Zarządzanie energią i regulacja mocy w prosumenckiej mikroinfrastrukturze energetycznej

Transkrypt

1 Politechnika Śląska Centrum Energetyki Prosumenckiej Zarządzanie energią i regulacja mocy w prosumenckiej mikroinfrastrukturze energetycznej Marcin Fice Koszęcin, 21 października 215

2 2

3 KSE WEK EG3 EG2 RB RDN RDB EG1 EPME1 EPME3 EPME2 Przepływ energii Przepływ informacji Przepływ informacji OHT E G1 + E G2 +E G3 +E PME1 +E PME2 +E PME3 = 3

4 Definicje PME w IREE 1. PME on-grid (nieautonomiczna) nieposiadająca własnego zasobnika lub nie posiadająca wystarczających zdolności produkcyjnych, zarządczych i regulacyjnych aby mogła funkcjonować autonomicznie. W takiej mikroinfrastrukturze zasilaniem rezerwowym będzie KSE (Wirtualna Wyspa). 2. PME (semi) off-grid (autonomiczna) posiadająca własny zasobnik oraz zdolności sterownicze i regulacyjne potrzebne do autonomicznego funkcjonowania. 3. PME semi off-grid regulacyjna posiadająca zasobnik oaz zasoby zarządcze i regulacyjne aby pełnić funkcję sterowania i regulacji w Wirtualnej Wyspie (m. in. usługi DSM/DSR). Ten typ PME zostanie włączony bezpośrednio w układ regulacji mocy czynnej Wirtualnej Wyspy. 4

5 Interfejs PME Stan naładowania zasobnika Aktualna moc OZE Profil KSE Źródło regulacyjne Zmienne środowiskowe PME Prognoza produkcji OZE, prognoza pogody Prognoza (grafik) mocy odbiorników w PME Chwilowa moc odbiorników w PME 5

6 Obiekt sterowania, obiekt regulacji 1. Obiekt sterowania - obiekt reagujący na sygnał włącz/wyłącz z nadrzędnego układu sterowania lub manualnie przez użytkownika, może posiadać własny autonomiczny układ regulacji. Źródło Element wykonawczy Obiekt sterowania Dane wejściowe Pomiar 2. Obiekt regulacji - obiekt posiada element wykonawczy reagujący na sygnał zadany i wysyła sygnał sprzężenia zwrotnego, pracuje w pętli sprzężenia zwrotnego z nadrzędnym układem sterowania. Dane wejściowe Nadrzędny układ sterowania Obiekt regulacji Źródło Element wykonawczy Obiekt regulacji 6

7 Funkcje celu dla PME w IREE Kryterium nr 1. Zminimalizowanie przepływu energii (E PME ) na granicy PME i zewnętrznej sieci energetycznej: min t=t WW E PME t l m n E PME = i=1 E g_i i=1 E o_i ± i=1 E z_i gdzie: E g energia źródeł, E o energia odbiorników, E z energia zasobników, T WW - okres bilansowania energii w PME, zależny od okresu bilansowania w KSE lub WW. E PME 7

8 Funkcje celu dla PME w IREE Kryterium nr 1. Szczególnym przypadkiem będzie dążenie do pełnego bilansowania energii w PME: l m n i=1 i=1 ± E z_i E PME = E g_i E o_i i=1 = E PME 8

9 Kryterium nr 2. Bilansowanie mocy chwilowej w PME (P PME ) w celu zminimalizowania przepływu energii na styku PME i zewnętrznej sieci energetycznej w dowolnie krótkim czasie: min t P PME t l P PME t = i=1 P g_i t i=1 P o_i t ± i=1 P z_i t gdzie: P g (t) moc chwilowa źródeł, P o (t) moc chwilowa odbiorników, P z (t) moc chwilowa zasobników. Funkcje celu dla PME w IREE m n P PME 9

10 Funkcje celu dla PME w IREE Kryterium nr 2. Szczególnym przypadkiem będzie dążenie do autonomii PME i braku interakcji w regulację w KSE i WW: l m n i=1 i=1 ± P z_i P PME = P g_i P o_i i=1 = P PME 1

11 Funkcje celu dla PME w IREE Kryterium 3. Maksymalnie efektywne wykorzystanie energii z OZE i rekuperacji (co pociąga za sobą wymuszenie sterowania odbiornikami i zasobnikami): max t η PME t 11

12 : 3: 6: 9: 12: 15: 18: 21: Moc. [MW] : 3: 6: 9: 12: 15: 18: 21: Moc [MW] Podstawowe strategie regulacji/sterowania w PME 25 Zapotrzebowanie na moc KSE (wartości 15 min.) El. szczytowe El. podszczytowe El. podstawowe Zapotrzebowanie na moc KSE (wartości 15 min.) Źródła w KSE: 1. Podstawowe- cieplne parowe, wodne przepływowe, wiatrowe (źródła najtańsze). 2. Podszczytowe (regulacyjne )- cieplne parowe (najczęściej stare konstrukcje), wodne zbiornikowe El. szczytowe El. podszczytowe El. podstawowe 3. Szczytowe (regulacyjne )- wodne szczytowo-pompowe, turbinowe gazowe. [źródło: 12

13 6: 9: 12: 15: 18: 21: : 3: : 3: 6: 9: 12: 15: 18: 21: Moc [W] Moc [W] 6: 9: 12: 15: 18: 21: : 3: : 3: 6: 9: 12: 15: 18: 21: Moc [W] Moc [W] Podstawowe strategie regulacji/sterowania w PME Bilans mocy w PME (PV 3 kw, µew 3 kw) Pobór PV Wiatrak 4 [godz.:min.] Pobór 3 Produkcja [godz.:min.] [godz.:min.] Pobór PV Wiatrak [godz.:min.] 13

14 Regulacja mocy (napięcia) w PME W PME napięcie w instalacji zależne jest od bilansu mocy źródeł i odbiorników: U = f(p) PME off-grid: regulacja napięcia (sterowanie napięciowe) PME semi off-grid: bilansowanie mocy (sterowanie prądowe) Charakterystyki statyczne dla: a) częstotliwości (KSE), b) napięcia (PME) w funkcji mocy czynnej a) b) f = f(pod) U = f(pod) fn Un częstotliwość f = f(pg) napięcie U = f(pg) Podb moc Podb moc 14

15 Moc [W] Moc [W] Podstawowe strategie regulacji/sterowania w PME Profil mocy dla instalacji fotowoltaicznej off-grid (Po- moc odbiornika, Ppv- moc źródła PV, Paku- moc akumulatora) (Tf = 1 s) : 7: 9: 11: 13: 15: 17: 19: 21: Czas [godz:min] Ppv Paku Po Przebiegi mocy w układzie offgrid z przekształtnikiem MPPT (Tf = 2 ms) Paku_ch Paku_dis Ppv Po Czas [s] 15

16 Moc [W] Podstawowe strategie regulacji/sterowania w PME Przebieg mocy akumulatora w instalacji off-grid (T f =,1ms) Czas [ms] 16

17 Podstawowe strategie regulacji/sterowania w PME Regulacja minutowa: (wykorzystanie akumulatorów, generatorów spalinowych, sterowanie odbiornikami) realizowana na poziomie sterownika nadrzędnego, ma na celu zmniejszenie amplitudy nagłych zmian mocy w PME, czyli wpływa na wyrównywanie obciążeń obniżając szczytowe zapotrzebowanie na moc i zabezpiecza przed nadmiernym rozładowaniem zasobników. 17

18 6: 9: 12: 15: 18: 21: : 3: 6: 9: 12: 15: 18: 21: : 3: Moc [W] Moc [W] 6: 9: 12: 15: 18: 21: : 3: 6: 9: 12: 15: 18: 21: : 3: Moc [W] Moc [W] Podstawowe strategie regulacji/sterowania w PME Bilans mocy w PME (PV 3 kw, µew 3 kw) Pobór PV Wiatrak 4 [godz.:min.] Pobór PV Wiatrak 4 [godz:min] [godz.:min.] [godz:min] 18

19 Podstawowe strategie regulacji/sterowania w PME Regulacja godzinowa: (zarządzanie energią, sterowanie odbiornikami i SOC zasobników) ma na celu odbudowę i kontrolę poziomu naładowania zasobników. 19

20 Źródła regulacyjne Generator gazowy 2

21 Dziękuję za uwagę 21