1. Uvod
Sa razvojem tehnologije skladištenja energije, primena sistema za skladištenje energije (ESS) smatra se osnovnom tehnologijom elektroenergetskog sistema, posebno baterijskog sistema skladištenja energije (BESS) koji koristi velike baterije, koji je trenutno u fazi demonstracije. . Tradicionalno, devijacija frekvencije se koriguje postavljanjem termoelektrana za održavanje frekvencije elektroenergetskog sistema u prihvatljivom opsegu, a regulacija frekvencije se postiže regulacijom bez regulatora (GF) i automatskom kontrolom proizvodnje (AGC). Međutim, ove metode su neefikasne i zahtijevaju da elektrane rade ispod nominalnog kapaciteta kako bi održale stanje pripravnosti.
Ovaj članak predstavlja razvoj i rezultate probnog rada BESS-a u AGC radu. U poređenju sa tradicionalnim elektranama, BESS radi bolje u brzom odzivu, ali postoje problemi sa trajanjem AGC rada. Stoga, ovaj članak predstavlja eksperimentalne rezultate rada AGC-a u različitim uslovima i analizira rezultate na osnovu KPX-ove AGC reference.
Ostatak članka je organiziran na sljedeći način: Odjeljak 2 objašnjava konfiguraciju sistema BESS kontrolera koji se trenutno koristi za FR usluge; Odjeljak 3 objašnjava rezultate rada AGC-a; Odjeljak 4 procijenio je rezultate testiranja i predložio neke tačke poboljšanja za generisanje AGC ciljeva; Konačno, dio 5 predstavlja zaključak.
2. Sistemska konfiguracija BESS-a
FR-ESS objekti su povezani na sabirnicu od 22,9 kV svake trafostanice preko opadajućih transformatora, kao što je prikazano na slici 1. Sabirnica od 22,9 kV je povezana na 440 V PCS preko opadajućeg transformatora, a PCS je također povezan na sistem baterija (sustav upravljanja baterijom i litijum-jonska baterija) preko električnih i komunikacijskih vodova.
Slika 2 prikazuje blok dijagram instaliranog 52MW BESS kontrolera koji se koristi za usluge regulacije frekvencije. PCS također komunicira sa kontrolerom za regulaciju frekvencije (FRC), koji određuje izlazni sistem baterije potreban za održavanje željene frekvencije od 60Hz. FRC se može postaviti na "ručni način rada" ili "automatski način rada" preko sučelja čovjek-mašina (HMI), koji također prikazuje ključne informacije kao što su frekvencija sistema, individualno stanje napunjenosti baterije (SOC) i temperatura.
Slika 3 prikazuje blok dijagram AGC testa rada povezanog na KPX-ov EMS. Kada AGC referenca dosegne FRCM, FRCM dijeli referencu snage na osnovu SOC-a svakog FRC-a, tako da FRCM mora znati SOC informacije svakog FRC-a.
3. Automatska kontrola proizvodnje energije
AGC rad u tradicionalnim elektranama:Turbine u tradicionalnim elektranama ne rade samo na osnovu AGC reference, već rade i na osnovu referentne brzine. Zbog faktora kao što su inercija turbine, trenje i prigušni ventili, sistem neizbježno doživljava kašnjenja. Slika 4 prikazuje kontrolu frekvencije tradicionalne elektrane pod AGC referencom. Od vremenske tačke A kada se frekvencija promeni do vremenske tačke B kada je izlaz elektrane kontrolisan da se promeni, postoji izlazna greška od oko 5MW, a izlaz kasni više od 100 sekundi od AGC reference. Teško je precizno razumjeti vrijeme kašnjenja FR rada samo kroz izlazni valni oblik, jer postoji previše kontrolnih varijabli. Međutim, može se potvrditi da tradicionalne elektrane slijede AGC referencu s vremenom kašnjenja.
Performanse AGC kontrole BESS-a:Da bi se uporedili sa performansama upravljanja tradicionalnim elektranama, prikazani su vremenski odziv i odziv funkcije koraka BESS-a. Slika 5 prikazuje rezultate koraka odziva referentne varijacije FRCM. Potrebno je približno 130 ms za izlaznu snagu od FRCM ciljne generacije do BESS-a, uključujući kašnjenje komunikacije i vrijeme porasta. BESS može osigurati napajanje mreže u roku od 30 sekundi, što je dovoljno da ispuni brze zahtjeve AGC rada.
AGC rad BESS-a:Slika 6 prikazuje rezultate 7-satne AGC operacije na BESS-u, s ponovljenim AGC praćenjem i operacijama oporavka stanja napunjenosti (SOC). Tokom AGC rada, ukupna izlazna snaga svakog FRC-a je ista kao AGC referenca. Ako SOC FRC padne ispod 50%, FRC će izvršiti operaciju oporavka SOC-a, stoga postoje 3 ciklusa, uključujući 3 AGC radna ciklusa i 3 ciklusa oporavka SOC-a. U okviru operacije oporavka SOC-a, FRC puni svoju bateriju brzinom od 0,1 [pu] dok ne dostigne 63% SOC, kao što je navedeno u Tabeli 1.
| Dostupan SOC asortiman | Ciljani SOC za oporavak | Stopa oporavka | Vrijeme testiranja |
| 50%-80% | 63% | 10% | 7hrs |
U ciklusu 1, BESS nije uspio ispuniti zahtjev AGC rada za 30 minuta, samo 23 minute, ali u ciklusu 2 i ciklusu 3, zadovoljio je izlazno trajanje AGC rada. U međuvremenu, period oporavka SOC za svaki ciklus ostaje konstantan na 73 minuta. Slika 7 prikazuje rezultate rada AGC-a smanjenja vremena oporavka zbog povećanja stope oporavka SOC-a na 0,4 [pu], pri čemu se period oporavka SOC-a smanjuje proporcionalno stopi kapaciteta punjenja BESS-a.
| Dostupan SOC asortiman | Ciljani SOC za oporavak | Stopa oporavka | SOC vrijeme oporavka |
| 50%~80% | 63% | 10% | 77min |
| 20% | 34min | ||
| 30% | 23min | ||
| 40% | 17min |
Tabela 2 prikazuje vrijeme oporavka SOC-a zbog BESS stope kapaciteta punjenja, ali se ova metoda ne preporučuje jer može uzrokovati SOC greške u sistemu upravljanja baterijom (BMS). Ako postoji neravnoteža između sistema za kondicioniranje snage (PCS) primljenih od istog FRC-a, FRC će dodijeliti reference snage svakom PCS-u na osnovu SOC-a. Slično, napredni kontroler FRCM od FRC-a dijeli referencu cilja snage FRC-a na osnovu SOC-a. Slika 8 prikazuje trendove FRCM i FRC tokom perioda od 7-satnog rada. Sve u svemu, strategije alokacije FRCM-a i FRC-a rade dobro u smjeru usklađivanja SOC-a kontrolera niskog nivoa. Tabela 3 prikazuje početne uslove za testiranje pod različitim SOC uslovima.
| Dostupan SOC asortiman | Ciljani SOC za oporavak | Početni SOC FRC-a #3 | Početni SOC FRC-a #6 | ||
| 50%-80% | 63% | #3-1 | 52% | #6-1 | 56% |
| #3-2 | 60% | #6-2 | 61% | ||
| #3-3 | 65% | #6-3 | 72% | ||
| #3-4 | 70% | #6-4 | 74% | ||
4. Analizirajte rad AGC-a koristeći BESS
Iz dugoročne perspektive, postoje AGC radni ciklusi i SOC ciklusi oporavka. Na slici 9. analizirani su eksperimentalni rezultati pod uslovima iz Tabele 3. Iz greške AGC cilja i FRC izlazne snage može se vidjeti da je postotak normalnog rada prilično nizak. Normalan rad znači da je greška između AGC reference i BESS izlazne snage unutar 5%, što je jedan od razloga zašto se pouzdanost AGC rada smanjuje nakon 30 minuta. U najgorem slučaju, da bi se osiguralo 30 minuta AGC rada, s obzirom na 50% raspoloživog SOC-a, BESS mora imati kapacitet od 1C stope.
Pod ograničenim uslovima, postoje neke oblasti za poboljšanje. Prvo, cilj AGC-a mora biti postavljen u skladu sa uslovima BESS-a da bi se postigao rad od 30 minuta. Tabela 4 prikazuje podatke iz pet mjerenja FRCM, sa prosječnom brzinom vremena pražnjenja od 80% u poređenju sa prosječnim nivoom frekvencije. Visok cilj pražnjenja EMS-a rezultirao je nedovoljnim radnim vremenom koje je obezbijedio BESS-ov SOC u roku od 30 minuta. Slika 10 prikazuje podatke o odzivu BESS-a u termoelektrani Honam. Iako je SOC BESS-a nizak (50%), vrijeme rada AGC-a je dovoljno za održavanje navedenog trajanja. Postoji samo mala promjena u SOC-u jer je omjer između cilja punjenja i cilja pražnjenja sličan. Ako je omjer između cilja punjenja i cilja pražnjenja na sličnom nivou, vrijeme rada AGC-a je dovoljno dugo da osigura izlaznu snagu koju zahtijeva EMS. Stoga, EMS mora uzeti u obzir uslove FRC-a, kao što su dostupni SOC, itd.
| Division | Test #1 | Test #2 | Test #3 | Test #4 | Test #5 | Prosjek | |
| Frekvencija | >60 Hz | 69% | 61% | 62% | 62% | 66% | 64% |
| < 60 Hz | 31% | 39% | 38% | 38% | 34% | 36% | |
| AGC Target | Napunite | 13% | 35% | 15% | 16% | 13% | 18% |
| Pražnjenje | 86% | 58% | 84% | 84% | 87% | 80% | |
| Standby | 1% | 7% | 1% | 0% | 0% | 2% | |
Drugi metod za ispunjavanje potrebnog vremena rada AGC-a je povećanje dostupnog SOC opsega. Ali to se mora u potpunosti uzeti u obzir, jer je opseg SOC povezan sa životnim ciklusom baterije.
Treće, ovo je dodatna funkcija koja je nezavisna od vremena rada AGC-a. Obično je omjer između cilja punjenja i cilja pražnjenja različit. Stoga, BESS koji se koristi za AGC rad zahtijeva operaciju oporavka SOC-a. Kako bi se smanjilo vrijeme rada SOC oporavka, može se koristiti metoda povećanja nazivne snage punjenja. Ako to dovodi do SOC grešaka u BMS-u, može se razmotriti rad punjenja promjenjivom brzinom.
5. Sažetak
Ovaj članak opisuje rezultate AGC testiranja rada koristeći 8MW FR-ESS za unapređenje AGC tehnologije BESS-a. Iz dugoročne perspektive, postoje AGC radni ciklusi i SOC ciklusi oporavka. Trenutno je postotak normalnog rada prilično nizak na osnovu greške između AGC ciljeva i FRC izlazne snage.
U poređenju sa AGC radom tradicionalnih elektrana, BESS ima prednosti jer nema kašnjenja i može precizno pratiti referentnu snagu, ali je teško raditi dugo vremena jer AGC rad zahtijeva kontinuirane i nasumične ciljeve snage.
Da bi se poboljšale performanse AGC rada BESS-a, preporučuje se da ciljni omjeri punjenja i pražnjenja EMS-a budu na sličnom nivou, a EMS mora uzeti u obzir uslove FRC-a; Drugi metod za ispunjavanje potrebnog vremena rada AGC-a je povećanje dostupnog SOC opsega; Konačno, BESS koji se koristi za AGC rad treba skratiti vrijeme operacije oporavka SOC-a.