Naadloze overgang van microgrid op basis van energieopslag naar netgekoppeld/eilandgebonden

In het veranderende landschap van hernieuwbare energie zijn microgrids uitgegroeid tot een geavanceerde oplossing voor de integratie van verschillende gedistribueerde energiebronnen. Ze kunnen zowel in combinatie met het hoofdnet als onafhankelijk functioneren, wat zorgt voor een verbeterde betrouwbaarheid en veiligheid. Het vermogen van een microgrid om naadloos te schakelen tussen netgekoppelde en eilandmodus, met name met behulp van energieopslagsystemen, is cruciaal voor het behoud van de systeemstabiliteit en het garanderen van een betrouwbare stroomvoorziening voor kritische belastingen.

Microgrids begrijpen

Microgrids zijn geavanceerde structuren die meerdere gedistribueerde energiebronnen, opslagsystemen en belastingen organiseren. Ze kunnen autonoom of parallel aan het hoofdnet functioneren. Deze flexibiliteit zorgt voor een hogere betrouwbaarheid en zekerheid van de stroomvoorziening, vooral naarmate het aandeel hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonne-energie toeneemt. Deze bronnen zijn weliswaar milieuvriendelijk, maar inherent intermitterend en onvoorspelbaar, wat een uitdaging vormt voor de stabiliteit en betrouwbaarheid van het net.

De rol van energieopslag

Energieopslag is van cruciaal belang in microgrids en vervult verschillende functies:

• Spanning- en frequentiestabilisatie:In de eilandmodus zorgt energieopslag ervoor dat de systeemspanning en frequentie stabiel blijven.
• Naadloze overgang:Het zorgt voor soepele overgangen tussen netgekoppelde en eilandmodus, waardoor verstoringen tot een minimum beperkt blijven.
• Energiebeheer:Door het actieve en reactieve vermogen snel aan te passen, helpt energieopslag de variabiliteit van hernieuwbare bronnen te beperken.

Drie-lus controlestrategie

De effectiviteit van energieopslag in microgrids hangt af van een robuuste regelstrategie. De drie-lussenregelstrategie omvat:

1. Krachtstroomlus:Beheert de algehele uitwisseling van energie tussen het microgrid en het hoofdnet of lokale belastingen.
2. Filtercondensator spanningslus:Zorgt voor stabiele spanningsniveaus in het hele systeem.
3. Filter-inductor-stroomlus:Regelt de stroom om de stabiliteit en prestaties van het systeem te behouden.

Met deze strategie kan het energieopslagsysteem snel schakelen tussen het regelen van de spanning in de eilandmodus en het regelen van de energiestroom in de op het net aangesloten modus.

Systeemarchitectuur

Een typische microgridstructuur omvat verschillende componenten, zoals fotovoltaïsche (PV) cellen, asynchrone windturbines (AWT's) en energieopslagsystemen (figuur 1). Deze elementen zijn met elkaar verbonden via een solid-state switch (SST) die het microgrid verbindt met het distributienetwerk.

Figuur 1:Structuur van een microgrid gebaseerd op intermitterende opwekking en energieopslag.

De energieopslageenheid bestaat uit batterijpakketten en een spanningsbronomvormer (VSC), die de energiestroom regelt en de spanning stabiel houdt (figuur 2).

Figuur 2:Vermogensschakeling van energieopslag VSC​​.

Operationele modi

Microgrids werken op verschillende manieren:

• Eilandmodus:Het microgrid functioneert onafhankelijk, waarbij de energieopslag de spanning en frequentie handhaaft met behulp van V/f-regelmethoden.
• Netgekoppelde modus:Het microgrid synchroniseert met het hoofdnetwerk en gebruikt P/Q-regeling om de actieve en reactieve energiestromen te beheren.
• Naadloze overgang:De omschakeling tussen de eiland- en netgekoppelde modus wordt vergemakkelijkt door de snelle regelaanpassingen van het energieopslagsysteem.

Simulatie- en experimentele resultaten

Om de voorgestelde regelstrategieën te valideren, werden simulaties en experimenten uitgevoerd. Een microgridmodel met energieopslag, PV en AWT werd gebruikt om verschillende operationele scenario's te testen.

Geval 1: Eilandoperatie

In de eilandmodus wist het energieopslagsysteem de spanning en frequentiestabiliteit succesvol te handhaven tijdens verschillende veranderingen in belasting en opwekking (Figuur 5).

Figuur 5:Eilandbedrijfsmodus voor microgrids.

Case 2: Overgang naar netgekoppelde modus

Tijdens de overgang van de eilandmodus naar de netgekoppelde modus synchroniseerde het energieopslagsysteem snel met het hoofdnetwerk, waardoor een soepele overgang met minimale spannings- en frequentieafwijkingen werd gegarandeerd (figuren 6 en 7).

Figuur 6:Overgang van microgrid naar netgekoppelde modus.

Figuur 7:Vermogen van energieopslag in netgekoppelde modus.

Case 3: Overgang naar eilandmodus

Bij de terugkeer naar de eilandmodus paste het energieopslagsysteem zijn regelstrategie aan en bleven de spanning en frequentie gedurende het hele proces stabiel (figuur 8).

Figuur 8:Overgang van microgrid naar eilandmodus.

Experimentele verificatie

Een experimenteel platform dat de microgrid-opstelling nabootste, werd gebruikt om de regelstrategieën verder te verifiëren. De resultaten weerspiegelden de simulatieresultaten en toonden de effectiviteit van het energieopslagsysteem aan bij het beheren van naadloze overgangen en het handhaven van de systeemstabiliteit.

Conclusie

Energieopslagsystemen spelen een cruciale rol in de betrouwbare werking van microgrids, met name bij het garanderen van naadloze overgangen tussen netgekoppelde en eilandmodus. De drie-lusregelstrategie beheert effectief de energiestroom, spanning en frequentie, en ondersteunt de stabiliteit en betrouwbaarheid van microgrids. Deze bevindingen vormen een waardevolle referentie voor de ontwikkeling en efficiënte benutting van hernieuwbare, gedistribueerde opwekkingssystemen.

Veelgestelde vragen

1. Wat is een microgrid?Een microgrid is een lokaal energiesysteem dat onafhankelijk of in combinatie met het hoofdnetwerk kan functioneren, waarbij verschillende gedistribueerde energiebronnen en opslagsystemen worden geïntegreerd.

2. Waarom is een naadloze overgang belangrijk in microgrids?Naadloze overgang zorgt voor minimale verstoring van de stroomvoorziening wanneer een microgrid overschakelt tussen op het net aangesloten en op de eilandmodus, waardoor de stabiliteit en betrouwbaarheid behouden blijven.

3. Hoe helpt energieopslag bij microgrid-activiteiten?Energieopslag stabiliseert de spanning en frequentie, regelt de energiestroom en zorgt voor soepele overgangen tussen operationele modi, wat de algehele betrouwbaarheid van het microgrid verbetert.

Voor meer informatie over microgrids en energieopslagsystemen, bezoekOK-EPS.

Geciteerde referenties:

[1] X. Tang, W. Deng en Z. Qi, "Onderzoek naar naadloze overgang van microgrids op basis van energieopslag via netgekoppelde/eilandnetwerken",Transacties van de China Electrotechnical Society, vol. 26, nr. Sup. 1, pp. 1-10, 2011.