Jak posílit EMS pomocí rozsáhlých systémů skladování energie, abyste dosáhli přesného plánování a efektivního provozu automatického řízení výroby energie

1. Úvod

S rozvojem technologie skladování energie je aplikace systémů skladování energie (ESS) považována za klíčovou technologii energetického systému, zejména bateriový systém skladování energie (BESS) využívající velkokapacitní baterie, který je v současné době ve fázi demonstrací. . Tradičně je frekvenční odchylka korigována nasazením tepelných elektráren, aby se frekvence energetického systému udržela v přijatelném rozsahu, a regulace frekvence je dosahována prostřednictvím řízení „bez regulátoru“ (GF) a automatického řízení výroby (AGC). Tyto metody jsou však neefektivní a vyžadují, aby elektrárny pracovaly pod jmenovitým výkonem, aby udržely pohotovostní režim.

Tento článek představuje výsledky vývoje a zkušebního provozu BESS v provozu AGC. Ve srovnání s tradičními elektrárnami má BESS lepší výkon v rychlé odezvě, ale existují problémy s délkou provozu AGC. Proto tento článek představuje experimentální výsledky provozu AGC za různých podmínek a analyzuje výsledky založené na referenci AGC společnosti KPX.

Zbytek článku je uspořádán následovně: Část 2 vysvětluje konfiguraci systému regulátoru BESS, který se v současnosti používá pro služby FR; Část 3 vysvětluje výsledky činnosti AGC; Část 4 vyhodnotila výsledky testů a navrhla některé body zlepšení pro generování cíle AGC; Nakonec oddíl 5 uvádí závěr.

2. Konfigurace systému BESS

Zařízení FR-ESS jsou připojena k 22,9kV přípojnici každé rozvodny prostřednictvím snižovacích transformátorů, jak je znázorněno na obrázku 1. 22,9kV přípojnice je připojena k 440V PCS přes snižovací transformátor a PCS je také připojen do bateriového systému (systém řízení baterie a lithium-iontová baterie) prostřednictvím elektrických a komunikačních linek.

Obrázek 2 ukazuje blokové schéma instalovaného 52MW regulátoru BESS používaného pro služby regulace frekvence. PCS také komunikuje s frekvenčním regulátorem (FRC), který určuje výstup bateriového systému potřebný k udržení požadované frekvence 60 Hz. FRC lze nastavit na „manuální režim“ nebo „automatický režim“ prostřednictvím rozhraní člověk-stroj (HMI), které také zobrazuje klíčové informace, jako je frekvence systému, stav nabití jednotlivých baterií (SOC) a teplota.

Obrázek 3 ukazuje blokové schéma provozního testu AGC připojeného k EMS KPX. Když reference AGC dosáhne FRCM, FRCM rozdělí výkonovou referenci na základě SOC každého FRC, takže FRCM musí znát informace SOC každého FRC.

3. Automatické řízení výroby energie

Provoz AGC v tradičních elektrárnách:Turbíny v tradičních elektrárnách fungují nejen na základě reference AGC, ale fungují také na základě reference rychlosti. Kvůli faktorům, jako je setrvačnost turbíny, tření a škrticí ventily, systém nevyhnutelně zažívá zpoždění. Obrázek 4 ukazuje frekvenční řízení tradiční elektrárny podle AGC reference. Od časového bodu A, kdy se frekvence změní do časového bodu B, kdy je výstup elektrárny řízen, aby se změnil, je výstupní chyba asi 5 MW a výstup je zpožděn o více než 100 sekund od reference AGC. Je obtížné přesně porozumět době zpoždění provozu FR pouze prostřednictvím výstupního průběhu, protože existuje příliš mnoho řídicích proměnných. Je však možné potvrdit, že tradiční elektrárny následují referenci AGC s dobou zpoždění.

Výkon řízení AGC BESS:Pro srovnání s regulačním výkonem tradičních elektráren je demonstrována časová odezva a odezva skokové funkce BESS. Obrázek 5 ukazuje výsledky skokové odezvy referenční variace FRCM. Výstupní výkon od generování cíle FRCM do BESS trvá přibližně 130 ms, včetně zpoždění komunikace a doby náběhu. BESS dokáže dodat energii do sítě do 30 sekund, což je dostatečné pro splnění rychlých požadavků provozu AGC.

Provoz AGC společnosti BESS:Obrázek 6 ukazuje výsledky 7-hodinové operace AGC na BESS s opakovaným sledováním AGC a obnovou stavu nabití (SOC). Během provozu AGC je celkový výstupní výkon každého FRC stejný jako reference AGC. Pokud SOC FRC klesne pod 50%, FRC provede operaci obnovy SOC, proto existují 3 cykly, včetně 3 provozních cyklů AGC a 3 cyklů obnovy SOC. Při obnově SOC nabíjí FRC svou baterii rychlostí 0,1 [pu], dokud nedosáhne 63 % SOC, jak je uvedeno v tabulce 1.

V cyklu 1 BESS nesplnil požadavek na provoz AGC po dobu 30 minut, pouze 23 minut, ale v cyklu 2 a cyklu 3 splnil výstupní trvání provozu AGC. Mezitím perioda obnovy SOC pro každý cyklus zůstává konstantní na 73 minutách. Obrázek 7 ukazuje provozní výsledky AGC při zkrácení doby obnovy v důsledku zvýšení rychlosti obnovy SOC na 0,4 [p], kde doba obnovy SOC klesá úměrně rychlosti nabíjení kapacity BESS.

Tabulka 2 ukazuje dobu obnovy SOC v důsledku rychlosti nabíjení BESS, ale tato metoda se nedoporučuje, protože může způsobit chyby SOC v systému správy baterie (BMS). Pokud existuje nerovnováha mezi systémy úpravy výkonu (PCS) přijatými ze stejného FRC, FRC přidělí každému PCS referenční výkon na základě SOC. Podobně pokročilý řadič FRCM FRC rozděluje referenční výkon FRC na základě SOC. Obrázek 8 ukazuje trendy FRCM a FRC během 7-hodinového provozního období. Celkově alokační strategie FRCM a FRC fungují dobře ve směru sladění SOC nízkoúrovňových regulátorů. Tabulka 3 ukazuje počáteční podmínky pro testování za různých podmínek SOC.

4. Analyzujte provoz AGC pomocí BESS

Z dlouhodobého hlediska existují provozní cykly AGC a provozní cykly obnovy SOC. Obrázek 9 analyzuje experimentální výsledky za podmínek v tabulce 3. Z chyby cíle AGC a výkonu FRC je vidět, že procento normálního provozu je poměrně nízké. Normální provoz znamená, že chyba mezi referenční hodnotou AGC a výstupním výkonem BESS je do 5 %, což je jeden z důvodů, proč spolehlivost provozu AGC po 30 minutách klesá. V nejhorším případě, aby bylo zajištěno 30 minut provozu AGC s ohledem na 50 % dostupných SOC, musí mít BESS kapacitu 1C.

Za omezených podmínek existuje několik oblastí pro zlepšení. Za prvé, cíl AGC musí být nastaven podle podmínek BESS, aby bylo dosaženo 30minutové operace. Tabulka 4 ukazuje data z pěti měření FRCM s průměrnou rychlostí vybíjení 80 % ve srovnání s průměrnou úrovní frekvence. Cíl vysokého vybíjení EMS měl za následek nedostatečnou provozní dobu poskytovanou SOC BESS do 30 minut. Obrázek 10 ukazuje data odezvy BESS v tepelné elektrárně Honam. Přestože je SOC BESS nízká (50 %), provozní doba AGC je dostatečná k udržení specifikované doby trvání. V SOC je pouze malá změna, protože poměr mezi cílem nabíjení a cílem vybíjení je podobný. Pokud je poměr mezi cílem nabíjení a cílem vybíjení na podobné úrovni, je provozní doba AGC dostatečně dlouhá, aby poskytla výstupní výkon požadovaný EMS. Proto musí EMS zvážit podmínky FRC, jako jsou dostupné SOC atd.

Dalším způsobem, jak splnit požadovanou provozní dobu AGC, je zvýšit dostupný rozsah SOC. Ale je třeba to plně zvážit, protože rozsah SOC souvisí s životním cyklem baterie.

Za třetí, toto je další funkce, která je nezávislá na provozní době AGC. Obvykle je poměr mezi cílem nabíjení a cílem vybíjení odlišný. Proto BESS používaný pro provoz AGC vyžaduje operaci obnovy SOC. Ke zkrácení doby provozu obnovy SOC lze použít metodu zvýšení jmenovitého nabíjecího výkonu. Pokud to vede k chybám SOC v BMS, lze zvážit provoz nabíjení s proměnnou rychlostí.

5. Shrnutí

Tento článek popisuje výsledky provozního testování AGC pomocí 8MW FR-ESS pro pokrok v technologii AGC BESS. Z dlouhodobého hlediska existují provozní cykly AGC a provozní cykly obnovy SOC. V současné době je procento normálního provozu poměrně nízké na základě chyby mezi cíli AGC a výstupním výkonem FRC.

Ve srovnání s provozem AGC tradičních elektráren má BESS výhody, protože nemá žádné zpoždění a může přesně sledovat referenční výkon, ale je obtížné jej provozovat po dlouhou dobu, protože provoz AGC vyžaduje nepřetržité a náhodné cíle výkonu.

Aby se zlepšila provozní výkonnost AGC BESS, doporučuje se, aby cílové poměry nabíjení a vybíjení EMS byly na podobné úrovni a EMS musí brát v úvahu podmínky FRC; Dalším způsobem, jak splnit požadovanou provozní dobu AGC, je zvýšit dostupný rozsah SOC; Konečně, BESS používaný pro provoz AGC potřebuje zkrátit dobu operace obnovy SOC.