Consistent control design for the coordination of distributed actors in a multilayered integrated gridsystem

多层集成网格系统中分布式参与者协调的一致控制设计

基本信息

项目摘要

The objective of this project is to develop methods for the design andanalysis of distributed control strategies for hybrid electricalenergy systems from the perspective of the overall system. To do so wewill build on a combination of methods from hierarchical control,complex network science and nonlinear dynamics. Our ultimate aim isto be able to address questions on structure and control that spanmultiple layers and time scales of hybrid power systems, and be ableto do so with some generality. The ability to answer such questionswill become crucial in the future power grid due to a combination offactors that arise from moving from central conventional generation todecentral, intermittent energy sources. On the one hand, balancingintermittent renewable infeed and load on a local level is overlyexpensive. Thus, extended transmission systems will be needed for aneconomic energy transition. Such additional transmission capacity willpartly take the form of high voltage DC lines, leading to hybrid powersystems. On the other hand, the actors (e.g, demand side managementcontrol, storage, electric vehicles) that control the system andprovide auxiliary services will move to lower grid levels. This willenable and require decentralized, locally controlled subnetworks, so calledmicrogrids. The ability to partition the system at microgridboundaries will potentially improve the resilience against failures inthe transmission level as well as in neighboring networks bypreventing cascades. At the same time, this changes the controlproblem dramatically, and raises the question for the need ofdedicated communication infrastructure. The tension between the needfor increased global transmission and local, decentralized agents tocontrol the system introduces a deep hierarchy into the design of thecontrol of the electrical power system. The questions that arise inthis context are novel in nature. E.g., what is the optimal size of theorganizational units, i.e., the microgrids? Is this size static ordynamic itself? The conceptual and methodological nature of our work, combininghierarchical control concepts and sampling based methods for analyzingoverall systems, will allow for the application of results to differentgeographical contexts, with differently developed infrastructure. Wewill be able to not only answer questions regarding the transformationfrom bulk fossil-fueled power generation towards increasing renewableinfeed in industrialized economies, but also questions pertinent tomulti-layer hybrid systems that occur elsewhere. For example, abottom-up electrification approach in rural areas of the global southstarting from stand-alone household-based electrical energy systemstowards organically growing distribution networks for energy trading,eventually coupled to a transmission network, can also be studied,using the methodological framework to be developed within thisproject.
本项目的目标是从整个系统的角度出发,开发混合电力系统分布式控制策略的设计和分析方法。为了做到这一点,我们将建立在分层控制、复杂网络科学和非线性动力学方法的组合上。我们的最终目标是能够解决跨越混合动力系统的多层和时间尺度的结构和控制问题,并且能够在一定程度上做到这一点。在未来的电网中,回答这些问题的能力将变得至关重要,因为从中央常规发电转向分散的间歇能源所产生的组合反应堆。一方面,在地方一级平衡间歇性可再生饲料和负载的成本过高。因此,需要扩展的传输系统来实现经济的能源转换。这种额外的输电能力将在一定程度上采取高压直流线路的形式,从而导致混合电力系统。另一方面,控制系统和提供辅助服务的参与者(如需求侧管理、控制、仓储、电动汽车)将转移到较低的电网水平。这将是可行的,并需要分散的、本地控制的子网络,即所谓的微电网。在微电网边界划分系统的能力将通过防止级联,潜在地提高传输水平和邻近网络对故障的恢复能力。与此同时,这极大地改变了控制问题,并提出了需要专用通信基础设施的问题。增加全球输电的需要和控制系统的局部分散代理之间的紧张关系将深层次引入电力系统控制的设计中。在这种情况下出现的问题本质上是新的。例如,组织单元的最佳大小是多少,即微电网?这个尺码本身是静态的吗?我们工作的概念和方法性质,结合了用于分析所有系统的分级控制概念和基于抽样的方法,将允许将结果应用于不同的地理环境,具有不同发展的基础设施。我们将不仅能够回答有关工业化经济体从大量化石燃料发电向日益可再生的电力供应转型的问题,还将能够回答与其他地方出现的多层混合系统相关的问题。例如,也可以利用将在该项目范围内制定的方法框架,研究全球南方农村地区的电气化办法,即从独立的以家庭为基础的电力系统到有机增长的用于能源交易的配电网,并最终连接到输电网络。

项目成果

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