Un equipo conjunto de investigación del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech y la Universidad Estatal de Carolina del Norte ha aclarado los principios fundamentales para lograr la sincronización de los grupos generadores de energía [1] en las redes de energía, que es esencial para el suministro estable de energía eléctricaCon base en este principio, el equipo desarrolló un método para construir un modelo agregado de una red de energía que pueda analizar y controlar eficientemente el comportamiento de los grupos generadores incluidos los ángulos de fase del rotor y los voltajes de los puntos de conexión con una conexión compleja a una red de energía.
Se sabe que el fenómeno de sincronización de grupos de generadores, como en múltiples centrales térmicas, está estrechamente relacionado con el suministro estable de energía eléctrica. Específicamente, si un generador deja de estar sincronizado, ese generador y sus generadores circundantes no podránoperar de manera estable y, en el peor de los casos, pueden ocurrir accidentes graves, como cortes de energía.
Además, los problemas energéticos causados por el calentamiento global y el agotamiento de los combustibles fósiles se han vuelto más graves a escala global. Por lo tanto, desde el punto de vista de la reducción del dióxido de carbono y el uso sistemático de la energía, se han puesto altas expectativas en las energías renovables comocomo se caracteriza por la generación fotovoltaica PV. Cuando se introducen equipos de generación fotovoltaica a gran escala y equipos de almacenamiento de energía, además de la generación de energía como la energía térmica, la energía hidráulica y la energía nuclear que se usan comúnmente hoy en día, es necesario considerarcarga y descarga de energía por la salida de energía fotovoltaica generada y las baterías de almacenamiento para mantener el equilibrio entre la oferta y la demanda.Sin embargo, la cantidad de energía de la generación de energía fotovoltaica fluctúa debido a la incertidumbre relacionada con los cambios climáticos y los cambios en el volumen de radiación solar según el tiempo.zona. Esto hace que sea más difícil mantener la sincronización de los grupos generadores. La necesidad de analizar la sincronización es mayorr que nunca.
Con el análisis convencional, un enfoque principal se basa en la simulación numérica. No hay estudios que aclaren teóricamente los principios básicos sobre cómo sincronizar adecuadamente los grupos generadores de acuerdo con la estructura de red de transmisión de energía. Existe una necesidad urgente de construir una energíamarco de oferta y demanda que utiliza eficientemente equipos de almacenamiento de energía para permitir la incertidumbre de la generación de PV y las predicciones de demanda.
Descripción general del logro de la investigación
El profesor asistente Takayuki Ishizaki, el profesor Jun-ichi Imura de Tokyo Tech y el profesor asociado Aranya Chakrabortty del NSF ERC FREEDM System Center en la Universidad Estatal de Carolina del Norte trabajaron en múltiples estudios, incluidos el modelado de redes de energía, el análisis de estabilidad y el control de estabilización desde elperspectiva de la teoría de grafos [2]. Han aclarado que la simetría de la red en la teoría de grafos es el principio fundamental para realizar la sincronización de grupos generadores en centrales térmicas integradas con redes de energía conectadas a una red.
El comportamiento de los generadores conectados a través de una red en una red eléctrica está representado por ecuaciones complejas ecuaciones algebraicas diferenciales que combinan ecuaciones diferenciales y ecuaciones algebraicas. Las ecuaciones diferenciales expresan el "comportamiento de los generadores" derivado de la segunda ley de movimiento de Newton, ylas ecuaciones algebraicas expresan el "equilibrio de potencia en los puntos de conexión de la red eléctrica" derivado de la ley de Ohm y la ley de Kirchhoff [3]. El análisis de estas ecuaciones algebraicas diferenciales se realizó generalmente mediante transformación en una ecuación diferencial matemáticamente equivalente mediante un método de simplificación llamado reducción de Kron.Sin embargo, los problemas eran que con el enfoque existente, dado que la ecuación algebraica que representa la red eléctrica se elimina al eliminar la variable redundante que representa el voltaje del punto de conexión, no era muy adecuada para analizar la relación entre la estructura de red de la red eléctrica yEl comportamiento del generador.
Para resolver este problema, analizaron la estructura de red de la red eléctrica contenida en las ecuaciones algebraicas desde el punto de vista de la simetría basado en una comprensión de la teoría de grafos. Específicamente, al analizar el comportamiento del generador sin eliminar las ecuaciones algebraicas, ellosdescubrió que la simetría de la red eléctrica es el principio básico para realizar la sincronización de grupos generadores. Además, en base a una nueva idea de integrar simultáneamente grupos generadores que muestran un comportamiento sincrónico y la red eléctrica que los une, se hizo posible matemáticamente yconstruir físicamente un modelo agregado factible.
Se espera que este logro resulte en una base para desarrollar métodos de análisis y control para realizar un suministro de energía estable a sistemas de energía eléctrica grandes y complejos. En el futuro, el Profesor Imura dice que su objetivo es desarrollar sistemas de energía eléctrica más complejos que incluyanconvertidores, y establecer una teoría para aproximar la sincronización de grupos generadores.
Nota :
[1] Sincronización de grupos de generadores: los ángulos de fase de los rotores, como las turbinas de múltiples generadores, deben ser iguales o razonablemente cercanos. Cada rotor gira de acuerdo con el estándar de una frecuencia específica 50 Hz o 60 Hz en Japón para mantener su frecuencia. Una diferencia en la frecuencia de cada generador crea una diferencia en el ángulo de fase.
[2] Teoría del gráfico: esta es una teoría matemática relacionada con los gráficos estructura de red compuesta de conjuntos de vértices nodos y conjuntos de bordes. La red de la red eléctrica se interpreta como un gráfico en el que el punto de conexión es el vérticey la línea de transmisión que une los puntos de conexión es el borde.
[3] Ley de Ohm, Ley de Kirchhoff: Estas son leyes físicas que expresan la relación entre cantidades físicas como el voltaje y la corriente en un circuito eléctrico. La ley de Ohm indica que la diferencia de voltaje entre dos puntos en un circuito es proporcional a la corrienteque fluye entre ellos. La ley de Kirchhoff indica que en el punto de ramificación en el circuito, la suma de las corrientes que fluyen hacia ese punto es igual a la suma de las corrientes que fluyen desde ese punto.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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