Układy energoelektroniczne na osłonach kontrolnych rynku horyzontalno- wertykalnego

Transkrypt

1 Politechnika Śląska Centrum Energetyki Prosumenckiej Wydział Elektryczny Konwersatorium Inteligentna Energetyka Temat przewodni: Transformacja energetyki: nowe rynki energii, klastry energii Układy energoelektroniczne na osłonach kontrolnych rynku horyzontalno- wertykalnego dr inż. Jarosław Michalak Gliwice, 28 luty 2017

2 Zadania przekształtników na osłonie kontrolnej OK1 maksymalizacja produkcji w źródłach OZE i zużycia energii z tych źródeł na potrzeby własne dla pracy on-grid (w tendencji z możliwością pracy wyspowej), praca off-grid w przypadku problemów z zasilaniem (ekonomika i komfort prosumenta, self-dispaching) praca on-grid kontrola mocy czynnej/biernej w punkcie przyłączenia, (net metering/taryfa dynamiczna, blokowanie odwróconych profili zasilania), dostosowywanie profili mocy do zapotrzebowania (reagowanie na sygnały sterujące) priorytet: generacja mocy do sieci, wykorzystanie mocy na potrzeby własne lub pobór mocy z sieci redukcja wpływu odbiorników AC na sieć redukcja harmonicznych, symetryzacja prądów (funkcje dodatkowe) generacja/ pobór mocy biernej na żądanie (funkcje dodatkowe) 2

3 Rozwiązania energoelektroniczne dla osłony kontrolnej OK1 1. Inwerter fotowoltaiczne on-grid 2. Inwertery fotowoltaiczne hybrydowe (sterowaniem odbiornikami) Przykład: Fronius Energy Package Fronius Symo Hybrid 3. Kontrolery mocy zwrotnej

4 Rozwiązania energoelektroniczne dla osłony kontrolnej OK1 4. Systemy zarządzania energią (SMA Flexible storage system) 5. Interfejs energoelektroniczny PME (największe możliwości) Wył. AC P_SIEĆ Wspólna szyna Sieć AC P_ODB P_PV P_GEN P_ZAS INTERFEJS ENERGOEL. AC Odb. AC Odb. PV mtw G Zas.en. 4

5 Rozwiązania energoelektroniczne dla osłony kontrolnej OK1 5. Interfejs energoelektroniczny PME (właściwości) Tryb I off-grid

6 Rozwiązania energoelektroniczne dla osłony kontrolnej OK1 5. Interfejs energoelektroniczny PME (właściwości) Tryb II (on-grid z zasobnikiem) Tryb III (on-grid bez zasobnika)

7 Zadania przekształtników na osłonie kontrolnej OK2 osłona kontrolna OK2 spółdzielnia energetyczna uśrednianie zmian profilu mocy odbiorników podłączonych do OK2, możliwość krótkotrwałego gromadzenia/oddawania energii z zasobnika regulacyjnego zarządzanie profilem mocy w węźle przyłączeniowym możliwość tworzenia wyspy energetycznej integracja źródeł OZE podłączonych do instalacji integracja zasobników energii sieciowych 7

8 Rozwiązania energoelektroniczne dla osłony kontrolnej OK2 1. Przekształtniki współpracujące ze źródłami OZE elektrownie wiatrowe ze zmienną prędkością obrotową, małe elektrownie wodne, farmy fotowoltaiczne (generacja mocy P/Q, ograniczanie) 2. Przekształtniki współpracujące z zasobnikami akumulatorowymi (zarządzanie profilami P, praca jako wyspa energetyczna ) 3. Przekształtniki zasobnikowe do współpraca z zasobnikami regulacyjnymi (superkondensator). Instalowane z generatorami mikrobiogazowymi. (wspomaganie procesów regulacyjnych w chwilach zmian obciążeń) Sieć AC AC P_SIEĆ P_ZAS SC 8

9 Rozwiązania energoelektroniczne dla osłony kontrolnej OK2 4. Interfejsy energoelektroniczne (osłony OK1 ) (możliwość wpływania na prosumentów: taryfa dynamiczna /net metering) (zasobniki rozproszone w interfejsach ) (praca równoległa przekształtników w wyspie energetycznej voltage droop, frequency droop, odpowiednik regulacji pierwotnej dla SE) P N 0 -P N P SIEĆ 20% semi-off grid SOC MIN SOC MAX 80% SOC f MAX f X f MIN f[hz] U MAX U X U MIN U[V] 0 P X P MAX P[W] 0 Q X Q MAX Q[VAr] Self-dispaching: bilansowanie na osłonie OK2, możliwość pracy jako lokalna wyspa wewnątrz osłony OK2 9

10 Rozwiązania energoelektroniczne dla osłony kontrolnej OK2 Dotychczasowe rozwiązania równoległe 5. Rozwiązanie szeregowe transformator energoelektr., transformator inteligentny (minimalizacja gabarytów, regulacja mocy czynnej i biernej po stronie SN i nn, możliwość pracy przy zapadach napięcia, możliwość podłączenia zasobników i źródeł OZE do obwodów praca przy zanikach napięcia, bilansowanie mocy, zarządzanie profilami mocy, możliwość zmian częstotliwość LV) Abramowicz M.: Smart MV/LV distribution transformer for Smart Grid with active prosumer participation, Acta Energetica 3/12 ZDECYDOWANIE WYŻSZY KOSZT 10

11 Rozwiązania dla osłony kontrolnej OK3 Zadanie pośrednia kontrola przepływów przez osłonę wirtualną klastra energetycznego, poprzez wspomaganie procesów regulacyjnobilansujących (jak dla OK2) Klaster energetyczny współdzieli sieć z odbiorcami nie przyłączonymi do klastra, nie ma więc możliwości bezpośredniej kontroli przepływu mocy (bilansowania) w punktach GPZ. Zastosowanie znajdują tu wybrane przekształtniki jak dla osłony OK2 (współpracujące ze źródłami OZE i zasobnikami regulacyjnymi - rozproszone). Mają one inną konstrukcję - przekształtniki wielopoziomowe (większa moc/ wyższe napięcie pracy SN). Liczba przekształtników jest większa powinny one być instalowane razem ze źródłami OZE. Wymagana komunikacja z operatorem. Zwiększone nasycenie przekształtnikami dostarcza większej ilości informacji o przepływach. Narzędzia do wpływania na prosumentów mogą być takie same jak OK2. 11

12 Rozwiązania dla osłony OK5 kontrola przepływów Układy przeznaczone do kontroli przepływów w połączeniach międzysystemowych: - Przesuwniki fazowe (rozwiązania specjalne transformatorowe) - Przekształtniki HV ( High-Voltage Direct Current) - układy prostowników tyrystorowych do połączeń między systemami (przesył na duże odległości lub rozwiązania Back-to-Back wykonane w jednej stacji elektroenergetycznej). T I L SE I T I L SE II L F C F L F C F Układ HV sprzęganie SE o różnych częstotliwościach i napięciach, pełna kontrola przepływu mocy, jeden z układów pracuje jako prostownik, drugi jako falownik. Układy z obwodem napięciowym lub prądowym, budowane na całą moc przekazywaną między systemami. W przypadku zaworów pełnosterowalnych możliwość realizacji funkcji dodatkowych (np. generacja mocy biernej). 12

13 Rozwiązania dla osłony OK4 kontrola przepływów SE I SE II T I T O L FI AC L FO C FI C AC C FO Uniwersalny sterownik przepływu mocy UPFC W układzie UPFC (Unified Power Flow Controller) przekształtnik AC/ podłączony jest do transformatora T I (rozwiązanie szeregowe), natomiast /AC do transformatora T O (rozwiązanie równoległe). Oba układy muszą być projektowane na taką samą moc (mniejszą niż moc przekazywana). Zastosowanie: kontrola przepływu mocy, poprzez możliwość kształtowania napięcia transformatora T I. Możliwość generacji mocy biernej. 13