我的名字是Ben Kroposki，我是国家可再生能源实验室动力系统工程中心的主任。今天我将谈论自主能源系统和我们围绕重新想象未来能源系统的优化和控制的想法。
如果我们考虑一下电力系统正在发生的转变，我们正在从我们目前的电力系统过渡，主要是基于水力、核能、煤炭和天然气等大型发电厂。
这些发电厂的核心是同步发电机。而通常情况下，电力是单向地从这些大型中央电站工厂流向客户。该系统是集中控制的，然后发电量跟随需求。
当我们展望未来的电力系统时，我们开始看到许多新技术被整合到这个系统中。
首先，风能和太阳能的水平不断提高。这些是可变的发电机，它们的输出基于天气条件。此外，这些技术与传统的发电有点不同，因为它们通常有电力电子转换器接口来连接到电网。还有更多使用通信控制和数据和信息–所谓的智能电网。
这使得电网本身的效率提高了很多。但它也引入了互操作性和网络安全问题。还有一系列新的分布式技术，如电动汽车、分布式存储和灵活的负载。
此外，电网和其他基础设施，如天然气网和通信基础设施之间的相互依赖性越来越强。最后，所有这些都导致了一个更加高度分布的、更加复杂的控制和操作的能源系统。
当我们开始研究如何为电网开发高级控制时，我们注意到与其他一些应用的相似之处，包括运输、建筑系统和可再生技术。我们注意到有一组共同的问题，包括非线性控制、优化、高级分析和复杂系统。
我们需要了解我们如何能够实时控制这些类型的系统的运行，而且这些系统总是随着时间的推移而变化。此外，我们需要能够处理数以亿计的控制点。
此外，还需要人工智能和机器学习技术等东西来帮助处理大量的数据和信息。 因此，我们想确保为了控制数以百万计的设备，我们制定了一个分层策略，将家庭和社区规模与分配规模到传输规模系统联系起来。
最后，我们需要使用数据分析来最好地利用围绕这些系统的所有数据和信息，尽管它们不是所有时间都同步的。
因此，在一天结束时，我们需要创建一个综合系统，允许所有能源的整合。这包括电网本身、电网互动的高效建筑、车辆和流动性、先进的风力发电厂和先进的太阳能发电厂。 我们需要确保我们提出的解决方案是可扩展的，能够允许对数以百万计的设备进行分布式控制并进行实时优化。
最后，我们希望整合所有可用的数据和信息，以帮助优化这些类型的系统。
因此，你在这里看到的图片代表了一个大型风电场，每个箭头都代表一个单独的风力发电机。箭头方向是风轮机指向风的方向，以产生尽可能多的电力。现在，通常风电场的控制是基于当地的测量。
你可以从风轮机的小图片中看到，箭头指向它对风速和风向进行测量的地方。 因此，在典型的控制中，你可以看到在左手边，当风开始改变方向时，风轮机开始搜索风的方向。
如果你看右边的图，你可以看到风轮机以更同步的方式行动，似乎在整体上寻找风向。 那么，我们如何能够做到这一点呢？
首先，我们把整个风电场分解成更小的单元。然后在每个单元的内部，我们让风力涡轮机相互沟通，并就风向达成共识。一旦它们做到这一点，它们就会将信息传递给邻近的单元。
这样一来，整个风电场就能就风向达成共识。 我们证明，通过这种技术，我们能够更快地解决优化程序。 使用中央控制，大约需要13分钟来解决。 通过使用这些分布式控制技术，我们只花了大约2秒钟就解决了。
接下来，我们将看看这些如何通过自主能源网开始整合在一起。
我们真正想做的一件事是了解分布式资源的真正大规模的部署。因此，我们把旧金山湾区作为一个例子。这是一个非常复杂的配电级电网，有超过10,000,000个电气节点。如果你考虑一下不同的分布式资源如何被整合到这个系统中，你有电动汽车、充电器、建筑负载和本地光伏。
如果每个客户都有所有这些设备，你可以谈论10,000,000到20,000,000个可控制的设备，就在旧金山湾区本身的电网上。
我们研究了如何利用他们的电力系统，做一些这样的分布式优化。我们采取了自然的策略，如你在左手边看到的那样，查看大型的、复杂的配电线路，并将其分成较小的区域。 然后对其进行优化和控制，再把这些解决方案带回到一起。 在右手边，你可以看到，如果我们甚至去到更小规模的单元，它实际上提供了一个更高的速度改进，在做优化的同时保持精度。
我们开发了一个大规模的模拟平台，使我们能够评估数十万的设备。 在这种情况下，黄点所示的约40万个光伏系统；蓝点所示的约40万个建筑负荷；然后是10,000辆电动汽车和约200个充电站。
这个特定的数字显示的是模拟运行的时间，所以大约2个小时被压缩成几秒钟。 但是我们能够对旧金山湾区进行复杂的多领域能源模拟，其中有数百万的可控资产在一秒左右的时间步长下运行分布式分层控制。这表明，至少在模拟中，我们可以将这些大规模的分布式控制算法部署在极其复杂的系统上。
因此，让我们把这一切与自主能源网的概念联系起来。正如你从图中看到的，当我们使用由这些蓝环代表的集中式控制时，我们得到的电压曲线并不优化。
如果我们研究一下，我们可以把整个电网作为协调的单元来运作，我们可以让这些单元相互沟通，更好地优化电压曲线。 当我们考虑整合大量的分布式资源时，这很重要。
为了应对破坏性事件，利用分布式控制更快速地恢复。我们还在研究如何采取自下而上的方法，通过自主城市化来整合建筑和交通基础设施。 这两个想法都是对自主能源系统的持续改进。
就这样，我要说谢谢你。如果你想了解更多信息，请访问这个网站：https://www.nrel.gov/grid/autonomous-energy.html
