Nedavno su bili česti izvještaji o skladištenju energije na mreži. Dakle, koja je razlika između skladištenja energije na mreži i skladištenja energije na mreži?
Stabilni sinhroni izvori energije kao što su toplotna energija, hidroenergija i nuklearna energija izgradili su stabilnu sinhronu električnu mrežu naizmjenične struje. Tradicionalni sinhroni generatori na ugalj i plin mogu pružiti podršku inerciji i regulaciju napona i frekvencije za elektroenergetsku mrežu, i smatraju se "balastnim kamenom" za sigurnost elektroenergetskog sistema. Sa povećanjem stope prodora nove energetske i energetske elektronske opreme, elektroenergetski sistem prelazi na slabu elektroenergetsku mrežu niske inercije i niskog prigušenja, što predstavlja ozbiljne izazove za siguran i stabilan rad elektroenergetskog sistema.
Novi elektroenergetski sistem ima karakteristike "dvostruko visoke" i "dve modernizacije"
1. Predgovor
U elektrohemijskim sistemima za skladištenje energije, pretvarači za skladištenje energije su važna komponenta odmah iza baterija. Konvertor za skladištenje energije (PCS) uključuje ispravljač i inverter koji određuju kvalitet i karakteristike izlazne električne energije. U načinu povezivanja s mrežom, tokom perioda niskog opterećenja, pretvarač za pohranu energije ispravlja AC napajanje u mreži u jednosmjernu snagu za punjenje baterije; Tokom perioda vršnog opterećenja, inverter za skladištenje energije pretvara jednosmernu struju u bateriji u naizmeničnu struju i šalje je nazad u električnu mrežu. Stoga je, u kontekstu velikog mrežnog povezivanja nove energije, tehnologija upravljanja inverterima ključna za izgradnju skladišta energije na mreži.
Postoje dvije glavne tehnologije upravljanja za pretvarače, a to su Grid Following tehnologija upravljanja i Grid Forming upravljačka tehnologija. Trenutno, pretvarači za skladištenje energije povezani na mrežu obično koriste tehnologiju upravljanja koja prati mrežu.
Budući da su nove jedinice za proizvodnju energije na bazi energije vjetra i sunca povezane na mrežu preko invertera, kako bi se izgradio efikasan i stabilan novi elektroenergetski sistem baziran na novoj energiji, kontrolne karakteristike invertera na ovim priključcima povezanim na mrežu pridaju veliku pažnju. i istraživanja. Kao dvije važne tehničke rute, praćenje mreže i izgradnja mreže imaju značajnu primjenu u poboljšanju stabilnosti električne mreže i kapaciteta potrošnje nove energije.
2. Mreža koja prati skladištenje energije
Sistem za skladištenje energije povezan sa mrežom je u suštini izvor struje koji ne može sam da obezbedi podršku napona i frekvencije, i mora se oslanjati na napon i frekvenciju mreže. U režimu praćenja mreže, pretvarač za skladištenje energije precizno hvata informacije o fazi mreže i meri fazu tačke priključka na mrežu (PCC) kroz fazno zaključanu petlju (PLL) kako bi se postigla sinhronizacija sa mrežom. Međutim, ovaj način upravljanja onemogućava sustavu za skladištenje energije da samostalno obezbjeđuje podršku napona i frekvencije i mora se oslanjati na stabilan napon i frekvenciju koje obezbjeđuje električna mreža da bi ispravno funkcionirao. U ostrvskim i isključenim režimima, sistemi za skladištenje energije koji prate mrežu neće moći normalno da rade. Stoga su sistemi za skladištenje energije povezani na mrežu prikladniji za područja sa boljom stabilnošću mreže.
U metodi upravljanja slijedom mreže (GFL), u slučaju slabe električne mreže i niske fizičke inercije, brzina odziva i sposobnost kada je električna mreža poremećena su relativno slabe, i ne može aktivno pružiti podršku napona i frekvencije kao što je mreža koja se formira. tehnologije. Metoda upravljanja koja prati mrežu će se suočiti sa problemima stabilnosti, i u ovom slučaju, pretvarač je prikladniji za usvajanje metode upravljanja formiranjem mreže (GFM).
Najveća razlika od pretvarača povezanih na mrežu je u tome što imaju mogućnost podešavanja frekvencije i kontrolnog napona, omogućavajući im da pruže podršku inerciji poput sinhronih generatora. I energija vjetra i fotonapon mogu se naknadno opremiti i opremiti mrežnim inverterima kako bi se obezbijedila virtuelna inercija i prigušenje sistema, ali fluktuirajuće karakteristike obnovljive energije čine ga nesposobnim da obezbedi održivu i stabilnu podršku za sistem. Skladištenje energije bazirano na mreži ima prednosti skladištenja energije i brzog odziva snage, što ne samo da može pružiti usluge energetske ravnoteže za elektroenergetsku mrežu, već također pruža stabilnu podršku s većim dometom i dužim trajanjem.
Stoga je dodavanje novih strategija upravljanja sistemu za skladištenje energije na strani nove energije, omogućavajući mu mogućnost regulacije frekvencije i kontrole napona sinhronih generatora ili sličnih sinhronih generatora, formirajući sistem za skladištenje energije na mreži, postalo izvodljivo rješenje za trenutnu novu strategiju povezivanja na elektroenergetsku mrežu.
3. Skladištenje energije formiranja mreže
Mrežni sistem za skladištenje energije je u suštini izvor napona koji može autonomno podesiti parametre napona, emitovati stabilan napon i frekvenciju, poboljšati mogućnosti podrške napona i frekvencije pretvarača i poboljšati stabilnost energetskog sistema. U smislu podrške frekvencije i inercije, sistem za skladištenje energije na mreži kontroliše oslobađanje akumulacije energije na strani jednosmerne struje, što je ekvivalentno mehaničkoj energiji inercije sinhrone mašine ili energiji prigušenja, čime se obezbeđuje inercijski odziv i suzbijanje oscilacija.
Mrežni sistem za skladištenje energije sastoji se od mrežnog pretvarača, pojačanog transformatora i električnih vodova. Promjena kapaciteta sistema direktno će uticati na ekvivalentnu impedanciju mrežnih invertera, pojačivača transformatora i električnih vodova. Stoga se skladište energije u mreži ne može jednostavno smatrati idealnim izvorom napona. U smislu naponske podrške, sistem za skladištenje energije na mreži oblikuje pretvarač za skladištenje energije u karakteristiku eksternog izvora napona kroz mehanizam za kontrolu sinhronizacije snage. Može nezavisno da konstruiše amplitudu i fazu napona na strani naizmenične struje bez oslanjanja na eksterni sistem naizmenične struje, pružajući snažnu podršku napona za energetski sistem. Stoga su sistemi za skladištenje energije zasnovani na mreži prikladniji za regije sa visokim udjelom pristupa obnovljivoj energiji.
Grid Forming tehnologija skladištenja energije može poboljšati snagu sistema, povećati odnos kratkog spoja i postići elastične sisteme napajanja, omogućavajući više nivoe proizvodnje obnovljive energije i pouzdan transport energije. Grid Forming sistem skladištenja energije dalje stabilizuje talasni oblik napona i visok kvalitet električne energije u mreži, istovremeno smanjujući međuregionalne ili lokalne fluktuacije mreže.
Tehnologija skladištenja energije zasnovana na mreži poboljšava kapacitet preopterećenja upotrebom super distribuiranog PCS-a za izgradnju izvora napona koji podržava stabilan rad električne mreže. Može igrati ulogu u brzoj regulaciji frekvencije i napona, povećavajući inerciju i podršku kapaciteta kratkog spoja, potiskujući širokopojasne oscilacije i povećavajući stabilnost elektroenergetskog sistema.
Za razliku od tradicionalnog skladištenja energije na mreži, skladištenje energije zasnovano na mreži može aktivno identifikovati situaciju u elektroenergetskoj mreži i finije i aktivnije suzbiti fluktuacije u mreži.
4. Performanse mrežne konfiguracije i metode kontrole
Trenutno je oprema za skladištenje energije koja se široko koristi još uvijek tehnologija povezana s mrežom, a strukturirano skladištenje energije je tehnologija u nastajanju. Poređenje njegovih karakteristika sa skladištenjem energije priključenim na mrežu prikazano je u tabeli:
| Mreža koja prati skladištenje energije | Skladištenje energije formiranja mreže |
| Može se smatrati izvorom konstantne struje | Može se smatrati izvorom napona |
| PLL je potreban | Nema potrebe za PLL |
| Nije moguće crni početak | Može li početi crno |
| Ne može kontrolisati frekvenciju i napon električne mreže | Može aktivno podesiti izlaznu frekvenciju i napon |
| Koristan za ograničavanje struje kvara i prolaz kroz implementaciju | Nije pogodno za ograničavanje struje kvara i prolazak kroz implementaciju |
| Efikasnost ciklusa superiorna u odnosu na skladištenje energije na mreži | Efikasnost ciklusa niža od skladištenja energije na mreži |
| Ne može da radi u sistemu elektronske opreme sa potpunom snagom (100%) | Teoretski, može raditi u potpuno (100%) sistemu energetske elektronske opreme |
| Trenutno se široko koristi, primjenjiv samo na jake električne mreže, nije pogodan za izolirana ostrva | Trenutno ima ograničenu primjenu i može se primijeniti na slabe električne mreže i izolirana ostrva |
Primjena skladištenja energije povezanog s mrežom uglavnom se fokusira na ubrizgavanje aktivne snage u mrežu putem tehnologije praćenja maksimalne snage (MPPT). Stoga su izvori reaktivne snage vrlo mali i često blizu nule. Iz perspektive ukupne efikasnosti ciklusa, skladištenje energije zasnovano na mreži je privlačnije. Jedna od glavnih prednosti skladištenja energije na mreži je regulacija napona i frekvencije električne mreže. Da bi se postigao ovaj cilj, referentne vrijednosti aktivne i reaktivne snage u skladištu energije u mreži se stalno mijenjaju.
Iz kontrolne perspektive, ponašanje skladišta energije povezanog na mrežu može se aproksimirati kao kontrolirani izvor struje s paralelnom visokom impedancijom. U poređenju sa skladištenjem energije na mreži, skladištenje energije zasnovano na mreži može se aproksimirati kao izvor napona sa niskom serijskom impedancijom. Još jedna velika razlika između skladištenja energije na mreži i kontrole skladištenja energije zasnovane na mreži je u tome što skladište energije zasnovano na mreži može uspostaviti sopstveni referentni napon i frekvenciju bez mrežnog povezivanja, i ima slične radne karakteristike kao i sinhroni generatori. Stoga, skladištenje energije zasnovano na mreži teoretski može raditi u potpuno (100%) sistemima elektronske opreme i pogodno je za slabe mreže i izolirana ostrva, dok je skladištenje energije zasnovano na mreži pogodnije za scenarije primjene sa snažnom podrškom mreže. Međutim, zbog trenutnog ograničenja rasklopnih uređaja, kapacitet energetskih elektronskih uređaja za skladištenje energije u mreži je obično velik da zadovolji zahtjeve protoka struje kvara, što njihovu konstrukciju čini skupom.
Uobičajene metode upravljanja za skladištenje energije u mreži prikazane su u Tabeli 2, uglavnom podijeljene na upravljanje zasnovano na spuštanju, upravljanje zasnovano na sinkronoj mašini i druge metode upravljanja.
Pružanje mogućnosti virtuelne inercije je važan aspekt metoda kontrole skladištenja energije zasnovane na mreži. Metode upravljanja zasnovane na droop-u nemaju mogućnost da obezbede virtuelnu inerciju, jer su tipično kontroleri velikog propusnog opsega. S druge strane, većina metoda upravljanja zasnovanih na sinhronim mašinama može pružiti virtualnu inerciju.
Za glatku sinhronizaciju mreže, razlika napona između PCC-a i mreže u smislu amplitude, frekvencije i faze treba biti minimizirana. Iz tog razloga, metode upravljanja zasnovane na spuštenim i sinhronim mašinama obično zahtijevaju da sinhrona jedinica održava sinhronizaciju sa električnom mrežom, koju održava regulator snage, tako da nema potrebe za sinhronom jedinicom tokom rada.
| Klasifikacija | Kontrolna struktura |
| Kontrola pada | Kontrola zasnovana na frekvenciji |
| Kontrola pada na osnovu ugla | |
| Kontrola sinhronizacije snage | |
| Upravljanje bazirano na sinhronoj mašini | Virtuelna sinhrona mašina |
| Simulacija jednadžbe zamaha | |
| Poboljšana kontrola virtuelnog sinhronog generatora | |
| Sinhroni pretvarač | |
| Kontrola utakmice | |
| Druge metode kontrole | Metoda bazirana na virtuelnom oscilatoru |
| Robusna kontrola zasnovana na H \ H2 | |
| Kontrola zasnovana na konfiguraciji frekvencije |
Pokrenuti su demonstracijski projekti za skladištenje energije bazirano na mreži kako u zemlji tako i na međunarodnom nivou, a promovirana su srodna istraživanja i primjene velikih razmjera. Međutim, kao tehnologija u nastajanju, skladištenje energije bazirano na mreži je još uvijek u fazi istraživanja industrije, a potražnja za električnom mrežom još nije jasna. Još uvijek nisu uspostavljeni relevantni propisi i standardi. Posljednjih godina u Kini se aktivno uvode relevantne politike za podršku izgradnji skladišta energije na mreži. Vjeruje se da će s tehnološkim napretkom primjena grid-baziranog skladištenja energije postati sve zrelija.
5. Tip mreže PCS u odnosu na tip mreže PCS
Sistem konverzije energije (PCS) i mreža koja sledi PCS su dva različita tipa energetskih elektronskih pretvarača koji imaju različite primene i karakteristike u mikromrežama i distribuiranim energetskim sistemima.
1. Osnovni pojmovi
PCS tipa mreže, poznat i kao virtuelni sinhroni generator (VSG), može autonomno uspostaviti i održavati napon i frekvenciju mreže bez eksterne mreže, pogodan za mikromreže koje rade na izolovanim ostrvima.
PCS povezan na mrežu: Oslanja se na postojanje vanjske električne mreže i radi sinhronizacijom napona i frekvencije vanjske električne mreže. Pogodan je za mikromreže koje su povezane na mrežu.
2. Princip rada
Tip mreže PCS:
Strategija kontrole:Usvajanje virtuelne kontrole inercije i prigušenja za simulaciju ponašanja sinhronih generatora, sposobnih za nezavisno uspostavljanje i održavanje napona i frekvencije električne mreže.
Stabilnost:Ima dobar dinamički odziv i stabilnost i može održavati stabilan rad električne mreže u otočnom načinu rada.
Primjenjivi scenariji:Pogodno za udaljena područja, ostrva, vojne baze i druge situacije koje zahtijevaju neovisno napajanje.
Tip mreže PCS:
Strategija kontrole:Usvajanje upravljanja inverterom izvora napona (VSI), sinhronizacija napona i frekvencije vanjske električne mreže kroz fazno zaključanu petlju (PLL).
Stabilnost:Oslanja se na stabilnost vanjske električne mreže i nema mogućnost samostalnog uspostavljanja i održavanja električne mreže.
Primjenjivi scenariji:Pogodno za mikromreže koje su povezane na mrežu, kao što su komercijalne zgrade, industrijski parkovi itd.
3. Poređenje parametara
| Parametar | Tip mreže PCS | Slijedeći tip mreže PCS |
| Kontrolni model | Virtualni sinhroni generator | Inverter izvora napona |
| Nezavisna operativna sposobnost | Have | Nemam |
| Mogućnost regulacije frekvencije | Autonomna regulacija | Pratite vanjsku električnu mrežu |
| Mogućnost regulacije napona | Autonomna regulacija | Pratite vanjsku električnu mrežu |
| Dinamički odziv | Brz i stabilan | Zavisi od vanjske električne mreže |
| Primjenjivi scenariji | Ostrvska operacija | Rad povezan na mrežu |
| Tipične primjene | Zabačeni regioni, ostrva | Poslovni objekti i parkovi |
| Tipična oprema | VSG kontroler | VSI kontroler |
Primjer
Primjer 1: umreženi PCS
Scenarij aplikacije:Microgrid na udaljenom ostrvu
Parametri opreme:
Model: ABB PCS100 VSG
Nazivna snaga: 500 kW
Nazivni napon: 400 V
Nazivna frekvencija: 50 Hz
Strategija upravljanja: virtuelni sinhroni generator (VSG)
Dinamičko vrijeme odziva: Manje ili jednako 20 ms
Odstupanje napona u stacionarnom stanju: ± 1%
Devijacija frekvencije u stacionarnom stanju: ± 0.1 Hz
Nezavisno vrijeme rada: veće ili jednako 24 sata
Prednosti:
Mogućnost nezavisnog rada:sposoban da samostalno održava stabilan rad ostrvskih mikromreža u slučaju kvarova vanjske električne mreže.
Brzi dinamički odziv:može brzo odgovoriti na promjene opterećenja i održati stabilnost električne mreže.
visoka pouzdanost:pogodan za dugotrajno stabilno napajanje u udaljenim područjima.
Primjer 2: Tip mreže PCS
Scenarij aplikacije:Mikromreža poslovne zgrade
Parametri opreme:
Model: SMA Sunny Tripower CORE1
Nazivna snaga: 25 kW
Nazivni napon: 230 V
Nazivna frekvencija: 50 Hz
Strategija upravljanja: Inverter izvora napona (VSI)
Dinamičko vrijeme odziva: manje ili jednako 10 ms
Odstupanje napona u stacionarnom stanju: ± 1%
Devijacija frekvencije u stacionarnom stanju: ± 0.1 Hz
Vrijeme rada povezanog na mrežu: kontinuirani rad
Prednosti:
Mogućnost rada povezane s mrežom:Može se neprimjetno integrirati u vanjsku električnu mrežu i postići dvosmjerni protok energije.
Visoka efikasnost:U načinu povezivanja na mrežu, ima visoku efikasnost konverzije.
Lako za integraciju:Pogodno za distribuirane energetske sisteme u komercijalnim zgradama i industrijskim parkovima.
Sveobuhvatno poređenje i sažetak
Tip mreže PCS:Pogodan za mikromreže koje zahtijevaju samostalan rad, sa mogućnošću samostalnog uspostavljanja i održavanja električnih mreža, pogodan za udaljena područja i posebne prilike.
PCS povezani na mrežu:Pogodan za mikromreže koje rade paralelno, oslanjajući se na stabilnost vanjskih energetskih mreža, i pogodan za konvencionalne scenarije primjene kao što su komercijalne zgrade i industrijski parkovi.
Postoje značajne razlike u strategijama upravljanja između sistema za konverziju energije (PCS) i mreže koja prati PCS. Strategija upravljanja određuje kako PCS komunicira sa električnom mrežom i kako održava stabilan rad sistema.
1. Kontrolna strategija za umreženi PCS
1.1 Kontrola virtuelnog sinhronog generatora (VSG).
princip:Umreženi PCS simulira ponašanje sinhronih generatora i uvodi virtuelnu kontrolu inercije i prigušenja, omogućavajući mu da autonomno uspostavi i održava napon i frekvenciju mreže bez vanjske mreže.
Kontrolni cilj:Za održavanje napona i frekvencije električne mreže u zadatom opsegu i osiguravanje stabilnog rada sistema.
Kontrolne varijable:
Virtuelna inercija:Simulacijom karakteristika inercije sinhronog generatora, sistem može glatko prelaziti i smanjiti fluktuacije frekvencije tokom promjena opterećenja.
Virtualno prigušivanje:Uvođenjem koeficijenata prigušenja za suzbijanje oscilacija sistema i poboljšanje dinamičke stabilnosti.
Kontrola pada:Koristeći karakteristike frekvencijske snage i reaktivnog pada napona, snaga se može autonomno distribuirati i frekvencija se može stabilno kontrolirati.
1.2 Algoritam upravljanja
Kontrola frekvencije:Koristeći karakteristiku pada snage frekvencije, frekvencija se može samostalno podešavati. Formula je:
Kontrola napona:Koristeći karakteristiku reaktivnog pada napona, napon se može samostalno podešavati. Formula je:
2. Strategija upravljanja umreženim PCS-om
2.1 Upravljanje inverterom izvora napona (VSI).
princip:PCS tipa mreže sinkronizira napon i frekvenciju vanjske električne mreže kroz fazno zaključanu petlju (PLL) kako bi se osiguralo da su izlazni napon i frekvencija PCS-a u skladu sa vanjskom električnom mrežom.
Kontrolni cilj:Pratite napon i frekvenciju vanjske električne mreže kako biste postigli glatko ubrizgavanje ili apsorpciju energije.
Kontrolne varijable:
Phase Locked Loop (PLL):Koristi se za detekciju i sinhronizaciju napona i frekvencije vanjske električne mreže.
Kontrola napona:Korištenjem proporcionalnog integralnog (PI) kontrolera, izlazni napon PCS-a se podešava tako da bude u skladu s naponom vanjske mreže.
Trenutna kontrola:Korištenjem proporcionalnog integralnog (PI) kontrolera, izlazna struja PCS-a se podešava kako bi se postigla precizna kontrola aktivne i reaktivne snage.
2.2 Algoritam upravljanja
Praćenje frekvencije:Otkrijte frekvenciju vanjske električne mreže putem PLL-a i podesite izlaznu frekvenciju PCS-a za sinhronizaciju sa vanjskom električnom mrežom. Formula je:
Praćenje napona:Koristeći PI kontroler, podesite izlazni napon PCS-a tako da bude u skladu sa naponom vanjske mreže. Formula je:
Trenutna kontrola:Korištenjem PI kontrolera, PCS izlazna struja se podešava kako bi se postigla precizna kontrola aktivne i reaktivne snage. Formula je:
Sveobuhvatno poređenje
| Kontrolna strategija | Tip mreže PCS (VSG) | PCS baziran na mreži (VSI) |
| Osnovni principi | Simulirajte ponašanje sinkronog generatora | Sinhronizirajte vanjsku električnu mrežu |
| Kontrolni ciljevi | Samostalno uspostavite i održavajte električnu mrežu | Pratite vanjsku električnu mrežu |
| Kontrolna varijabla | Virtualna inercija, virtualno prigušivanje, kontrola pada | PLL, kontrola napona, kontrola struje |
| Kontrola frekvencije | Karakteristika pada snage frekvencije | PLL sinhronizacija |
| Kontrola napona | Karakteristika reaktivnog pada napona | PI kontroler |
| Dinamički odziv | Brz i stabilan | Zavisi od vanjske električne mreže |
| Primjenjivi scenariji | Ostrvski rad, udaljena područja | Rad na mreži, poslovne zgrade |
Primjer
Primjer 1: umreženi PCS
Scenarij aplikacije:Microgrid na udaljenom ostrvu
Strategija kontrole:
Virtuelna inercija:Simulirajte karakteristike inercije sinhronih generatora kako biste smanjili fluktuacije frekvencije.
Kontrola pada:Koristeći karakteristike frekvencijske snage i reaktivnog pada napona, snaga se može autonomno distribuirati i frekvencija se može stabilno kontrolirati.
Parametri:
Nazivna snaga: 500 kW
Nazivni napon: 400 V
Nazivna frekvencija: 50 Hz
Dinamičko vrijeme odziva: Manje ili jednako 20 ms
Odstupanje napona u stacionarnom stanju: ± 1%
Devijacija frekvencije u stacionarnom stanju: ± 0.1 Hz
Primjer 2: Tip mreže PCS
Scenarij aplikacije:Mikromreža poslovne zgrade
Strategija kontrole:
PLL sinhronizacija:Detekcija i sinhronizacija napona i frekvencije vanjske električne mreže putem PLL-a.
PI kontroler:Podešavanjem izlaznog napona i struje PCS preko PI kontrolera postiže se precizna kontrola aktivne i reaktivne snage.
Parametri:
Nazivna snaga: 25 kW
Nazivni napon: 230 V
Nazivna frekvencija: 50 Hz
Dinamičko vrijeme odziva: manje ili jednako 10 ms
Odstupanje napona u stacionarnom stanju: ± 1%
Devijacija frekvencije u stacionarnom stanju: ± 0.1 Hz
