Elektrownia hybrydowa EH

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Elektrownia hybrydowa EH"

Jakub Makowski
7 lat temu
Przeglądów:

1 Magazyny Energii w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym 3 października 2016 r., PSE S.A., Konstancin-Jeziorna Koncepcja układu magazynowania energii współpracującego z instalacją PV oraz elektrownią wodną z generatorami asynchronicznymi Dr hab. inż. Robert Lis, prof. Politechniki Wrocławskiej Robert.Lis@pwr.edu.pl Elektrownia hybrydowa EH Koncepcja EH regulacja częstotliwości w izolowanej wyspie Tauron Ekoenergia sp, z o. o. Politechnika Wrocławska nieregulowana mała elektrownia wodna z generatorami asynchronicznymi (410 kw); regulowany bateryjny zasobnik energii elektrycznej o mocy 100 kw; źródło fotowoltaiczne o mocy 40 kw; fragment sieci S z odbiorcami o łącznym zapotrzebowaniu ok. 120 kw. 1

2 Elektrownia hybrydowa EH GAS S T1 WS EW - elektrownia wodna z generatorami asynchronicznymi SZR 110 kv WARUKI PRACY WYSPOWEJ EH Konwerter DC/AC Regulacja P, Q. Regulacja f, U w trybie pracy wyspowej Konwerter DC/AC Regulacja P, Q. T2 S BES zasobnik energii elektrycznej EPV - źródła fotowoltaiczne Zasobnik Panele PV w sieci publicznej nie dopuszcza się do pracy wyspowej podejście nieracjonalne; wydzielony obszar wyspy może być energetycznie zbilansowany; po odłączeniu od systemu zewnętrznego zbilansowana energetycznie wyspa jest małym izolowanym see. Schemat wyspy z elektrownią wodną, statycznymi źródłami fotowoltaicznymi i bateryjnym zasobnikiem energii elektrycznej wyposażonym w układy regulacji mocy czynnej i biernej. Schemat połączeń elektrycznych poszczególnych jednostek EH z punktami pomiarowymi systemu pomiarów energii elektrycznej (SPEE), systemu monitorowania jakości energii elektrycznej (SMJEE) oraz systemu monitorowania współpracy dynamicznej (SMWD) 2

Układ magazynowania energii BES Schemat instalacji z zasobnikiem energii EssProTM (źródło ABB) Układ magazynowania energii BES TECHOLOGIA LITOWO-JOOWA -

) z możliwością przesłania ich dalej do systemu DCS. System może być sterowany z poziomu zewnętrznego kontrolera.

3 Układ magazynowania energii BES Schemat instalacji z zasobnikiem energii EssProTM (źródło ABB) Układ magazynowania energii BES TECHOLOGIA LITOWO-JOOWA - ogniwa cylindryczne o pojemności 75Ah Kontroler magazynu BES obsługuje sygnały z BMS baterii (temp., prądy i napięcia celek, itp.) z możliwością przesłania ich dalej do systemu DCS. System może być sterowany z poziomu zewnętrznego kontrolera. Standardowy interfejs komunikacyjny to Modbus TCP/IP, ale możliwy jest każdy inny przemysłowy lub stacyjny. Możliwy wybór trybu pracy oraz parametrów (tzw. setpointy: napięcie, częstotliwość, moc czynna moc bierna). 3

4 Układ magazynowania energii BES System magazynowania energii EssPro PCS -ABB Przekształtnik mocy w oparciu o modułową platformę PCS100 pracuje najefektywniej z bateriami wysokonapięciowymi: Pojemność całkowita: 93,24kWh; Pojemność użytkowa (DOD 80%): 75kWh; Moc: 100kW; Liczba cykli: ponad 5000; Trwałość: 10 lat; Wbudowany system BMS. Algorytmy sterowania dla systemu DCS komendy referencyjne mocy czynnej/biernej na podstawie pomiarów parametrów sieci, napięcia i częstotliwości na podstawie pomiarów parametrów sieci, dodatkowe komendy tj. tryb pracy, stan urządzenia i inne. Stabilizacja częstotliwości Pokrycie obciążeń szczytowych f [Hz] 50,02 Pochłanianie energii Obcią żenie Planowan e zużycie energii Zwrot energii 50,00 49,98 Pochłanianie energii Energia w BESE Ładowanie BES t [s] Rozładowywanie BES Energia w BES t [s] Rozładowywanie BES t [s] funkcjonalność BES dla optymalizacji systemu w zakresie regulacji częstotliwości. Ładowanie BES t [s] funkcjonalność BES - dostarczanie energii do sieci w czasie szczytowego zapotrzebowania. 4

5 Model matematyczny regulacji częstotliwości w wyspie Wydzielenie wyspy następuje po otwarciu wyłącznika WS. W pierwszej chwili może wystąpić niezbilansowaniu mocy w wyspie równe MW Przed wydzieleniem się wyspy, lokalne źródła wymieniały z systemem zewnętrznym, poprzez linię łączącą, moc równą MW Równanie bilansu mocy po przejściu do pracy wyspowej: w jedn. mianowanych 1 dfhz PBESMW MW 2HP D fglmw / HzfHz f dt w jedn. względnych P 2H Df f gdzie: P D D MW P P BES df dt BESMW - względna zmiana mocy wytwarzanej przez zasobnik BES P - względne niezbilansowanie mocy w chwili przejścia do pracy wyspowej W H P fdlmw / Hz P - zastępcza stała inercji mas wirujących w wydzielonej wyspie - współczynnik podatności częstotliwościowej statycznych źródeł oraz odbiorów w wydzielonej wyspie Model matematyczny regulacji częstotliwości w wyspie Po przejściu EH do pracy wyspowej przy niezbilansowaniu MW nastąpi zrównanie mocy generowanej i odbieranej przy nowej częstotliwości - efekt działania układów regulacji bateryjnego zasobnika BES Regulacja pierwotna częstotliwości Regulacja wtórna częstotliwości P ref - K 1 I s P ref =0 G BES P BES k R K S 1+s T S f c BES Zasobnik BES K BES 1+sT BES c PV P PV P BES 1 1+sT PV P L Elektrownia słoneczna PV K S 1+s T S f k R Schemat pierwotnej regulacji częstotliwości wyspy z bateryjnym zasobnikiem energii BES Schemat blokowy pierwotnej i wtórnej regulacji częstotliwości w wyspie 5

6 1. a podstawie odchylenia częstotliwości wyspy regulator centralny powinien wygenerować sygnał wymuszający przyrost wytwarzanej mocy, aby przywrócić częstotliwość znamionową w wyspie. 2. Obliczona wartość przyrostu mocy zadanej ΔP ref może być pokryta tylko przez źródła o regulowanej mocy i posiadające rezerwę mocy. 3. Takim źródłem może być tylko bateryjny zasobnik energii BES oraz, jeśli posiadają aktualną rezerwę mocy, źródła fotowoltaiczne. 4. Rozdział wymaganego przyrostu mocy zadanej ΔP ref na poszczególne źródła powinien się odbywać zgodnie z wcześniej ustalonymi współczynnikami udziału c. W przypadku zasobnika jest to współczynnik c BES, a dla źródeł fotowoltaicznych c PV. c BES+ c PV =1 Przykładowa symulacja pierwotnej i wtórnej regulacji częstotliwości w wyspie Bilans mocy wydzielonej wyspy: 120 kw - wydzielone odbiory wyspy, 100 kw - stała i nieregulowana moc elektrowni wodnej z gen. asynchronicznymi, 20 kw - moc zasobnika BES (zakres regulacji od 0 do 100 kw), 0 kw - brak generacji paneli fotowoltaicznych z powodu silnego zachmurzenia. Inercja zastępcza wyspy: Uwzględniono typową stałą inercji dla małych hydrozespołów H=0,3s, co pozwala oszacować stalą czasowa TS=0,5s i KS=0,8. Inercja zasobnika BES: Wprowadzono niezbędną sztuczną inercję zasobnika TBES=0,2s. Regulacja pierwotna: Współczynnik kr= 20, co odpowiada statyzmowi równemu 0,05 (5%). Regulacja wtórna: Współczynnik wzmocnienia KI powinien zostać dobrany eksperymentalnie z zakresu od 0 do 100. Wyniki symulacji Dla kilku wartości współczynnika ={5;20;100}. Założono, że w regulacji wtórnej będzie uczestniczył tylko zasobnik, czyli c BES =1,0 oraz c PV = f [Hz] =100 =20 = czas [s] Przebieg zmian częstotliwości w wyspie z początkowym deficytem mocy czynnej wynoszącym 10% mocy BES 6

7 Wyniki symulacji Dla kilku wartości współczynnika ={5;20;100}. Założono, że w regulacji wtórnej będzie uczestniczył tylko zasobnik, czyli c BES =1,0 oraz c PV = f [Hz] =5 =20 = czas [s] Przebieg zmian częstotliwości w wyspie z początkową nadwyżką mocy czynnej wynoszącą 10% mocy BES Regulacja napięcia w wyspie z EH Za regulację napięcia w wyspie odpowiedzialny będzie zasobnik BES ależy liczyć się z koniecznością generacji lub poboru mocy biernej przez BES. Wykorzystanie mocy czynnej ogranicza jego zdolności do regulacji mocy biernej i na odwrót. Teoretycznie najkorzystniejszy jest przypadek, kiedy BES w minimalnym stopniu generuje lub pobiera moc czynną, w zakresie niezbędnym do utrzymania częstotliwości, natomiast pracuje głównie jak sterowane źródło mocy biernej. W celu utrzymania napięcia w wyspie na odpowiednim poziomie U inwerter BES będzie sterowany zgodnie z typową charakterystyką ze U 0 statyzmem, którego wartość może być k Q =tg określona na podstawie charakterystyk odbiorów w wyspie. W rzeczywistości U=U 0 - k Q *(Q/Q n ) statyzm charakterystyki BES może być dobrany drogą pomiarową podczas eksperymentu pracy wyspowej. Q/Q n Charakterystyka napięciowa regulatora inwertera BES 7

Wnioski Zaproponowana koncepcja układu regulacji częstotliwości wyizolowanej wyspy oparta jest o wykorzystanie bateryjnego zasobnika energii jako węzła bilansującego.

Parametry układu regulacji częstotliwości mogą też zostać określone w drodze eksperymentu wykonanego w układzie rzeczywistym.

8 Wnioski Zaproponowana koncepcja układu regulacji częstotliwości wyizolowanej wyspy oparta jest o wykorzystanie bateryjnego zasobnika energii jako węzła bilansującego. Pokazano, że parametry układu regulacji częstotliwości mogą być oszacowane na podstawie pomiarów mocy i częstotliwości przy przejściu do pracy wyspowej. Parametry układu regulacji częstotliwości mogą też zostać określone w drodze eksperymentu wykonanego w układzie rzeczywistym. Prawidłowa praca układu wyspowego będzie możliwa, jeżeli przed odcięciem od systemu moc wymiany z systemem nie przekroczy możliwości regulacyjnych zasobnika energii BES. Przed intencjonalnym wydzieleniem wyspy konieczne jest wstępne ustalenie mocy generowanej przez elektrownię wodną z generatorami asynchronicznymi na poziomie bliskim zapotrzebowania mocy przez odbiory wyspy. 8

9 9

Podobne dokumenty

Geneza produktu (1/2)

Geneza produktu (1/2) Źródło dofinansowania: Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (NCBIR), Gekon/1 konkurs Budowa lokalnego obszaru bilansowania (LOB) jako elementu zwiększenia bezpieczeństwa i efektywności