов (например, удаленных населенных пунктов или удаленных промышленных объектов), где соединение с основной сетью невозможно из-за технических или экономических ограничений.
Микросеть способна работать в подключенном к сети и автономном режимах и обрабатывать переход между ними. В режиме подключения к сети вспомогательные услуги могут быть предоставлены посредством торговых операций между микросетью и основной сетью. Существуют и другие возможные источники дохода. В изолированном режиме реальная и реактивная мощность, генерируемая в микросети, включая мощность, обеспечиваемую системой накопления энергии, должна быть сбалансирована с потребностью местных нагрузок. Микросети предлагают возможность уравновесить потребность в сокращении выбросов углерода, продолжая обеспечивать надежную электроэнергию в периоды времени, когда возобновляемые источники энергии недоступны. Микросети также обеспечивают защиту от суровых погодных условий и стихийных бедствий, поскольку не имеют больших активов и миль надземных проводов и другой электрической инфраструктуры, которую необходимо обслуживать или ремонтировать после этих событий.
Микросеть может переход между этими двумя режимами из-за планового технического обслуживания, ухудшения качества электроэнергии или нехватки в основной сети, неисправностей в локальной сети или по экономическим причинам. Посредством изменения потока энергии через компоненты микросети, микросети облегчают интеграцию генерации возобновляемой энергии, такой как генерация фотоэлектрических, ветряных и топливных элементов, без необходимости перепроектирования национальной распределительной системы. Современные методы оптимизации также могут быть включены в систему управления энергопотреблением микросетей для повышения эффективности, экономики и отказоустойчивости.
Микросети и интеграция блоков DER в целом вводят ряд операционные проблемы, которые необходимо решить при проектировании систем управления и защиты, чтобы гарантировать, что существующие уровни надежности не будут существенно затронуты, а потенциальные преимущества блоков распределенной генерации (DG) будут полностью использованы. Некоторые из этих проблем возникают из-за допущений, которые обычно применяются к обычным системам распределения, которые больше не действуют, в то время как другие являются результатом проблем стабильности, которые ранее наблюдались только на уровне системы передачи. К наиболее актуальным проблемам защиты и управления микросетей относятся:
Для планирования и правильно установить Microgrids, необходимо инженерное моделирование. Существует множество инструментов моделирования и оптимизации для моделирования экономических и электрических эффектов Microgrids. Широко используемым инструментом экономической оптимизации является Модель принятия потребителями распределенных энергоресурсов (DER-CAM) от Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. Другой часто используемый инструмент коммерческого экономического моделирования - это Homer Energy, первоначально разработанный Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии. Разработчики Microgrid также используют некоторые инструменты для управления потоком энергии и электрического проектирования. Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория разработала общедоступный инструмент GridLAB-D, а Исследовательский институт электроэнергетики (EPRI) разработал OpenDSS для моделирования система распределения (для микросетей). Профессиональная интегрированная версия DER-CAM и OpenDSS доступна через BankableEnergy. Европейский инструмент, который можно использовать для моделирования потребности в электричестве, охлаждении, обогреве и технологическом тепле, - это EnergyPLAN от Университета Ольборга в Дании.
Иерархическое управление Что касается архитектуры управления микросетью или любой другой проблемы управления, можно выделить два разных подхода: централизованный и децентрализованный. Полностью централизованное управление полагается на передачу большого количества информации между задействованными единицами, и тогда решение принимается в единой точке. Следовательно, это будет представлять собой большую проблему при реализации, поскольку взаимосвязанные энергосистемы обычно охватывают обширные географические районы и включают огромное количество блоков. С другой стороны, при полностью децентрализованном управлении каждое устройство управляется своим локальным контроллером, не зная о ситуации других. Компромисс между этими двумя крайними схемами управления может быть достигнут с помощью иерархической схемы управления, состоящей из трех уровней управления: первичного, вторичного и третичного.
Первичный контроль разработан для удовлетворения следующих требований:
Первичный регулятор обеспечивает заданные значения для нижнего регулятора, которые являются регулятором напряжения и тока петли МЭД. Эти внутренние контуры управления обычно называются контролем нулевого уровня.
Вторичный контроль обычно имеет время выборки от секунд до минут (т.е. медленнее, чем предыдущий), что оправдывает разделенную динамику первичных и вторичных контуров управления и упрощает их индивидуальные конструкции. Уставка первичного управления задается вторичным управлением, при котором он в качестве централизованного контроллера восстанавливает напряжение микросети и частоту и компенсирует отклонения, вызванные колебаниями нагрузок или возобновляемых источников. Вторичное управление также может быть спроектировано для удовлетворения требований качества электроэнергии, например балансировки напряжения на критических шинах.
Третичное управление является последним (а самый медленный) уровень управления, который учитывает экономические аспекты оптимальной работы микросети (время выборки составляет от минут до часов) и управляет потоком мощности между микросетью и основной сетью. Этот уровень часто включает прогноз погоды, сетевых тарифов и нагрузок в следующие часы или день для разработки плана диспетчеризации генератора, который обеспечивает экономию. Более продвинутые методы также могут обеспечить сквозное управление микросетью с использованием методов машинного обучения, таких как глубокое обучение с подкреплением.
. В случае чрезвычайной ситуации, например отключения электроэнергии, для управления группой можно использовать третичное управление. соединенных между собой микросетей, чтобы сформировать так называемую «кластеризацию микросетей», которая могла бы действовать как виртуальная электростанция и обеспечивать питание по крайней мере критических нагрузок. В этой ситуации центральный контроллер должен выбрать одну из микросетей в качестве резервной (т. Е. Ведущую), а остальные в качестве шин PV и нагрузки в соответствии с предопределенным алгоритмом и существующими условиями системы (т. Е. Спрос и генерация), в этом случае, управление должно осуществляться в реальном времени или, по крайней мере, с высокой частотой дискретизации.
В соответствии с последним стандартом контроллеров Microgrid от Institute of Инженеры по электротехнике и электронике, IEEE 2030.7. Эта концепция опирается на 4 блока: a) управление на уровне устройства (например, управление напряжением и частотой), b) управление локальной областью (например, передача данных), c) диспетчерский (программный) контроллер (например, упреждающая диспетчерская оптимизация ресурсов генерации и нагрузки) и d) Сетевой уровень (например, связь с коммунальным предприятием).
Существует множество сложных алгоритмов управления, что затрудняет для небольших микросетей и домашних пользователей распределенных энергетических ресурсов (DER) реализацию управления и контроля энергии системы. В частности, обновление систем связи и информационных систем может сделать это дорого. Таким образом, некоторые проекты пытаются упростить управление с помощью готовых продуктов и сделать его пригодным для массового использования (например, с использованием Raspberry Pi).
Микросеть с беспроводным управлением развернута в сельской местности Les Anglais, Гаити. Система состоит из трехуровневой архитектуры с облачной службой мониторинга и управления, локальной встроенной инфраструктурой шлюза и ячеистой сетью беспроводных интеллектуальных счетчиков, развернутых в 52 зданиях.
Нетехнические потери (NTL) представляют собой серьезную проблему при предоставлении надежных электрических услуг в развивающихся странах, где они часто составляют 11-15% от общей генерирующей мощности. Обширное моделирование на основе данных на основе данных беспроводных счетчиков за 72 дня из 430 домашних микросетей, развернутых в Les Anglais, Гаити, было проведено для исследования того, как отличить NTL от общих потерь мощности, что помогает обнаруживать кражу энергии.
В сельской местности Кении около Мпекетони была создана местная дизельная микросистема под названием «Электроэнергетический проект Мпекетони». Благодаря установке этих микросетей Mpeketoni добилась значительного роста своей инфраструктуры. Такой рост включает повышение производительности труда на одного рабочего с увеличением от 100% до 200% и повышение уровня дохода на 20–70% в зависимости от продукта.
Микро- турбина, топливный элемент, несколько батарей, водородный электролизер и фотоэлектрическая винодельня в Сономе, Калифорния.
Портал энергетики 
Портал возобновляемой энергии 