Simple Science

Scienza all'avanguardia spiegata semplicemente

# Matematica# Sistemi e controllo# Sistemi e controllo# Ottimizzazione e controllo

Strategie di controllo avanzate nelle reti di distribuzione dell'elettricità

Un nuovo metodo migliora la regolazione della tensione e riduce le perdite di potenza nelle reti di distribuzione.

Wilhiam de Carvalho, Ahmad Attarha, Hemanshu R. Pota

― 6 leggere min


Nuovi metodi di controlloNuovi metodi di controlloper i sistemi energeticimodo efficace.sfide della distribuzione energetica inStrategie migliorate affrontano le
Indice

Le reti di distribuzione dell'elettricità stanno cambiando a causa dell'uso crescente di risorse energetiche distribuite (DER), come pannelli solari e veicoli elettrici (EV). Queste risorse possono aiutare a soddisfare le esigenze energetiche, ma creano anche sfide, come Livelli di tensione fluttuanti e perdite di potenza indesiderate. Una soluzione potenziale è usare Sistemi di accumulo batterie che possano assorbire energia in eccesso durante il giorno e fornire energia di nuovo alla rete durante i picchi di richiesta.

In questo articolo, esploriamo un nuovo metodo per regolare i livelli di tensione e ridurre le perdite di potenza in queste reti di distribuzione usando un approccio di controllo combinato. Questo metodo equilibra in modo intelligente le strategie di controllo locali e centrali, permettendo risposte rapide alle condizioni che cambiano mantenendo la stabilità complessiva del sistema.

La Sfida delle Reti di Distribuzione Moderne

Man mano che sempre più case e aziende installano pannelli solari e veicoli elettrici, la quantità di energia che attraversa le reti di distribuzione è diventata meno prevedibile. Queste risorse spesso producono energia quando c'è sole, e gli EV si ricaricano in determinati orari, portando a picchi o cali di tensione. I metodi tradizionali per gestire queste fluttuazioni, come i trasformatori che regolano i livelli di tensione, possono essere lenti o costosi da implementare.

Le batterie possono fornire una soluzione preziosa. Possono immagazzinare l'energia solare in eccesso per un uso successivo e aiutare a gestire richieste improvvise sulla rete. Tuttavia, un controllo efficace di questi sistemi di batterie è cruciale per assicurarsi che funzionino bene insieme ad altre risorse energetiche.

Strategie di Controllo Attuali

Ci sono fondamentalmente due strategie di controllo per gestire l'accumulo di batterie nelle reti di distribuzione:

  1. Controllo Centralizzato: Questo metodo usa un sistema centrale per avere una visione d'insieme della rete e prendere decisioni basate su quella prospettiva. Anche se può ottimizzare le prestazioni, potrebbe non rispondere rapidamente abbastanza ai cambiamenti improvvisi nell'offerta o nella domanda di energia.

  2. Controllo Locale: Qui, i singoli sistemi di batterie reagiscono rapidamente ai cambiamenti locali di tensione senza aspettare istruzioni da un sistema centrale. Tuttavia, questo può portare a una mancanza di coordinamento, che potrebbe non produrre i migliori risultati per l'intera rete.

Approcci recenti hanno considerato una combinazione di entrambe le strategie per sfruttare i loro punti di forza. Questo articolo introduce un nuovo approccio che utilizza un mix di controllo centralizzato e locale per migliorare il funzionamento delle batterie all'interno della rete.

Approccio di Controllo Combinato Proposto

L'approccio di controllo combinato integra controller locali a risposta rapida con un modello di ottimizzazione globale più lento. I controller locali regolano l'output di potenza in base alle misurazioni di tensione in tempo reale. Nel frattempo, un modello globale aggiorna periodicamente i parametri che governano questi controller locali, assicurandosi che rimangano efficaci e mantengano la stabilità del sistema.

I controller locali seguono una semplice legge di controllo che regola l'output della batteria in base alle deviazioni di tensione. Se la tensione è troppo alta, le batterie possono assorbire energia in eccesso; se è troppo bassa, possono fornire potenza per aiutare a stabilizzare la rete.

Componenti Chiave dell'Approccio

  1. Controller Locali: Questi componenti agiscono rapidamente e in modo autonomo in base ai livelli di tensione locali. Si assicurano che la tensione rimanga entro limiti accettabili regolando quanta potenza le batterie assorbono o forniscono.

  2. Ottimizzazione Globale: Questo strato di controllo funziona meno frequentemente ma è cruciale per stabilire la strategia complessiva. Fornisce coefficienti di guadagno per i controller locali basati su previsioni di domanda e offerta energetica. Questa ottimizzazione considera i bisogni futuri della rete, assicurando che i controller locali abbiano le migliori informazioni disponibili.

  3. Gestione dell'Energia: Entrambi i controlli locali e globali lavorano insieme per tenere traccia dello stato delle batterie, inclusi i loro livelli di carica. Questo assicura che vengano usate efficacemente e che non esauriscano inutilmente le loro riserve energetiche.

Test dell'Approccio

Per valutare l'efficacia di questo approccio combinato, sono stati condotti test su reti di distribuzione reali. Sono state utilizzate due configurazioni di rete diverse, una più piccola con 8 nodi e un'altra più grande con 42 nodi, per vedere come il metodo proposto si comportava in varie situazioni.

Le simulazioni hanno misurato quanto bene l'approccio di controllo combinato mantenesse i livelli di tensione e riducesse le perdite di potenza complessive all'interno delle reti. Sono stati simulati diversi scenari, inclusi periodi di alta generazione solare e picchi di domanda elettrica, per vedere come il sistema rispondeva.

Risultati e Discussione

I risultati delle simulazioni hanno mostrato che l'approccio di controllo combinato ha migliorato significativamente la regolazione della tensione e ridotto le perdite di potenza rispetto ai metodi tradizionali.

  1. Migliore Regolazione della Tensione: I controller locali si sono adattati con successo per mantenere i livelli di tensione entro un intervallo accettabile, evitando situazioni di sovratensione e sottotensione.

  2. Riduzione delle Perdite di Potenza: Gestendo l'energia in modo più efficace, le perdite di potenza complessive nel sistema di distribuzione sono state ridotte. Questo significa che più energia generata è stata utilizzata efficacemente invece di essere sprecata a causa delle fluttuazioni.

  3. Efficienza nelle Operazioni: L'approccio combinato ha permesso un uso efficiente dell'accumulo di batterie, massimizzando il loro potenziale e assicurando che l'energia fosse disponibile quando più necessario.

Confronto con Altri Metodi

Rispetto ai metodi tradizionali di controllo volt-var e ad altre strategie di ottimizzazione, l'approccio combinato si è dimostrato più efficace. I metodi tradizionali spesso non consideravano le specifiche limitazioni dei DER, portando a risultati meno ottimali. Al contrario, il metodo proposto ha tenuto conto di queste limitazioni e ha fornito soluzioni su misura che hanno migliorato le prestazioni del sistema.

Implicazioni Pratiche

Implementare l'approccio di controllo combinato ha diversi vantaggi pratici:

  1. Conveniente: Riducendo le perdite di potenza e migliorando la stabilità della tensione, le aziende energetiche possono risparmiare sui costi operativi e evitare costosi aggiornamenti delle infrastrutture.

  2. Maggiore Affidabilità: Livelli di tensione più stabili contribuiscono a un'approvvigionamento energetica più affidabile, essenziale per clienti residenziali e commerciali.

  3. Supporto per l'Energia Rinnovabile: Con più risorse energetiche rinnovabili integrate nella rete, strategie di controllo efficaci diventeranno sempre più importanti. L'approccio combinato facilita questa integrazione assicurando che i flussi energetici rimangano bilanciati.

Direzioni Future

La ricerca indica la necessità di ulteriori indagini sulla scalabilità del metodo proposto. Man mano che le reti energetiche crescono e incorporano più DER, capire come questa strategia di controllo possa adattarsi sarà essenziale.

Inoltre, esplorare algoritmi avanzati per i livelli di controllo locale e globale potrebbe migliorare ulteriormente le prestazioni. Tecniche di apprendimento automatico, ad esempio, potrebbero fornire intuizioni sulla previsione del carico e sulla gestione dell'energia, portando a sistemi di rete più intelligenti e reattivi.

Conclusione

Con l'evoluzione delle reti di distribuzione a seguito dell'aumento delle risorse energetiche rinnovabili e dell'accumulo di batterie, strategie di controllo efficaci saranno essenziali per gestire i livelli di tensione e ridurre le perdite di potenza. L'approccio di controllo combinato proposto sfrutta efficacemente sia i metodi locali che centrali per migliorare la gestione dell'accumulo di batterie all'interno di questi sistemi.

Attraverso test e valutazioni attente, l'approccio ha dimostrato miglioramenti significativi nel mantenere la stabilità della tensione e nell'efficienza operativa, evidenziando il suo potenziale come strumento prezioso per le future soluzioni di gestione energetica.

Fonte originale

Titolo: Optimization-Based Control of Distributed Battery Storage in Distribution Networks

Estratto: We propose a combined global-local control approach to regulate voltage and minimize power losses in distribution networks with high integration of distributed energy resources (DERs). Local controllers embed the fast acting proportional volt-var-watt control law and have their gain (slope) coefficients updated regularly by a global optimization problem at a slower time-scale. Design of optimal coefficients preserve overall system stability and encapsulate inverter and energy limits of controllable DERs. The proposed approach is formulated based on a linear network model (LinDistFlow) and suitable approximations to produce a convex multi-period optimization formulation. Numerical simulations with real-world customer data and two different distribution feeders revealed that our approach provides substantial voltage regulation, while reducing losses by 11 per cent and peak substation power by 26 per cent compared to other state-of-the-art algorithms.

Autori: Wilhiam de Carvalho, Ahmad Attarha, Hemanshu R. Pota

Ultimo aggiornamento: 2024-08-31 00:00:00

Lingua: English

URL di origine: https://arxiv.org/abs/2409.00424

Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2409.00424

Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.

Si ringrazia arxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.

Articoli simili