Hierarchisch koordiniertes Energiemanagement regionaler Multi-Microgrid-Gemeinschaften (Matlab-Implementierung)

Inhaltsverzeichnis

1. Übersicht

Bei diesem Artikel handelt es sich um ein neuartiges hierarchisch koordiniertes Energiemanagementsystem (EMS) für regionale Gemeinschaften (z. B. Wohnkomplexe, Campusgelände, Industrieparks usw.), das aus mehreren kleinen Mikronetzen (MGs) (z. B. Häusern) besteht. , Gebäude usw.). Ziel ist es, die Gesamtbetriebskosten der MG-Community zu minimieren und gleichzeitig den individuellen Nutzen jedes MG zu maximieren. Auf lokaler Ebene innerhalb jedes MG werden verschiedene Energiequellen, darunter Photovoltaik (PV), Energiespeicher (ES), Elektrofahrzeuge (EV) und zuschaltbare Lasten, detailliert modelliert und einzelne Optimierungsprobleme als lineare Programmierung mit gemischten ganzen Zahlen formuliert. Das lokale EMS trifft Energieplanungsentscheidungen für alle steuerbaren Einheiten, um die Betriebskosten eines einzelnen MG zu minimieren. Auf Community-Ebene wird ein neuer Paarungsalgorithmus vorgeschlagen, um MG-Paarungen mit Überschuss und Defizit explizit zu finden. EMS auf Gemeindeebene verwendet Paarungsalgorithmen, um den spezifischen Stromaustausch zwischen MGs zu bestimmen und Energietransaktionen mit dem vorgelagerten Netz zu minimieren. Die zusätzlichen wirtschaftlichen Vorteile, die durch EMS auf Gemeindeebene erzielt werden, senken die Betriebskosten jedes einzelnen MG weiter. Diese Methode bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf die Allgemeingültigkeit der Modellierung, die Rechenkomplexität und den Schutz der Privatsphäre, und die Simulationsergebnisse bestätigen ihre Leistung.

2 Energiemanagementsystem (EMS)

Energiemanagement ist ein zentraler Baustein zur Verbesserung der Energieeffizienz, Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit. Im Allgemeinen werden Energiemanagementsysteme (EMS) durch unterschiedliche topologische Rahmenbedingungen und Steuerungsstrategien in zentralisierte und dezentralisierte Systeme unterteilt, um bestimmte Themen wie Energieeffizienz und Systemrobustheit hervorzuheben. Vervollständigen Sie Informationen über Komponenten und treffen Sie Entscheidungen für jede einzelne Einheit. Da jedoch die Größe der MG-Community zunimmt und die Vielfalt an leistungselektronischen Komponenten zunimmt, kann die Planungsstrategie für die Betriebsstrategie aufgrund der oft erforderlichen intensiven Rechenleistung sehr komplex werden. Inkonsistente Optimierungsziele verschiedener MGs und Informationssicherheits-/Datenschutzprobleme können ebenfalls schwerwiegende Probleme sein, die den Einsatz eines zentralisierten Energiemanagements in der MG-Community behindern.

3 Struktur der Microgrid-Community

Die koordinierte Steuerungs- und Kommunikationsarchitektur der in der Studie betrachteten MG-Community ist in Abb. 1 dargestellt. Es wird als kleines regionales verteiltes Energiesystem beschrieben, das aus EMS auf Gemeindeebene und mehreren MGs an verschiedenen Standorten besteht. Der MG ist über eine gemeinsame Wechselstromschiene und einen Transformator mit dem vorgelagerten Netz verbunden. Der Punkt, an dem alle MGs und Transformatoren einen gemeinsamen Anschluss haben, wird als PCC bezeichnet. Jeder MG ist vor Ort mit PV, ES, EV und verschiedenen Lasttypen ausgestattet.

4 Ergebnisse

Mit der Umsetzung der vorgeschlagenen Methode werden die Gesamtbetriebskosten nicht nur für jedes einzelne MG, sondern auch für die gesamte Gemeinschaft gesenkt, wie in Tabelle IV dargestellt. Im Vergleich zur direkten Transaktion des vorgelagerten Stromnetzes reduzieren sich die Betriebskosten jedes MG von 5,109 % auf 21,544 %. Andererseits werden durch die Koordinierungsstrategie die Transaktionskosten mit dem vorgelagerten Netz um 8,231 US-Dollar gesenkt, obwohl sich der Übertragungsverlust um 1,245 US-Dollar erhöht. Dadurch konnten die Gesamtbetriebskosten um 9,474 % gesenkt werden. Daher können einzelne MGs von dem vorgeschlagenen EMS profitieren, indem sie die lokalen Betriebskosten senken, was externe MGs dazu bewegen könnte, sich aktiv an der Gemeinschaft zu beteiligen.

5 Lücken auf der Karte

Diese moderne Mentalität des „Erkunden und Eroberns“ lässt sich deutlich an der Entwicklung der Weltkarte erkennen. Lange bevor die Geschichte in die Neuzeit eintrat, verfügten viele Kulturen über eigene Weltkarten. Natürlich wusste niemand wirklich, wie die ganze Welt zu dieser Zeit war. Die Menschen auf dem asiatischen und afrikanischen Kontinent wussten nichts über Amerika, und die amerikanischen Kulturen kannten die Situation auf dem asiatischen und afrikanischen Kontinent nicht. Doch wenn man auf unbekannte Gebiete trifft, wird die Karte entweder überhaupt nicht erwähnt oder es werden imaginäre Monster und Wunder aufgemalt. Auf diesen Karten gibt es keinen leeren Raum und es fühlt sich an, als wäre die ganze Welt zum Greifen nah.

Im 15. und 16. Jahrhundert begannen die Weltkarten der Europäer leer zu erscheinen. Daraus kann man die Entwicklung der wissenschaftlichen Mentalität und die Beweggründe des europäischen Imperialismus erkennen. Die Lücken in der Karte waren ein psychologischer und intellektueller Durchbruch, ein klares Zeichen dafür, dass die Europäer bereit waren zuzugeben, dass sie über einen großen Teil der Welt nichts wussten.

Abbildung 1 Europäische Weltkarte im Jahr 1459. Man erkennt, dass die Karte erschöpfend zu sein scheint. Sogar die südafrikanische Region,
über , verfügt über dichte Informationen.
Im Jahr 1492 segelte Kolumbus von Spanien nach Westen, in der Hoffnung, eine neue Route nach Ostasien zu finden. Kolumbus glaubte damals noch an die alte Weltkarte und meinte, auf der Karte sei auf einen Blick die ganze Welt zu erkennen. Kolumbus errechnete anhand alter Karten, dass Japan etwa 7.000 Kilometer westlich von Spanien liegen müsste. Doch tatsächlich beträgt die Entfernung von Spanien nach Ostasien mehr als 20.000 Kilometer, und es gibt einen amerikanischen Kontinent, den er nicht kennt. Am 12. Oktober 1492 gegen 2 Uhr morgens hatten Kolumbus und seine Gruppe ihren ersten Kontakt mit diesem unbekannten Kontinent. Juan Rodriguez Bermejo, der Ausguck auf der Pinta, sah von seinem Mast aus die heutigen Bahamas und rief: „Da ist Land! Da ist Land!“

Damals glaubte Kolumbus, dass diese kleine Insel überseeisch in Ostasien lag und zu „Indien“ (Indien, einschließlich des heutigen Indien, der Indochina-Halbinsel und Ostindien) gehörte, also nannte er die Einheimischen „Indianer“ (das ist genau das, was). die amerikanischen Ureinwohner bezeichnen sie auch als „Indies“. Nicht umsonst werden sie „Indianer“ genannt). Bis zu seinem Tod glaubte Kolumbus nicht, einen großen Fehler begangen zu haben. Für ihn und viele seiner Zeitgenossen war es schlicht unvorstellbar, dass er einen völlig unbekannten Kontinent entdeckt hatte. Denn unabhängig von den großen Denkern und Gelehrten oder sogar der unfehlbaren „Bibel“ kannte man seit Tausenden von Jahren nur Europa, Afrika und Asien. Wie konnte es möglich sein, dass sie alle falsch lagen? Könnte es sein, dass die „Bibel“ den größten Teil der Welt übersehen hat, ohne es zu erwähnen? Diese Situation ist, als würde man sagen, dass Apollo 11 1969 auf dem Weg zum Mond mit einem anderen A zusammengestoßen sei Mond, den noch niemand gesehen hat. Und weil Kolumbus seine Unwissenheit nicht akzeptieren will, können wir sagen, dass er immer noch ein mittelalterlicher Mann ist, der davon überzeugt ist, dass er bereits die ganze Welt kennt. Selbst wenn er eine so große Entdeckung gemacht hat, kann er nicht überzeugt werden.
Der erste Mensch, der ein „moderner Mensch“ wurde, war tatsächlich der italienische Seemann Amerigo Vespucci, der zwischen 1499 und 1504 viele Male nach Amerika segelte. Zwischen 1502 und 1504 wurden zwei europäische Artikel veröffentlicht, in denen diese Reisen beschrieben wurden und von denen allgemein angenommen wird, dass sie von Vespucci verfasst wurden. Diese beiden Artikel legen nahe, dass die von Kolumbus entdeckte kleine Insel nicht Ostasien, sondern ein ganzer Kontinent sein sollte, und egal ob es sich um die „Bibel“ handelt, frühere Geographen oder Europäer wussten damals nichts von der Existenz dieses Kontinents vor . Im Jahr 1507 glaubte der Meisterkartograf Martin Waldseemiller daran und veröffentlichte eine neue Version der Weltkarte. Dadurch erschien das Land, auf das die nach Westen segelnde spanische Flotte stieß, erstmals als eigenständiger Kontinent auf der Karte. Da er es malen wollte, musste Waldseemüller ihm einen Namen geben, doch er glaubte fälschlicherweise, dass der Entdecker Amerikas Amerigo Vespucci sei, und so wurde der Kontinent zu seinen Ehren „Amerika“ (Amerika) genannt. Waldseemüllers Karte Luoyang war teuer, und viele andere Kartographen folgten diesem Beispiel, sodass der Begriff „Amerika“ weit verbreitet war. Man kann davon ausgehen, dass Gott Augen hat, aber am Ende sind ein Viertel des Landes der Welt und zwei der sieben Kontinente nach einem unbekannten Italiener benannt, und das Einzige, was er tat, war, den Mut zu haben zu sagen: „ wir wissen nicht".

Die Entdeckung Amerikas war ein grundlegendes Ereignis für die wissenschaftliche Revolution. Dies lehrte die Europäer nicht nur, dass tatsächliche Beobachtung wichtiger war als vergangene Traditionen, sondern der Wunsch, Amerika zu erobern, machte die Europäer auch wissensdurstig. Wenn sie dieses riesige neue Territorium wirklich kontrollieren wollen, müssen sie alle riesigen Daten zu Geographie, Klima, Flora, Fauna, Sprache, Kultur und Geschichte sammeln. In diesen Zeiten sind weder die christliche Bibel noch alte Geographiebücher oder altes mündliches Wissen von Nutzen.

Seitdem haben nicht nur europäische Geographen, sondern Wissenschaftler in fast allen Wissensgebieten in Europa gelernt, Lücken zu lassen, sich der Unwissenheit in ihrem eigenen Fachgebiet ehrlich zu stellen und zu versuchen, sie zu füllen. Sie begannen zuzugeben, dass ihre Theorien nicht perfekt waren und dass es wichtige Informationen geben musste, die noch nicht gelernt worden waren.

Abbildung 2 Die Salviati-Weltkarte im Jahr 1525. Die Version der Weltkarte von 1459 ist voller Kontinente, Inseln und detaillierter Erklärungen, aber die Salvati-Karte weist eine große Leerstelle auf. Wir können sehen, dass es eine leere Stelle gibt, nachdem die Küste Amerikas ganz nach unten geht. Jeder, der auch nur ein wenig neugierig ist und sich diese Karte anschaut, wird sich zwangsläufig fragen: „Was steckt dahinter?“ Auf der Karte gibt es keine Antwort. Es ist wie eine Einladung an die Leser, die Segel zu setzen und es selbst herauszufinden.