Funkcjonalności realizowane w przekształtniku sieciowym AC/DC, przeznaczonym dla prosumenckiej mikroinfrastruktury energoelektrycznej PME

Transkrypt

1 Politechnika Śląska Centrum Energetyki Prosumenckiej Wydział Elektryczny Konwersatorium Inteligentna Energetyka Trzy tryby pracy prosumenckiej mikroinfrastruktury: "on-grid", "semi off-grid" oraz "off-grid" Funkcjonalności realizowane w przekształtniku sieciowym AC/, przeznaczonym dla prosumenckiej mikroinfrastruktury energoelektrycznej PME dr inż. Jarosław Michalak Gliwice, 28 czerwca 2016

2 AC Obwód napięcia stałego Sieć zasilająca Wyłącznik sieciowy WS Przekształtnik sieciowy Przekształtnik odbiornikowy Przekształtnik fotowoltaiczny Przekształtnik wiatrowy Przekształtnik zasobnikowy AC Funkcjonalności interfejsu Odbiorniki prądu przemiennego OAC Interfejs energoelektroniczny mikroinstalacji prosumenckiej G Odbiorniki prądu stałego O Ogniwa fotowoltaiczne PV Mikroturbina wiatrowa µtw Zasobnik energii elektrycznej ZE Współpraca z siecią tryb on-grid (semi offgrid): realizacja zadanych profili mocy czynnej i biernej, sterowanie odbiornikami, redukcja wpływu odbiorników na sieć Praca wyspowa (off-grid): zasilanie odbiorników AC/, sterowanie odbiornikami, zarządzanie energią zasobnika i produkcją ze źródeł OZE 2

3 Funkcje elementów w interfejsie Sieć zasilająca Wyłącznik sieciowy WS Wyłącznik sieciowy (opcja) odłączanie od sieci przy pracy off-grid AC Obwód napięcia stałego Przekształtnik sieciowy Przekształtnik odbiornikowy Przekształtnik fotowoltaiczny Przekształtnik wiatrowy AC Przekształtnik zasobnikowy G Odbiorniki prądu przemiennego OAC Interfejs energoelektroniczny mikroinstalacji prosumenckiej Odbiorniki prądu stałego O Ogniwa fotowoltaiczne PV Mikroturbina wiatrowa µtw Zasobnik energii elektrycznej ZE Przekszt. sieciowy PS realizacja mocy zadanej, kompensacja wpływu odbiorników AC, zasilanie odbiorników AC Przekszt. odbiornikowy PO (opcja) zasilanie wydzielonych odbiorników prądu stałego 3

4 Funkcje elementów w interfejsie Sieć zasilająca Wyłącznik sieciowy WS Odbiorniki prądu przemiennego OAC Przekszt. fotowoltaiczny PG1 współpraca z panelami PV, algorytm MPPT AC Obwód napięcia stałego Przekształtnik sieciowy Przekształtnik odbiornikowy Przekształtnik fotowoltaiczny Przekształtnik wiatrowy AC Przekształtnik zasobnikowy Interfejs energoelektroniczny mikroinstalacji prosumenckiej G Odbiorniki prądu stałego O Ogniwa fotowoltaiczne PV Mikroturbina wiatrowa µtw Zasobnik energii elektrycznej ZE Przekszt. wiatrowy PG2 (opcja) współpraca z mikroturbiną wiatrową mtw, algorytm MPPT Przekszt. zasobnikowy PZ (opcja) bilansowanie i buforowanie energii, praca off-grid 4

5 Funkcjonalności mikroinfrastruktury PME Funkcja realizowana w interfejsie i sterowniku nadrzędnym Zarządzanie zużyciem energii w odbiornikach (DSM) (wymagany pomiar mocy odbiorników) Poprawa jakości energii w punkcie przyłączenia(pq) Regulacja mocy w punkcie przyłączenia (tryb pracy semi-off-grid) Sterownik nadrzędny (Ster_odb) (Ster_odb/Zad. Q) (Ster_odb/ Zad. P i Q) Zasilanie odbiorników w pracy wyspowej (UPS) (Ster_odb/Zad. Uo /Ogr. P. mtw/pv) Sprzęganie źródeł odnawialnych (DG) (Ster_odb/Zad. Q) (Ster_odb/Ogr. P. mtw/pv) Ładowanie pojazdów elektrycznych (EV) (Ster_odb/Zad. Q) (Ster_odb/Ogr. P. mtw/pv/reg. I PZ) Konfiguracja interfejsu energoelektronicznego PS PZ PG(mTW) PG(PV) (Reg. Ud/Reg. Q/ poprawa PQ) (Reg. P/Reg. Q/ poprawa PQ) (Reg. Uo) /- (Reg. Ud/Reg. Q/ poprawa PQ) - Wył. /- (Reg. Ud/Reg. Q/ poprawa PQ) - Wył (Reg. Ud) (Reg. Ud) (CC/CV) (Reg. Ud) (CC/CV) (Reg. Ud) -/ (MPPT) -/ (MPPT/Ogr.) -/ (MPPT) (MPPT/Ogr.) -/ (MPPT) (MPPT/Ogr.) -/ (MPPT) -/ (MPPT/Ogr.) -/ (MPPT) (MPPT/Ogr.) -/ (MPPT) (MPPT/Ogr.) - nie jest wymagany; jest wymagany; /- jest wymagany, ale bez niego funkcja może być realizowana w ograniczonym zakresie ; -/ nie jest wymagany, ale może występować 5

6 Prototyp sterownika nadrzędnego zrealizowany w Labview Monitoring pracy interfejsu PME pobór energii (tryb on-grid) 6

7 Prototyp sterownika nadrzędnego zrealizowany w Labview Monitoring pracy interfejsu PME tryb off-grid 7

8 Prototypowy przekształtnik AC/ 3 fazowy: 10 kva, przekształtnik 4 gałęziowy Sieć zasilająca Wyłącznik sieciowy Odbiorniki prądu przemiennego Filtr sieciowy LC Czterogałęziowy przekształtnik sieciowy Obwód dc i S i O u dc L F i A i B i C i N C L N 8

9 Prototypowy przekształtnik AC/ 1 fazowy: 5 kva, przekształtnik mostkowy 9

10 Strategie sterowania przekształtnika sieciowego PS Strategia sterowania 0 (Reg. Uo) - tryb off-grid Wymagany jest zasobnik energii. Układ regulacji kontroluje napięcia odbiornika. Dzięki odpowiedniemu układowi sterowania (sprzężenia od prądów odbiornika) możliwa poprawna praca przy odbiorniku nieliniowym i niesymetrycznym. Strategia sterowania 1 (Reg. P/Reg. Q/poprawa PQ) - tryb on-grid (semi-off-grid) z zasobnikiem energii Wymagany jest zasobnik energii. Przekształtnik zasobnikowy kontroluje napięcie w obwodzie, a przekształtnik sieciowy realizuje zadane moce/prądy sieci. Dodatkowo redukowany jest negatywny wpływ odbiorników AC na sieć. Pozwala to na kształtowanie profili w punkcie przyłączenia w oparciu o wolnozmienne pomiary. Strategia sterowania 2 (Reg. Ud/Reg. Q/poprawa PQ) - tryb on-grid bez zasobnika energii Brak zasobnika energii. Energia ze źródeł OZE musi być przekazana do odbiorników/ sieci. Przekształtnik sieciowy PS kontroluje napięcie obwodu pośredniczącego. Dodatkowo przekształtnik AC- realizuje zadane wartości mocy biernej. 10

11 Tryb off-grid - strategia sterowania 0 Napięcia i prądy odbiorników dla trybu pracy off-grid 11

12 Tryb off-grid - strategia sterowania 0 Działanie prototypu sterownika w trybie 0 12

13 Tryb on-grid - strategia sterowania 1 P ZAD = 2500 W P ZAD = 7500 W Q ZAD = 2500 W Realizacja zadanej mocy czynnej i mocy biernej w interfejsie 3 fazowym 13

14 Tryb on-grid - strategia sterowania 1 Semi-off-grid P ZAD = 0 W On-grid P ZAD 0 W On-grid symetryzacja Realizacja zadanej mocy czynnej oraz redukcja wpływu odbiorników na sieć 14

15 Tryb on-grid - strategia sterowania 1 Działanie prototypu sterownika w trybie 1 15

16 Tryb on-grid - strategia sterowania 1 Działanie prototypu sterownika w trybie 1 16

17 Tryb on-grid - strategia sterowania 2 Prądy odbiorników On-grid tryb 2 symetryzacja Profil mocy biernej W trybie 2 moc czynna wynika z bilansu między mocą ze źródeł OZE i mocą odbiorników. 17

18 Interfejs energoelektroniczny dla PME - podsumowanie Sieć zasilająca Wyłącznik sieciowy WS Modularność dopasowanie pod konkretne potrzeby AC Obwód napięcia stałego Przekształtnik sieciowy Przekształtnik odbiornikowy Przekształtnik fotowoltaiczny Przekształtnik wiatrowy AC Przekształtnik zasobnikowy Odbiorniki prądu przemiennego OAC Interfejs energoelektroniczny mikroinstalacji prosumenckiej G Odbiorniki prądu stałego O Ogniwa fotowoltaiczne PV Mikroturbina wiatrowa µtw Zasobnik energii elektrycznej ZE Skalowalność rozwiązanie 1 i 3 fazowe, różne moce Funkcjonalność i cena zależna od konfiguracji Jedno rozwiązanie dla pracy on-grid i off-grid (sterowanie mocą lub napięciem) 18