Omrežno/otočno nemoten prehod mikroomrežja na podlagi shranjevanja energije

V razvijajočem se okolju obnovljivih virov energije so se mikromreža pojavila kot sofisticirana rešitev za integracijo različnih porazdeljenih virov energije. Delujejo lahko tako v povezavi z glavnim omrežjem kot neodvisno, kar zagotavlja večjo zanesljivost in varnost. Sposobnost mikroomrežja, da nemoteno preklaplja med načinoma, povezanim z omrežjem, in otočnim načinom, zlasti s pomočjo sistemov za shranjevanje energije, je ključnega pomena za ohranjanje stabilnosti sistema in zagotavljanje zanesljivega napajanja kritičnih obremenitev.

Razumevanje mikromrež

Mikromreža so napredne strukture, ki organizirajo več porazdeljenih virov energije, sistemov za shranjevanje in obremenitev. Delujejo lahko samostojno ali vzporedno z glavnim omrežjem. Ta fleksibilnost zagotavlja večjo zanesljivost in varnost oskrbe z električno energijo, še posebej, ker se povečuje delež obnovljivih virov energije, kot sta vetrna in sončna energija. Čeprav so ti viri okolju prijazni, so sami po sebi občasni in nepredvidljivi, kar predstavlja izziv za stabilnost in zanesljivost omrežja​.

Vloga shranjevanja energije

Shranjevanje energije je ključnega pomena v mikroomrežjih, saj opravlja več funkcij:

• Stabilizacija napetosti in frekvence:V otočnem načinu shranjevanje energije ohranja stabilnost sistemske napetosti in frekvence.
• Nemoten prehod:Omogoča gladke prehode med omrežno povezanimi in otočnimi načini, kar zmanjšuje motnje.
• Upravljanje napajanja:S hitrim prilagajanjem delovne in jalove moči shranjevanje energije pomaga ublažiti spremenljivost obnovljivih virov.

Strategija krmiljenja treh zank

Učinkovitost shranjevanja energije v mikroomrežjih je odvisna od robustne nadzorne strategije. Strategija krmiljenja s tremi zankami vključuje:

1. Zanka pretoka moči:Upravlja celotno izmenjavo električne energije med mikroomrežjem in glavnim omrežjem ali lokalnimi obremenitvami.
2. Napetostna zanka kondenzatorja filtra:Zagotavlja stabilne ravni napetosti v sistemu.
3. Tokovna zanka induktorja filtra:Uravnava tok za ohranjanje stabilnosti in učinkovitosti sistema.

Ta strategija omogoča sistemu za shranjevanje energije, da hitro preklaplja med nadzorom napetosti v otočnem načinu in upravljanjem pretoka moči v načinu, povezanem z omrežjem.

Sistemska arhitektura

Tipična mikromrežna struktura vključuje različne komponente, kot so fotovoltaične (PV) celice, asinhrone vetrne turbine (AWT) in sistemi za shranjevanje energije (slika 1). Ti elementi so medsebojno povezani s polprevodniškim stikalom (SST), ki povezuje mikroomrežje z distribucijskim omrežjem.

Slika 1:Struktura mikroomrežja na osnovi intermitentne proizvodnje in shranjevanja energije.

Enota za shranjevanje energije je sestavljena iz baterijskih sklopov in pretvornika vira napetosti (VSC), ki upravlja pretok energije in vzdržuje stabilnost napetosti (slika 2).

Slika 2:Močnostni tokokrog hranilnika energije VSC​.

Načini delovanja

Mikromreže delujejo v različnih načinih:

• Otočni način:Mikroomrežje deluje neodvisno, s shranjevanjem energije, ki vzdržuje napetost in frekvenco z metodami krmiljenja V/f.
• Omrežni način:Mikroomrežje se sinhronizira z glavnim omrežjem z uporabo krmiljenja P/Q za upravljanje tokov aktivne in jalove moči.
• Nemoten prehod:Preklapljanje med otočnim načinom in načinom, povezanim z omrežjem, olajšajo hitre prilagoditve nadzora sistema za shranjevanje energije.

Simulacijski in eksperimentalni rezultati

Za potrditev predlaganih strategij nadzora so bile izvedene simulacije in poskusi. Za testiranje različnih scenarijev delovanja je bil uporabljen model mikromreže, ki vključuje shranjevanje energije, PV in AWT.

Primer 1: Operacija na otoku

V otočnem načinu je sistem za shranjevanje energije uspešno vzdrževal stabilnost napetosti in frekvence med različnimi spremembami obremenitve in proizvodnje (slika 5).

Slika 5:Microgrid otočni način delovanja.

Primer 2: Prehod v način, povezan z omrežjem

Med prehodom iz otočnega v omrežni način se je sistem za shranjevanje energije hitro sinhroniziral z glavnim omrežjem, kar je zagotovilo nemoten preklop z minimalnimi odstopanji napetosti in frekvence (sliki 6 in 7).

Slika 6:Prehod mikroomrežja v omrežno povezan način.

Slika 7:Izhodna moč hranilnika energije v omrežnem načinu.

Primer 3: Prehod v otočni način

Pri prehodu nazaj v otočni način je sistem za shranjevanje energije prilagodil svojo strategijo nadzora, tako da je med celotnim procesom ohranjal stabilno napetost in frekvenco (slika 8).

Slika 8:Prehod mikromreže v otočni način.

Eksperimentalno preverjanje

Za nadaljnje preverjanje nadzornih strategij je bila uporabljena eksperimentalna platforma, ki posnema postavitev mikromreže. Rezultati so odražali rezultate simulacije in pokazali učinkovitost sistema za shranjevanje energije pri upravljanju brezhibnih prehodov in ohranjanju stabilnosti sistema.

Zaključek

Sistemi za shranjevanje energije igrajo ključno vlogo pri zanesljivem delovanju mikroomrežij, zlasti pri zagotavljanju brezhibnih prehodov med omrežno povezanimi in otočnimi načini. Strategija krmiljenja s tremi zankami učinkovito upravlja pretok moči, napetost in frekvenco ter podpira stabilnost in zanesljivost mikromrež. Te ugotovitve so dragocena referenca za razvoj in učinkovito uporabo sistemov porazdeljene proizvodnje obnovljivih virov energije.

pogosta vprašanja

1. Kaj je mikromreža?Mikroomrežje je lokaliziran energetski sistem, ki lahko deluje neodvisno ali v povezavi z glavnim omrežjem ter združuje različne porazdeljene vire energije in sisteme za shranjevanje.

2. Zakaj je nemoten prehod pomemben pri mikroomrežjih?Brezhiben prehod zagotavlja minimalne motnje v oskrbi z električno energijo, ko mikroomrežje preklaplja med načinoma, povezanim z omrežjem, in otočnim načinom ter ohranja stabilnost in zanesljivost.

3. Kako shranjevanje energije pomaga pri delovanju mikroomrežij?Shranjevanje energije stabilizira napetost in frekvenco, upravlja pretok moči in omogoča gladke prehode med načini delovanja, kar povečuje splošno zanesljivost mikroomrežja.

Za več informacij o mikroomrežjih in sistemih za shranjevanje energije obiščiteOK-EPS.

Navedene reference:

[1] X. Tang, W. Deng in Z. Qi, "Raziskave brezhibnega prehoda mikroomrežja, povezanega z omrežjem/otoka na podlagi shranjevanja energije,"Transakcije Kitajske elektrotehniške družbe, vol. 26, št. Sup. 1, str. 1-10, 2011.