XiaoMi-AI文件搜索系统
World File Search SystemGrid
脱碳电网
本报告是作为美国政府机构赞助的工作的记录而编写的。美国政府及其任何机构或其任何雇员均不对所披露的任何信息、设备、产品或流程的准确性、完整性或实用性做任何明示或暗示的保证，也不承担任何法律责任或义务，也不表示其使用不会侵犯私有权利。本文中以商品名、商标、制造商或其他方式提及任何特定商业产品、流程或服务并不一定构成或暗示美国政府或其任何机构对其的认可、推荐或支持。本文中表达的作者的观点和意见不一定代表或反映美国政府或其任何机构的观点和意见。太平洋西北国家实验室由巴特尔根据合同 DE-AC05-76RL01830 为美国能源部运营。桑迪亚国家实验室是一个多任务实验室，由桑迪亚国家技术与工程解决方案有限责任公司管理和运营，该公司是霍尼韦尔国际公司为美国能源部国家核安全局提供的全资子公司，合同编号为 DE-NA0003525。1996 年 1 月 1 日之后发布的报告通常可通过美国能源部 (DOE) SciTech Connect 免费获取：www.osti.gov
下一代电网技术
美国的电力系统规模庞大、复杂且正在迅速转型。电网最初是为大型集中式发电源设计的，这些发电源向消费者单向输送电力，但近年来，客户需求、政策变化和技术进步等多种因素推动了该系统的发展。对可再生资源、电动汽车、分布式能源和电气化的需求不断增加，确保未来电网的结构要求与当今电网的结构要求大不相同。此外，政府（地方、州和联邦政府）正在为经济深度脱碳设定越来越积极的目标。拜登政府设定的目标是到 2030 年减少 50% 的排放量，到 2035 年实现 100% 的清洁电力，到 2050 年实现净零排放 [1]。为了实现这些积极的目标，整个电力行业必须进行大幅升级，并需要改进电网基础设施以支持电力行业的转型。通过这种转变，未来的电网将面临许多挑战。极端天气事件、可再生能源发电来源和其他先进技术的波动性和间歇性以及日益复杂系统中的网络安全都是利益相关者必须做好准备的考虑因素。结合表 1 所示的能源系统趋势，这些因素正在推动美国发电、输电和配电系统向多种未来架构快速演变。电网作为超大规模系统，可能会因地区不同而出现不同的架构，从而导致未来系统的不同部分可能以与其他部分截然不同的方式运行。政策、经济、技术准备情况和客户需求推动着不同地区对架构的考虑不同，从根本上说，也推动着不同的技术要求。
智能电网的发展
随着智能电网的发展，它需要增加分布式智能、优化和控制。模型预测控制 (MPC) 促进了智能电网应用的这些功能，即：微电网、智能建筑、辅助服务、工业驱动、电动汽车充电和分布式发电。其中，本文重点全面回顾了 MPC 在电网整合分布式能源 (DER) 电力电子接口中的应用。特别是，详细介绍了风能转换系统、太阳能光伏、燃料电池和储能系统的电力转换器的预测控制。还回顾了电网连接转换器的预测控制方法、基于人工智能的预测控制、未解决的问题和未来趋势。该研究强调了 MPC 在促进各种可持续电网连接 DER 的高性能、最佳功率提取和控制方面的潜力。此外，该研究为人工智能技术提供了详细的结构，这些技术有利于提高性能、简化部署并减少电力转换器预测控制的计算负担。
网格形成技术
随着逆变器资源 (IBR) 在北美的普及率不断提高，电网动态和控制策略也在近年来不断调整和进步。其中一种正在获得发展势头的技术是电网形成 (GFM) 逆变器技术。GFM 逆变器已在电池储能系统 (BESS)、风力发电厂、太阳能光伏 (PV) 发电厂和混合 1 发电厂中得到广泛研究。此外，还有几个已安装的项目成功测试了 GFM 功能，包括响应频率事件在惯性时间范围内的极快速功率注入、无同步发电的孤岛运行能力、黑启动能力以及与电网跟踪 (GFL) 资源和同步机器的并行运行。对 GFM 控制及其对 BPS 性能的影响的广泛理解仍处于早期阶段；然而，该技术显示出巨大的前景。从具有高 IBR 普及率的系统条件进行的研究结果显示了 GFM 控制的好处，并且设备供应商拥有可提供 GFM 功能的商用产品。虽然 GFM 逆变器仍需要研究和调整以适应特定的系统条件（类似于 GFL 控制），但与目前几乎所有现有 IBR 中应用的 GFL 控制方案相比，它们确实具有优势。GFM IBR 有望提高 IBR 渗透水平，并可能在未来高 IBR 渗透条件下对 BPS 的稳定性和可靠性发挥重要作用。目前业界尚无普遍认可的 GFL 和 GFM 逆变器控制定义。本白皮书建议采用以下定义：
智能电网 – SEEA3006
5. 缺乏消费者纪律 6. 温室气体浓度增加 7. 客户参与度几乎为零 8. 计费和收款率低 9. 效率低下 1.3 智能电网的概念、定义和必要性 智能电网是基于数字技术的电网，通过双向数字通信向消费者供电。该系统允许在供应链中进行监视、分析、控制和通信，以帮助提高效率，降低能耗和成本，并最大程度地提高能源供应链的透明度和可靠性。 “智能电网”一词由 Andres E. Carvallo 于 2007 年 4 月 24 日在芝加哥举行的 IDC 能源会议上提出。 定义：智能电网是电力系统、通信网络、先进的传感、计量、测量基础设施、完整的决策支持和人机界面软件和硬件的集成，用于监视、控制和管理能源的产生、分配、储存和消耗。智能电网的应用领域包括：智能电表集成、需求管理、发电能源的智能集成、存储和可再生资源的管理，使用持续提供和使用能源网络数据的系统。智能电网是一种电力网络，可以智能地整合与其连接的所有用户（发电商、消费者以及兼顾两者的用户）的行为，以高效地提供可持续、经济和安全的电力供应。
加拿大智能电网
本报告由加拿大自然资源部位于魁北克省瓦雷讷的 CanmetENERGY 研究中心发布，能源研究与发展办公室和可再生和电能部门也参与其中。CanmetENERGY 管理加拿大智能电网行动网络 (CSGAN)，该网络汇集了各省和地区能源部、联邦部门、学术界、创新网络和行业协会，如图 1 所示。CSGAN 交流有关智能电网活动的知识和经验，讨论区域活动，分享感兴趣的研究主题，收集加拿大智能电网指标，展示国际知识和经验共享机会，跟踪标准发展，并探索智能电网前景。该网络的建立还旨在连接加拿大智能电网利益相关者，并利用国际智能电网行动网络和绿色动力未来创新使命 2.0 下的机会。CSGAN 成员为编写本报告做出了重大贡献。