Kaliforniens invånare älskar förnybar energi. Faktiskt, Kalifornien blev precis den första staten som kräver solpaneler på alla nya hem.

Men det nya kravet skapar frågor — Hur kommer den nya lagen att komplicera elmarknaden? Vilka påfrestningar kommer det att lägga på befintliga distributionsnät?

När Kalifornien kämpar för att hålla en deadline 2030 för att ta emot 50 procent av sin el från förnybara källor, staten måste hitta sätt att spåra, mäta, och värdera elförbrukning och produktion som står för variationen hos el som kommer från decentraliserade källor, som  solenergi, vind, och batterier. Utan noggrann hantering, dessa källor, känd som distribuerade energiresurser, eller DERs, har potential att orsaka opålitlig kraftleverans, eller till och med avbrott, och leda energibolag att överdebitera kunder.

En ny uppsats av elektroingenjörer vid Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering vid University of California, Riverside, erbjuder ett sätt att ta hänsyn till osäkerheter som introducerats av både elmarknaden och DER så att energibolag kan balansera distributionsnätet och hitta de bästa kundpriserna.

Ett sätt som förvaltare av elmarknaden säkerställer en rättvis fördelning av kraft är genom att erbjuda incitament för kunder att minska, eller skjuta upp, strömförbrukning under rusningstid. Kunder kan välja att använda mindre el eller flytta sin användning till en distribuerad källa, som solpaneler eller batterier på taket. Kunder kan också göra mer el tillgänglig under toppbelastningar genom att sälja till bolaget överskottsel av el som genereras av deras taksolpaneler. Konsumenter kan därmed utöva ett starkt inflytande på det bredare elnätet och marknaden.

Problemet, enligt forskarna, är att de organisationer som övervakar nätet som helhet, kända som oberoende systemoperatörer, eller ISO, skicka inte, och ofta inte kan se, platsen för nätverks-DER:er. De ser bara transmissionsledningar och resurser kopplade till dem, såsom kollektiv efterfrågan vid transformatorstationerna och kraftverken. De bestämmer marknadsförhållanden utifrån helheten utan att känna till detaljer som kan få viktiga konsekvenser i elnätet.

"ISOs ser elen fram till transformatorstationen som matar in den i ett konsumentnätverk men är blinda för vad som händer bland tusentals eller miljontals kunder efter den tidpunkten, " förklarade Ashkan Sadeghi-Mobarakeh, en doktorand vid UC Riverside i el- och datateknik och första författare till uppsatsen. "Efterfrågan från varje kund på varje plats har olika lokal påverkan på distributionsnätet."

Kalifornien ISO, eller CAISO, har infört ett nytt index för att bättre hantera flexibla och lyhörda laster enligt marknadsförhållandena. Men indexet tyder på att flexibla laster endast ska användas enligt marknadsförhållanden, vilket betyder att CAISO:s index inte anser att marknadsdeltagande av DERs som finns i distributionsnätverk kan tänja på ett nätverks gränser.

Om CAISO eller bolaget bestämmer tider för att distribuera eller skjuta upp elektriska belastningar utan att ta hänsyn till variabla förnybara resurser på plats och distributionsnätverksförhållanden, de riskerar att överbelasta nätverket och orsaka avbrott. Tvärtemot sunt förnuft, Att minska elleveransen till distributionsledningar vid toppbelastning kan leda till högre kostnader och minska nätstabiliteten.

UC Riverside-tidningen tar inte bara hänsyn till marknadsförhållandena, men också den inverkan som flexibla resurser har på distributionsnätets begränsningar.

Sadeghi-Mobarakeh använde nya algoritmer för att modellera kostnader och elektriska belastningar i olika marknadsscenarier och testade dem på ett standarddistributionsnätverk. Han använde sin algoritm för att jämföra kostnaden och stressen på distributionsnätet med vad som skulle förutsägas av den konventionella modellen. Han fann att om energibolaget hade lagt bud enligt hans modell, de kunde ha levererat ström till konsumenterna till betydligt lägre kostnad på många dagar, med mindre risk för nätverket.

Forskarna föreslår två nya index för att hjälpa verktyg att se bortom marknadsförhållandena och identifiera matare med bättre prestanda för drift av skjutbara laster. De föreslår sätt som DER kan aktivt delta på elmarknaden genom att följa marknadssignaler. De två indexen visar hur en bra feeder reagerar på marknadssignaler utan att påverka distributionsnätet negativt. De nya indexen kan hjälpa energibolag att fastställa en optimal budgivningsstrategi på day-ahead-marknaden, tillsammans med optimala scheman för uppskjutningsbara laster.

"De index som föreslås i denna artikel kan kombineras med fältmätningar från smarta mätare vid transformatorstationer för att i realtid mäta den kollektiva påverkan som distribuerade energiresurser har på distributionssystemens tillförlitlighet, Sadeghi-Mobarakeh sa.

Förutom Sadeghi-Mobarakeh, författarna inkluderar hans rådgivare, Hamed Mohsenian-Rad, en professor i el- och datorteknik vid UC Riverside; Alireza Shahsavari, en doktorand vid UC Riverside; och Hossein Haghighat från Islamic Azad University of Jahrom.

Tidningen kommer att dyka upp i ett kommande nummer av IEEE-transaktioner på Smart Grid .