本作品由美国国家可再生能源实验室撰写,该实验室由可持续能源联盟有限责任公司运营,受美国能源部 (DOE) 委托,合同编号为 DE-AC36-08GO28308。本作品由耐用模块材料联盟 (DuraMAT) 提供资金,该联盟是一个能源材料网络联盟,由美国能源部能源效率办公室和可再生能源太阳能技术办公室根据协议 32509 资助。本文表达的观点不一定代表美国能源部或美国政府的观点。美国政府保留,而出版商在接受文章发表时,即承认美国政府保留非独占、已付费、不可撤销的全球许可,可以出于美国政府目的出版或复制本作品的已出版形式,或允许他人这样做。
摘要 -- 配电系统更容易发生中断,并导致大多数电力系统停电。我们提出了一种服务恢复技术,用于在极端事件触发的变电站停电后恢复系统服务(电力输送)。所提出的技术考虑了控制配电系统分布式能源 (DER) 的问题,目标是在满足网络流量和电压约束的同时实现最大负载恢复。该问题被表述为模型预测控制 (MPC),其中采用线性化最优功率流 (OPF) 模型来描述网络。该公式通过增加 DER 的储备产品来增强,以确保随着时间的推移单调地恢复负载。我们考虑了集成了风能、太阳能、微型涡轮机和储能设备的 IEEE 13 总线测试馈线进行模拟。我们证明了所设计的技术在单调恢复系统负载方面的有效性,而不会切断先前恢复的负载。我们还展示了 DER 的功率和储备产品的共同优化对服务恢复的好处。此外,还展示了该技术在调节节点电压和减少可再生能源削减方面的能力。
摘要 — 本文开发了一种电网形成 (GFM) 逆变器控制器,该逆变器既可以用作 GFM 也可以用作电网馈电源,通过使用一种新颖的同步方法,可以改善微电网在电网切换期间的运行。此外,该控制器避免使用锁相环 (PLL),逆变器能够通过自生电压和频率与电网同步。这可以防止逆变器在其输出中复制任何电网电压扰动 - 这是许多使用 PLL 的电网连接逆变器的主要缺点。为了实现快速同步,在逆变器启动和微电网重新连接操作期间都采用了主动同步控制,并提出了一种协调逆变器与微电网控制器和电网互连断路器同步的方法。多个微电网过渡操作和非计划孤岛事件的仿真结果表明,所开发的非 PLL 并网 GFM 逆变器控制器和同步方法能够有效地将逆变器和微电网与电网同步,避免微电网过渡操作期间的相位跳跃,并且与传统配置相比能够改善微电网孤岛瞬态。
摘要 —分布式光伏 (PV) 发电通常发生在“电表后面”:电网运营商只能观察到净负荷,即总负荷和分布式光伏发电的总和。这种可观测性的缺乏对系统在总体层面和分布层面的运行都构成了挑战。缺乏对总负荷和光伏发电的实时或近期分解估计将导致能源生产和监管储备的过度调度、可靠性约束违规、控制器设备磨损以及系统的潜在连锁故障。在本文中,我们建议使用贝叶斯结构时间序列 (BSTS) 模型和本地太阳辐照度测量来分解下游测量站点的总光伏发电和总负荷信号。BSTS 是一种高度表达的模型类,它将经典的时间序列模型与强大的贝叶斯状态空间估计框架相结合。分解是概率完成的,这会自动量化估计的光伏发电和总负荷消耗的不确定性。根据实时数据可用性,它可用于分解客户站点的光伏和总负载,或可用于馈线级别。在本文中,我们专注于解决馈线级别的问题。我们使用国家太阳辐射数据库 (NSRDB) 来估计局部辐照度,比较了 BSTS 模型以及 Pecan Street AMI 数据集上一些最先进的方法的性能。
摘要 — 开发更具弹性的电网是一项持续进行的努力,吸引了众多参与者。在此背景下,分布式能源资源以及交易能源机制被视为关键驱动技术。然而,它们底层的通信能力可能会带来必须分析的额外网络安全风险。本文提出了一种使用 OpenDSS、Mininet 和 IEEE 2030.5 的信息物理微电网测试平台,可用于研究电网在各种情况下的网络弹性。对于关键微电网设施,尽管存在多种意外情况,但关键负载仍必须得到服务。提出了一种针对军用微电网的弹性分析,以研究其在这些意外情况下的性能,并分析结果。索引术语 — 网络攻击、工业控制、信息物理系统、微电网自动化、国防微电网、网络漏洞、SCADA、CVSS、弹性。
这项工作介绍了基于焦点实验活动的数据浮动子结构的局部结构负载建模能力的验证。易于说明,OpenFast只能将浮动子结构表示为刚体的身体,尽管这种方法可以在大多数情况下对浮点的全局响应进行建模,但它无法捕获浮点各个成员中的结构负载。对局部子结构负荷进行考虑对于某些浮动设计很重要,因为追求成本降低通常会导致更轻,更灵活的结构。为了解决这一限制,露天(流体动力学)和subdyn(子结构dy-namics)模块最近已扩展到浮动子结构的灵活性。为了验证这一新功能,我们将OpenFast获得的结果与焦点实验活动中测量的数据进行了比较,该数据分析了IEA 15-MW参考涡轮机的1:70尺度性能匹配的模型,在风和波浪的作用下,缅因州伏特尔努斯S-Smagibersible的修改后的SEMES-S-SMAISSIBLE。出于本工作的目的,实验的最重要特征是每个浮桥的根部存在负载细胞,我们的目标是评估这些负载如何通过OpenFast重现。为了建模沿浮动子结构的分布式流体动力和液压载荷,我们采用了基于莫里森方程的条理论方法,我们讨论了不同湿动动力建模选项(波浪伸展,大型型,型型 - 富奇校正校正,以及二阶波动动力学)对运动和负载的影响。为简单起见,我们专注于唯一的波浪条件,无论是规则和不规则的条件。结果表明,对于这项工作中分析的波的浮力的载荷的负载表明了良好的一致性,尤其是考虑到简单的剥离理论模型固有的假设和简化。
摘要 — 有效的弹性改进策略使电网能够应对破坏性的极端事件。大多数电网停电都是由配电网中断引起的。受电力系统弹性研究的迫切需求的推动,本文提出了一种优先级加权最佳负荷恢复技术,以增强配电网对极端事件的弹性。所提出的技术基于智能配电技术,并被设计为顺序多步决策过程 (MDP) 和混合整数线性规划 (MILP)。它被公式化为具有模型预测控制 (MPC) 方法的最优控制问题。我们将设计的基于 MILP-MPC 的负荷恢复技术应用于简化的单总线版本的 IEEE 13 总线配电系统,该系统集成了分布式能源 (DER),例如风力涡轮机、光伏阵列、微型涡轮机和储能设备。该技术使用可再生能源的预测信息、微型涡轮机的燃料状态和储能设备的充电状态,在每个控制步骤中实时执行缩减和滚动优化。我们考虑了触发上游公用电网停电并导致配电网孤岛运行的极端事件。我们证明了所提出的 MPC 方法在主电网停电导致孤岛运行期间根据优先级恢复配电网负载的有效性。
摘要 — 本文研究了网络系统的实时优化问题,并开发了在线算法,无需明确了解系统模型即可引导系统朝着最佳轨迹运行。该问题被建模为具有时变性能目标和工程约束的动态优化问题。算法的设计利用了在线零阶原始对偶投影梯度法。具体而言,涉及目标函数梯度的原始步骤(因此需要网络系统模型)被其零阶近似所取代,并使用确定性扰动信号进行两个函数评估。评估是使用系统输出的测量值进行的,从而产生反馈互连,其中优化算法充当反馈控制器。本文对这种互连的稳定性和跟踪特性提供了一些见解。最后,本文将该方法应用于电力系统中的实时最优潮流问题,并展示了其在 IEEE 37 节点配电测试馈线上进行参考功率跟踪和电压调节的有效性。
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这些结果表明,GeoTES 适合储存大量能源。大型能源储存可用于在短时间和长时间内调度电力。因此,GeoTES 可能提供一系列能源储存服务,包括负荷转移、套利、电网可靠性、能源容量和季节性储存。GeoTES 有许多不同的配置,具体取决于能源来源、储层特征和当地能源市场。例如,以前的研究考虑储存由抛物面槽式集热器产生的太阳能热能,这将适用于太阳辐照度高的地区(Sharan 等人,2020 年)。还可以设想使用电加热器或热泵将多余的电力转化为热能。其他合适的能源包括工业过程产生的废热。