Керування та управління мікромережевими кластерами: розвиток та майбутні дослідження

Abstract

Робота досліджує потенціал кластерної технології мікромереж та її вплив на вирішення проблем, пов'язаних з енергетикою та довкіллям. За останні десятиліття суттєво зросло зацікавлення у використанні мікромереж для забезпечення стійкості та надійності енергетичних систем, особливо з урахуванням зростаючого використання відновлювальних джерел енергії. Кластери мікромереж координують розподіл потужності між мікромережами та основною мережею, ефективно розв’язуючи проблеми, такі як підвищення напруги, гармоніки, низький коефіцієнт потужності, зворотні потоки потужності та недоліки в схемах захисту. Однак перед впровадженням кластеризації мікромереж потрібно подолати деякі виклики, особливо з точки зору проектування. У статті критично оглядаються проблеми проектування кластеризації мікромереж. Розглядаються переваги та виклики, що виникають у процесі розвитку мікромереж, зокрема проблема недостатньої адаптації до великомасштабних джерел відновлювальної енергії. У дослідженні аналізуються різні архітектури мікромережових кластерів та методи їх взаємодії. Класифікація кластера мікромережі проведена за різними архітектурами на основі розташування з'єднань. Також проводиться порівняння різних технологій передачі електроенергії в межах мікромережевих кластерів, зокрема систем змінного струму та постійного струму, з оцінкою переваг і недоліків кожної технології. Значну увагу приділяється контролю та керуванню мікромережевими кластерами, висвітлюються можливості ієрархічних та розподілених структур управління для забезпечення оптимального розподілу потужності та регулювання напруги та частоти. На завершення статті розглядаються перспективні напрями подальших досліджень, спрямованих на поліпшення інтеграції великомасштабних джерел відновлювальної енергії, розробку інтелектуальних систем управління та енергоменеджменту, а також створення надійних систем контролю та керування мікромережевими кластерами.

The paper explores the potential of microgrid clustering technology and its impact on addressing energy and environmental challenges. Over the past decades, there has been a significant interest in using microgrids to ensure stability and reliability in power systems, especially considering the increasing utilization of renewable energy sources. Microgrid clusters coordinate power distribution between microgrids and the main grid, effectively addressing issues such as voltage rise, harmonics, low power factor, power backflows, and deficiencies in protection schemes. However, before implementing microgrid clustering, certain challenges need to be overcome, particularly in terms of design considerations. The paper critically reviews the design challenges of microgrid clustering, highlighting the advantages and challenges that arise during the development of microgrids, especially the problem of inadequate adaptation to large-scale renewable energy sources. The research analyzes various architectures of microgrid clusters and methods of their interaction. The classification of microgrid clustering is based on different architectures according to connection locations. Additionally, a comparison of different power transmission technologies within microgrid clusters, such as alternating current and direct current systems, is conducted with an assessment of the advantages and disadvantages of each technology. Considerable attention is given to the control and management of microgrid clusters, elucidating the possibilities of hierarchical and distributed management structures to ensure optimal power distribution and voltage and frequency regulation. In conclusion, the paper examines promising directions for further research aimed at enhancing the integration of large-scale renewable energy sources, developing intelligent management and energy management systems, as well as establishing reliable control and management systems for microgrid clusters.