太阳2注册登录分散电网中的同步

发布时间:2020-03-31

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分散电网中的同步

能源转型作为供应电网的问题:当前,大型中央发电厂基本上为其附近环境供电

将来,更多的小型分散式风力和太阳能发电机将承担更大的供应负荷

与某些人的担心相反,这将导致一种新的网络体系结构,它可能不像当今的电网那样容易受到停电的影响

设计师金,基于mpi提供的有关动力学和自组织的概述

随着大型发电厂被屋顶上的多个光伏面板,农田上的沼气系统以及山上和海上的风力涡轮机所取代,科学家现在认为,分散电网中的同步实际上可能比以前认为的要容易,因为该电网中有许多发电机找到自己的交流交流节奏

风,太阳和沼气等可再生能源在发电中将变得越来越重要

如果越来越多的风力涡轮机和光伏系统将电能馈入电网,电能将变得更加密集且分布更加分散

因此,它代替了少数的大型发电厂,而是将大量的小型分散式发电厂与用户的洗衣机,计算机和工业机械连接起来

然而,如此密集的电网可能不像某些专家担心的那样容易受到停电的影响

人们可能会认为,要同步许多消费者的发电机和机器,即将它们对准一个共享的电网频率,要困难得多,就像指挥家引导乐团的音乐家同步同步一样

相比之下,位于格丁根的马克斯·普朗克动力学与自组织研究所的科学家现在在模型仿真中发现,消费者和分散式发电机可能很容易实现自我同步

他们的结果还表明,分散电网中单个供电线路的故障不太可能意味着整个网络中断,并且在添加新链路时必须格外小心:矛盾的是,附加链路会降低电网的传输容量

网络整体

在整个自然世界中,都发现了同步,即多个单元在同一时间的协调动力

大脑中的神经元经常同时发火,萤火虫使它们的闪烁光同步,并且shared以共同的节奏chi

在电网中也需要类似的和谐形式,因为所有发电机和所有耗电的机器都必须调到50赫兹的电网频率

对大型发电厂的发电机进行调节,使其与电网保持同步

电网又将频率施加在生产线另一端的洗衣机,真空吸尘器和冰箱上,以便所有元件保持同步,避免短路和紧急停机

但是,在能源周转过程中,电网的结构将发生变化

如今,向周围地区供电的大型发电厂将被屋顶上的多个光伏面板,田间的沼气系统以及山丘和海上的风力涡轮机所取代

电力线将不再形成星形网络,而只会从大型发电厂向附近的消费者传输能量,而看起来更像是将许多发电机与消费者连接起来的密集渔网

专家认为,要使大量的小型发电机同步同步将非常困难

实际上,这就像与数千名音乐家指挥一个大型乐团,而不是室内乐团

但是,正如由位于格丁根的马克斯·普朗克动力与自组织研究所的马克·蒂姆(marc timme)领导的网络动力学小组现在发现的那样,分散电网中的同步实际上可能比以前认为的要容易,因为发现有许多发电机的电网自己共享的交流节奏

在去中心化电网中,发电厂和消费者进行自我同步

电网的坚固程度如何?以英国网格为例,基于gttingen的科学家计算了切割单个线条时会发生的情况

如果一条蓝线被切断,则整个网络都不太可能出现故障

但是,对于深红色线条,完全停电的可能性上升到几乎50%

德克·维索(dirk witthaut)和马克·蒂姆(marc timme)/ mpi,负责动力学和自我组织

格廷根的科学家模拟了一个由小型发电机和消费者组成的密集网络

他们的计算机模型计算了整个国家/地区的电网(出于实际原因,他们选择了英国),并考虑了所有与电网连接的发电机和电动机的振动

将这种详细程度与这种网格大小相结合是一个新的契机

以前,振荡的50赫兹ac电流的动力学基本上只针对小型网络进行模拟

确实存在较大电网的仿真,但是通常仅将它们用于对网络的静态特性进行预测,例如从a到b传输多少电

它们完全忽略了发电机和电动机的振荡

研究小组的项目负责人dirk witthaut表示,我们的模型足够复杂且广泛,可以模拟复杂网络中的集体效应,同样重要的是,我们也很容易理解这些效应

科学家模拟了大量的网络,每个网络都有不同的结构

网络由大小不同的发电机的不同混合官网平台组成,线路容量不同,有点像乡间小路和高速公路

这使他们能够识别集中式和分散式电网之间的差异

密集的网格可以更轻松地补偿线路中断

线路位置错误:如果英国电网运营商沿着虚线(箭头)铺设一条新的电源线,那么他们显然会缩小电网中的空隙

然而,基于braesss paradox,这条新生产线将中断整个网络的电力传输

德克·维索(dirk witthaut)和马克·蒂姆(marc timme)/ mpi,负责动力学和自我组织

格廷根的科学家研究了从集中式网格到分散式网格过渡的其他方面

例如,如果一条传输线损坏或发生故障,会发生什么情况?在现有电网中,这可能会产生多米诺骨牌效应,如2006年欧洲各地因德国北部的一条线路关闭而停电所见

基于gttingen的团队的仿真表明,当切割单条线时,分散式网格更加健壮

这是因为密集的网格通常更多地具有相邻的线,这些相邻的线可以承受下行线的额外负载

与大型网络不同,它们几乎没有必不可少的主要链接,有可能削弱整个网格

尽管如此,可再生能源的扩展也对供应网络的稳定性提出了挑战

另一模拟结果表明,科学家们发现,高度分散的网格更容易受到能耗波动的影响,例如,当成千上万的人同时打开洗衣机时,这种情况就会发生

大型发电厂的旋转发电机可以存储更多的动能,因此与小型发电厂相比,它们可以更轻松地缓解需求波动

电网可以在短时间内利用这些旋转储备来弥补供应缺口,这是太阳能电池无法提供的一种选择

添加新线路会阻碍电力传输

在使用相同数学模型进行的第二项研究中,马克·蒂姆(marc timme)和德克·维特(dirk witthaut)揭示了另一种从道路交通中已知且与直觉相反的影响

修建一条新的道路,从而增加网络的容量并不一定会改善流量

相反,在相同流量的情况下甚至可能发生更多的拥塞

当新的路段为许多驾驶员提供捷径时,就是这种情况,但由于选择了以前大多数人都避免的瓶颈,因此选择不当

witthaut和timme表明,这种情况也称为braesss悖论,也可以在电网中,特别是在分散式网络中观察到

如果这样一个密集的网络进行自我同步,则可以假定每个新链路的同步将变得更加容易

但是,情况并非总是如此:添加新的行实际上可能会破坏自同步

为了理解这一悖论,在密集网络中考虑两台计算机会很有帮助

其他机器位于连接它们的线上

这两个机器是同步的,只要它们的振荡相位在给定时间和位置描述振荡状态的相位保持彼此固定的数学定义关系即可

这可以显示为两个摆

摆相描述其在给定时间点的偏转度

如果钟摆以相同的频率摆动,则它们的振动将成固定的相位关系

这并不意味着两个摆锤彼此完全平行地摆动,即它们始终具有相同的偏转度

实际上,它们甚至可能彼此异相

但是,摆动摆之间的距离对于每个时间点都是固定的,并且它们具有相同偏转度的点以规则的间隔重复出现

电网太阳2注册登录如何应对供应波动?

如果要同步电网中的两台机器,即要满足它们的固定相位关系,则它们必须始终同时达到最小和最大电压

这意味着它们一定不能异相,或仅通过完整的波浪列车

现在,网络中的每条线都会直接或间接产生固定的相位关系

如果现在建立一条新的线来直接连接两台机器,则它们的振荡必须符合新的相位关系

但是,这可能与旧版本不兼容

因为后者与旧线路上的其他计算机一致,所以快捷方式和旧线路之间存在冲突,这有可能使整个网络失去同步

witthaut告诫说,因此在向分散式网格中添加线路时必须小心

应该仔细考虑可以无风险地链接哪些节点

但是,witthaut认为模拟结果对于分散网络的建设是令人鼓舞的

这位物理学家说,到目前为止,关注点仍集中在大量小型发电机可能在密集的电网中可能产生的集体影响

担心是更频繁的停电

但是我们的工作表明情况恰恰相反,集体效应可能非常有用

总部位于格丁根的网络动力学小组目前开始与工程师和网络运营商合作,以确保他们的发现可以被实际使用

已经进行了初步接触,与此同时,科学家们正在改进该模型

他们目前的重点是将与天气有关的可再生能源波动纳入其模拟

发表的文章:

martin rohden,andreas sorge,marc timme和dirk witthaut,《分散式电网的自组织同步》,《物理评论快报》,2012年8月9日;

dirk witthaut和marc timme,振荡器网络,失步和断电中的braess悖论,《新物理学》,2012年8月29日;

太阳2登录综合报道