Bezproblémový prechod mikrosiete pripojený k sieti/ostrovne založený na skladovaní energie

Vo vyvíjajúcom sa prostredí obnoviteľnej energie sa mikrosiete objavili ako sofistikované riešenie na integráciu rôznych distribuovaných zdrojov energie. Môžu fungovať v spojení s hlavnou sieťou aj nezávisle, čím ponúkajú zvýšenú spoľahlivosť a bezpečnosť. Schopnosť mikrosiete plynulo prepínať medzi režimom zapojeným do siete a ostrovným režimom, najmä pomocou systémov na ukladanie energie, je kľúčová pre udržanie stability systému a zabezpečenie spoľahlivého napájania kritických záťaží.

Pochopenie mikromriežok

Mikrosiete sú pokročilé štruktúry, ktoré organizujú viaceré distribuované zdroje energie, skladovacie systémy a záťaže. Môžu fungovať autonómne alebo paralelne s hlavnou sieťou. Táto flexibilita zaisťuje vyššiu spoľahlivosť a bezpečnosť dodávok energie, najmä keď sa zvyšuje podiel obnoviteľných zdrojov energie, ako je veterná a solárna energia. Tieto zdroje, hoci sú šetrné k životnému prostrediu, sú vo svojej podstate prerušované a nepredvídateľné, čo predstavuje problémy pre stabilitu a spoľahlivosť siete.

Úloha skladovania energie

Ukladanie energie je v mikromriežkach rozhodujúce a plní niekoľko funkcií:

• Stabilizácia napätia a frekvencie:V ostrovnom režime uchováva zásobník energie stabilitu napätia a frekvencie systému.
• Bezproblémový prechod:Uľahčuje hladké prechody medzi režimami zapojenými do siete a ostrovnými režimami, čím sa minimalizujú poruchy.
• Správa napájania:Rýchlym nastavením aktívneho a jalového výkonu pomáha akumulácia energie zmierniť variabilitu obnoviteľných zdrojov​​.

Stratégia riadenia s tromi slučkami

Efektívnosť skladovania energie v mikrosieťach závisí od robustnej stratégie riadenia. Stratégia riadenia s tromi slučkami zahŕňa:

1. Slučka toku energie:Riadi celkovú výmenu energie medzi mikrosieťou a hlavnou sieťou alebo lokálnymi záťažami.
2. Napäťová slučka filtračného kondenzátora:Zabezpečuje stabilnú úroveň napätia v celom systéme.
3. Prúdová slučka tlmivky filtra:Reguluje prúd na udržanie stability a výkonu systému.

Táto stratégia umožňuje systému skladovania energie rýchlo prepínať medzi riadením napätia v ostrovnom režime a riadením toku energie v režime pripojenia k sieti.

Architektúra systému

Typická štruktúra mikrosiete zahŕňa rôzne komponenty, ako sú fotovoltaické (PV) články, asynchrónne veterné turbíny (AWT) a systémy skladovania energie (obrázok 1). Tieto prvky sú vzájomne prepojené cez polovodičový prepínač (SST), ktorý spája mikrosieť s distribučnou sieťou.

Obrázok 1:Štruktúra mikrosiete založená na prerušovanom generovaní a skladovaní energie​​.

Zásobník energie pozostáva z batériových blokov a konvertora zdroja napätia (VSC), ktorý riadi tok energie a udržuje stabilitu napätia (obrázok 2).

Obrázok 2:Silový obvod zásobníka energie VSC​​.

Prevádzkové režimy

Mikromriežky fungujú v rôznych režimoch:

• Ostrovný režim:Mikromriežka funguje nezávisle, pričom akumulácia energie udržiava napätie a frekvenciu pomocou metód riadenia U/f.
• Režim pripojenia k sieti:Mikrosieť sa synchronizuje s hlavnou sieťou pomocou riadenia P/Q na riadenie tokov aktívneho a jalového výkonu.
• Bezproblémový prechod:Prepínanie medzi ostrovným režimom a režimom zapojeným do siete je uľahčené rýchlymi nastaveniami riadenia systému skladovania energie.

Výsledky simulácií a experimentov

Na overenie navrhovaných stratégií kontroly sa uskutočnili simulácie a experimenty. Na testovanie rôznych prevádzkových scenárov sa použil model mikrosiete zahŕňajúci skladovanie energie, PV a AWT.

Prípad 1: Operácia na ostrove

V ostrovnom režime systém skladovania energie úspešne udržiaval stabilitu napätia a frekvencie počas rôznych zmien zaťaženia a výroby (obrázok 5).

Obrázok 5:Ostrovný prevádzkový režim Microgrid.

Prípad 2: Prechod do režimu pripojenia k sieti

Počas prechodu z ostrovného režimu do režimu pripojeného k sieti sa systém skladovania energie rýchlo synchronizoval s hlavnou sieťou, čím sa zabezpečilo hladké prepínanie s minimálnymi odchýlkami napätia a frekvencie (obrázky 6 a 7).

Obrázok 6:Prechod mikrosiete do režimu pripojenia k sieti​​.

Obrázok 7:Výkon zásobníka energie v režime pripojenia k sieti​​.

Prípad 3: Prechod do ostrovného režimu

Pri prechode späť do ostrovného režimu systém skladovania energie upravil svoju riadiacu stratégiu, pričom počas celého procesu udržiaval stabilné napätie a frekvenciu (obrázok 8).

Obrázok 8:Prechod mikromriežky do ostrovného režimu.

Experimentálne overenie

Na ďalšie overenie kontrolných stratégií sa použila experimentálna platforma replikujúca nastavenie mikromriežky. Výsledky odzrkadľovali výsledky simulácie a demonštrovali účinnosť systému skladovania energie pri riadení plynulých prechodov a udržiavaní stability systému.

Záver

Systémy skladovania energie zohrávajú kľúčovú úlohu v spoľahlivej prevádzke mikrosietí, najmä pri zabezpečovaní plynulých prechodov medzi režimami zapojenými do siete a ostrovnými režimami. Stratégia riadenia s tromi slučkami efektívne riadi tok energie, napätie a frekvenciu, čím podporuje stabilitu a spoľahlivosť mikrosietí. Tieto zistenia poskytujú cennú referenciu pre vývoj a efektívne využívanie obnoviteľných systémov distribuovanej výroby.

často kladené otázky

1. Čo je to mikromriežka?Mikrosieť je lokalizovaný energetický systém, ktorý môže fungovať nezávisle alebo v spojení s hlavnou sieťou, pričom integruje rôzne distribuované zdroje energie a skladovacie systémy.

2. Prečo je plynulý prechod dôležitý v mikromriežkach?Plynulý prechod zaisťuje minimálne prerušenie napájania, keď sa mikrosieť prepína medzi režimom zapojeným do siete a ostrovným režimom, pričom zachováva stabilitu a spoľahlivosť.

3. Ako pomáha skladovanie energie pri prevádzke mikrosiete?Skladovanie energie stabilizuje napätie a frekvenciu, riadi tok energie a uľahčuje plynulé prechody medzi prevádzkovými režimami, čím zvyšuje celkovú spoľahlivosť mikrosiete.

Viac informácií o mikromriežkach a systémoch skladovania energie nájdete naOK-EPS.

Citované referencie:

[1] X. Tang, W. Deng a Z. Qi, "Výskum plynulého prechodu mikrosiete pripojenej k sieti/ostrovne založeného na skladovaní energie,"Transakcie Čínskej elektrotechnickej spoločnosti, zv. 26, č. Súp. 1, s. 1-10, 2011.