Det amerikanska elsystemet anpassar sig till en ny våg av distribuerade energiresurser, som solpaneler och energilagring. Några av dessa arbetar tillsammans i lokaliserade nätverk som kallas mikronät – nästan 2, 000 är nu verksamma eller planerade över hela landet, enligt en uppskattning.

Prisad för sin flexibilitet, mikronät kan köras i ett "ö"-läge eller ansluta till huvudnätet. Även om mikronät potentiellt kan öka tillförlitligheten, det nuvarande elektriska systemet behöver uppgraderas för att kunna synkroniseras korrekt med dem.

Forskare vid U.S. Department of Energys (DOE) Argonne National Laboratory studerar effekten av mikronät och analyserar sätt att assimilera dem smidigt i det större elektriska systemet. En del av detta arbete fokuserar på distributionssystemet – den sista delen av elens resa från energikälla till uttag.

"Traditionellt, distributionssystem har fungerat som passiva nätverk, med enkelriktat kraftflöde från bulkenergikällor till enskilda kunder, säger Ning Kang, en forskare vid Argonnes division Energy Systems, som arbetar med sammankoppling av mikronät, integrations- och kontrollstrategier med kollegan och huvuddistributionsingenjören Ravindra Singh.

"Men ett mikronät - med sina egna distribuerade energiresurser, som solpaneler – kan nu injicera ström tillbaka till nätet. Om det kraftflödet inte hanteras korrekt, det kan störa skyddssystem och andra aspekter av distributionsnätet."

Nya strategier behövs för att dra nytta av denna extra kraft och samtidigt undvika problem. Här är fyra rekommendationer, baserat på tidigare forskningsrön och Kang och Singhs analys:

Definiera generering av mikronät inom kraftmarknaden

Mikronät behöver ett strukturerat sätt att sälja tillbaka sin kraft till elnätet. Ett sätt skulle vara att definiera pooler av mikronät som kan handla med varandra och det större nätet; ett annat skulle vara att skapa kraftinköpskontrakt mellan olika mikronät. I båda scenarierna, sändningsregler måste sättas så att mikronät skickar ström till rätt plats vid rätt tidpunkt.

Uppdatera distributionsskyddssystem

Enheter som skyddar distributionssystemet från överdriven ström är vanligtvis inställda för att betjäna ett äldre nät med envägsström. Distributionssystemet bör implementera en uppdateringsmekanism för realtidsinställningar för alla dess skyddsenheter för att avvärja potentiella problem.

Förbättra övervakningen av strömkvaliteten

Våra växande elektroniska enheter kan vara känsliga för variationer i strömkvalitet. Att integrera mikronät i stor skala kommer att kräva onlineövervakningssystem som tillhandahåller högupplösta data om spänning och strömkvalitet. På vissa punkter i distributionssystemet, det kan vara vettigt att lägga till sensorer och analysverktyg som kan hjälpa till att bedöma och lösa eventuella problem.

Bygg bättre kontroller

Alltmer, nätoperatörer använder distributionssystemdrift och kontrollprogramvara för att övervaka och diagnostisera problem på nätet och göra snabba justeringar för att säkerställa tillförlitlig, effektiv nätdrift. Dessa system använder applikationer, precis som en smartphone gör, att ta sig an ett antal uppgifter. Vissa av applikationerna kräver uppgraderingar för att hantera en värld med ett ökande antal mikronät.