Cum să împuterniciți EMS cu sisteme de stocare a energiei la scară largă pentru a obține o programare precisă și o funcționare eficientă a controlului automat al producerii de energie

1. Introducere

Odată cu dezvoltarea tehnologiei de stocare a energiei, aplicarea sistemelor de stocare a energiei (ESS) este considerată tehnologia de bază a sistemului de alimentare, în special sistemul de stocare a energiei bateriei (BESS) care utilizează baterii la scară largă, care se află în prezent în stadiul de demonstrație. . În mod tradițional, abaterea de frecvență este corectată prin instalarea centralelor termice pentru a menține frecvența sistemului de alimentare într-un interval acceptabil, iar reglarea frecvenței este realizată prin control „fără guvernator” (GF) și control automat al generării (AGC). Cu toate acestea, aceste metode sunt ineficiente și necesită ca centralele electrice să funcționeze sub capacitatea nominală pentru a menține modul de așteptare.

Acest articol prezintă rezultatele dezvoltării și operațiunii de probă ale BESS în funcționarea AGC. În comparație cu centralele tradiționale, BESS are rezultate mai bune în răspunsul rapid, dar există probleme cu durata de funcționare a AGC. Prin urmare, acest articol prezintă rezultatele experimentale ale funcționării AGC în diferite condiții și analizează rezultatele pe baza referinței AGC a KPX.

Restul articolului este organizat astfel: Secțiunea 2 explică configurația de sistem a controlerului BESS utilizat în prezent pentru serviciile FR; Secțiunea 3 explică rezultatele operațiunii AGC; Secțiunea 4 a evaluat rezultatele testelor și a propus câteva puncte de îmbunătățire pentru generarea țintei AGC; În cele din urmă, secțiunea 5 prezintă concluzia.

2. Configurarea sistemului BESS

Instalațiile FR-ESS sunt conectate la bara de 22,9 kV a fiecărei stații prin transformatoare coborâtoare, așa cum se arată în Figura 1. Bara de colectare de 22,9 kV este conectată la PCS de 440 V printr-un transformator descendente, iar PCS este, de asemenea, conectat. la sistemul de baterii (sistem de management al bateriei și baterie litiu-ion) prin linii electrice și de comunicații.

Figura 2 prezintă o diagramă bloc a controlerului BESS de 52 MW instalat utilizat pentru serviciile de reglare a frecvenței. De asemenea, PCS comunică cu controlerul de reglare a frecvenței (FRC), care determină ieșirea sistemului de baterii necesară pentru a menține frecvența dorită de 60 Hz. FRC poate fi setat pe „modul manual” sau „modul automat” prin interfața om-mașină (HMI), care afișează, de asemenea, informații cheie, cum ar fi frecvența sistemului, starea de încărcare a bateriei individuale (SOC) și temperatura.

Figura 3 prezintă o diagramă bloc a testului de funcționare AGC conectat la EMS-ul KPX. Când referința AGC ajunge la FRCM, FRCM împarte referința de putere pe baza SOC al fiecărui FRC, astfel încât FRCM trebuie să cunoască informațiile SOC ale fiecărui FRC.

3. Control automat al generării de energie

Funcționarea AGC în centralele electrice tradiționale:Turbinele din centralele tradiționale nu funcționează doar pe baza referinței AGC, ci funcționează și pe baza vitezei de referință. Din cauza unor factori precum inerția turbinei, frecarea și supapele de accelerație, sistemul întâmpină inevitabil întârzieri. Figura 4 prezintă controlul frecvenței unei centrale electrice tradiționale sub referință AGC. De la punctul de timp A, când frecvența se schimbă la punctul de timp B, când ieșirea centralei este controlată să se schimbe, există o eroare de ieșire de aproximativ 5MW, iar ieșirea este întârziată cu mai mult de 100 de secunde față de referința AGC. Este dificil de înțeles cu exactitate timpul de întârziere al funcționării FR numai prin forma de undă de ieșire, deoarece există prea multe variabile de control. Cu toate acestea, se poate confirma că centralele electrice tradiționale urmează referința AGC cu timpul de întârziere.

Performanța de control AGC a BESS:Pentru a compara performanța de control a centralelor electrice tradiționale, sunt demonstrate răspunsul în timp și răspunsul funcției de pas ale BESS. Figura 5 prezintă rezultatele răspunsului în trepte ale variației de referință FRCM. Este nevoie de aproximativ 130 ms pentru puterea de ieșire de la generarea țintă FRCM către BESS, inclusiv întârzierea comunicației și timpul de creștere. BESS poate furniza energie rețelei în 30 de secunde, ceea ce este suficient pentru a îndeplini cerințele rapide ale funcționării AGC.

Funcționarea AGC a BESS:Figura 6 arată rezultatele unei operațiuni AGC de 7-oră pe BESS, cu operațiuni de urmărire AGC repetate și de recuperare a stării de încărcare (SOC). În timpul funcționării AGC, puterea totală de ieșire a fiecărui FRC este aceeași cu referința AGC. Dacă SOC al FRC scade sub 50%, FRC va efectua operația de recuperare SOC, prin urmare există 3 cicluri, inclusiv 3 cicluri de funcționare AGC și 3 cicluri de recuperare SOC. În cadrul operațiunii de recuperare a SOC, FRC își încarcă bateria la o rată de 0,1 [pu] până când ajunge la 63% SOC, așa cum este specificat în Tabelul 1.

În ciclul 1, BESS nu a îndeplinit cerințele de funcționare AGC timp de 30 minute, doar 23 de minute, dar în ciclul 2 și ciclul 3, a îndeplinit durata de ieșire a funcționării AGC. Între timp, perioada de recuperare a SOC pentru fiecare ciclu rămâne constantă la 73 de minute. Figura 7 arată rezultatele operațiunii AGC ale reducerii timpului de recuperare datorită creșterii ratei de recuperare a SOC la 0,4 [pu], unde perioada de recuperare a SOC scade proporțional cu rata capacității de încărcare a BESS.

Tabelul 2 arată timpul de recuperare a SOC datorită ratei capacității de încărcare BESS, dar această metodă nu este recomandată deoarece poate provoca erori SOC în sistemul de management al bateriei (BMS). Dacă există un dezechilibru între sistemele de condiționare a puterii (PCS) primite de la același FRC, FRC va aloca referințe de putere fiecărui PCS pe baza SOC. În mod similar, controlerul avansat FRCM al FRC împarte referința țintă de putere a FRC pe baza SOC. Figura 8 arată tendințele FRCM și FRC pe o perioadă de 7-oră de funcționare. În general, strategiile de alocare ale FRCM și FRC funcționează bine în direcția alinierii SOC al controlorilor de nivel scăzut. Tabelul 3 prezintă condițiile inițiale pentru testare în diferite condiții SOC.

4. Analizați funcționarea AGC folosind BESS

Dintr-o perspectivă pe termen lung, există cicluri de operare AGC și cicluri de operare de recuperare SOC. Figura 9 analizează rezultatele experimentale în condițiile din Tabelul 3. Din eroarea țintei AGC și a puterii FRC, se poate observa că procentul de funcționare normală este destul de scăzut. Funcționarea normală înseamnă că eroarea dintre referința AGC și puterea de ieșire BESS este de 5%, acesta fiind unul dintre motivele pentru care fiabilitatea funcționării AGC scade după 30 de minute. În cel mai rău caz, pentru a asigura 30 de minute de funcționare AGC, având în vedere 50% SOC disponibil, BESS trebuie să aibă o capacitate de rata 1C.

În condiții limitate, există câteva domenii de îmbunătățire. În primul rând, ținta AGC trebuie stabilită în funcție de condițiile BESS pentru a obține o funcționare de 30 de minute. Tabelul 4 prezintă datele din cinci măsurători ale FRCM, cu o rată medie a timpului de descărcare de 80% față de nivelul de frecvență medie. Ținta mare de descărcare a EMS a dus la un timp de funcționare insuficient furnizat de SOC al BESS în 30 de minute. Figura 10 prezintă datele de răspuns ale BESS în Centrala Termoelectrică Honam. Deși SOC-ul BESS este scăzut (50%), timpul de funcționare AGC este suficient pentru a menține durata specificată. Există doar o mică schimbare în SOC, deoarece raportul dintre ținta de încărcare și ținta de descărcare este similar. Dacă raportul dintre ținta de încărcare și ținta de descărcare este la un nivel similar, timpul de funcționare AGC este suficient de lung pentru a furniza puterea de ieșire cerută de EMS. Prin urmare, EMS trebuie să ia în considerare condițiile FRC, cum ar fi SOC disponibil etc.

O altă metodă pentru a îndeplini timpul necesar de funcționare AGC este creșterea intervalului SOC disponibil. Dar trebuie luat în considerare pe deplin, deoarece gama SOC este legată de ciclul de viață al bateriei.

În al treilea rând, aceasta este o funcție suplimentară care este independentă de timpul de funcționare AGC. De obicei, raportul dintre ținta de încărcare și ținta de descărcare este diferit. Prin urmare, BESS utilizat pentru operarea AGC necesită operația de recuperare SOC. Pentru a reduce timpul de operare de recuperare a SOC, poate fi utilizată metoda de creștere a puterii nominale de încărcare. Dacă acest lucru duce la erori SOC în BMS, poate fi luată în considerare operațiunea de încărcare cu viteză variabilă.

5. Rezumat

Acest articol descrie rezultatele testelor de funcționare AGC folosind 8MW FR-ESS pentru a avansa tehnologia AGC a BESS. Dintr-o perspectivă pe termen lung, există cicluri de operare AGC și cicluri de operare de recuperare SOC. În prezent, procentul de funcționare normală este destul de scăzut pe baza erorii dintre țintele AGC și puterea FRC.

În comparație cu funcționarea AGC a centralelor electrice tradiționale, BESS are avantaje deoarece nu are întârziere și poate urmări cu precizie referința de putere, dar este dificil de operat pentru o lungă perioadă de timp, deoarece funcționarea AGC necesită ținte de putere continue și aleatorii.

Pentru a îmbunătăți performanța de funcționare AGC a BESS, se recomandă ca raporturile țintă de încărcare și descărcare ale EMS să fie la un nivel similar, iar EMS trebuie să ia în considerare condițiile FRC; O altă metodă pentru a îndeplini timpul necesar de funcționare AGC este creșterea intervalului SOC disponibil; În cele din urmă, BESS utilizat pentru operarea AGC trebuie să scurteze timpul de operare de recuperare a SOC.