STźROWANIź PRZźKSZTAŁTNIKIźM AC/ŹC W PMź Jarosław Michala, Marcin Zygmanowsi 2 Wrowadzenie W oracowaniu 3 rzedstawiono wybrane zagadnienia dotyczące właciwoci regulacyjnych rzeształtnia AC/ŹC wsółracującego z siecią rądu rzemiennego. Przeształtni ten w rosumenciej miroinfrastruturze energetycznej - PMź ełni rolę interfejsu odłączającego OZE oraz zasobni do sieci i odbiorniów [Poczy, Zygmanowsi, Michala, Kielan, ice]. W oracowaniu ujęto nastęujące zagadnienia właciwoci dynamiczne dla trybu on-grid (wsółracy z siecią zasilającą) i trybu racy wysowej (off-grid), regulacja mocy w rzeształtniu AC/ŹC, działanie rzeształtnia rzy różnych scenariuszach sterowania dla trybu wsółracy z siecią i racy wysowej. W rozważaniach rzyjęto, że o strategii działania i atualnej funcji realizowanej rzez rzeształtni AC/ŹC decydują atualne waruni zasilania wystęujące w sieci do tórej rzyłączona jest miroinfrastrutura PME oraz ewentualnie dynamicznie zmieniająca się cena energii. Niniejsze oracowania oazuje więc możliwoci zastosowania rzeształtnia AC/ŹC i całej miroinfrastrutury PMź do regulacji mocy (na żądanie OHT), a orzez to bilansowania mocy wirtualnej wysy [Poczy] w węzłach bilansujących, na styu między wirtualną wysę a systemem eletroenergetycznym.. Przeształtni AC/ŹC informacje odstawowe Tyową toologię, rzeznaczonego dla miroinfrastrutury PMź, trójfazowego rzeształtnia AC/ŹC wraz z uładem rzyłączającym do sieci dystrybucyjnej rzedstawia rysune [Poczy, Zygmanowsi, Michala, Kielan, ice]. Rozważany jest uład czterorzewodowy, ozwalający na niezależne ształtowanie rądów w ażdej z faz (i rzewodzie zerowym). Przedstawiony rzeształtni AC/ŹC jest dwuoziomowy, rzy czym istnieje możliwoć zastosowania również rozwiązania trójoziomowego ozwalającego oleszyć ształt rądów wejciowych. Niemniej w celu uroszczenia analizuje się rozwiązanie dwuoziomowe, co jedna nie owoduje utraty ogólnoci analizy. Prezentowana toologia należy do równoległych, co oznacza, że dla trybu wsółracy z siecią (on-grid) rzeształtni odłączony jest równolegle do odbiorniów i ma za zadanie bilansować energię w uncie rzyłączenia [Michala] oraz zaewniać odowiednie ształtowanie rofilu mocy w uncie rzyłączenia. W rzyadu racy wysowej (off-grid) rzeształtni zasila bezorednio odbiornii bez udziału sieci zasilającej. Zastosowany filtr LC jest wyorzystany ze względu na otrzebę wsółracy z siecią (ęta regulacji rądu) i racy wysowej (wewnętrzna ętla regulacji rądu i nadrzędna ętla regulacji naięcia). Zaewnia to z jednej strony ształtowanie odowiedniego rądu na wyjciu rzeształtnia AC/ŹC, dr inż. Jarosław Michala Katedra źnergoeletronii, Naędu źletrycznego i Robotyi, Wydział źletryczny, Politechnia ląsa. 2 dr inż. Marcin Zygmanowsi Katedra źnergoeletronii, Naędu źletrycznego i Robotyi, Wydział Eletryczny, Politechnia ląsa. 3 Oracowanie zostało wyonane w ramach Projetu badawczego Rewitalizacja rosumencich miroinstalacji energoeletrycznych (RźWIPROMIźN), realizowanego w ramach Programu GźKON Generator Koncecji źologicznych, tóry jest wsólną inicjatywą Narodowego unduszu Ochrony rodowisa i Gosodari Wodnej (NOiGW) oraz Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (NCBR). Wyonawcą Projetu jest Konsorcjum, w sład tórego wchodząś źuro Centrum lider, Politechnia ląsa, Uniwersytet Zielonogórsi i Aademia Górniczo Hutnicza.
a z drugiej strony zaewnia odowiedni ształt naięcia zasilającego odbiornii w trybie offgrid. Łączni tyrystorowy w uncie rzyłączenia służy do odłączenia sieci od odbiorniów w rzyadu racy w trybie wysowym. Sieć dystrybucyjna Łączni Tyrystorowy ŁT Odbiornii rądu rzemiennego iltr CL Przeształtni AC/DC i S i O L 650 V i A C Rys.. Toologia rozważanego rzeształtnia AC/ŹC 2. Właściwości dynamiczne rzeształtnia AC/ŹC w trybie on-grid Na rys. 2 rzedstawiony został schemat zastęczy uładu sieć-rzeształtni. Uład ten uwzględnia sieć zasilającą, rzeształtni i dławi wejciowy. Prąd sieci dla niniejszego schematu oisany jest zależnocią (). W celu orawnego ształtowania rądu wejciowego rzeształtni AC/ŹC owinien generować naięcie omensujące naięcie sieci u L oraz dodatowo naięcie owodujące rzeływ odowiedniej wartoci rądu dławia i. u L L i i u L u Regulacja rądu rzeształtnia AC/DC i Z Rys. 2. Profile mocy ze ródeł OZź w analizowanym rzyadu i ( u L u ) () R sl Przy ominięciu rezystancji dławiów filtrujących, naięcie zadane falownia może więc być orelane w oarciu o równanie (2): u Z u L P ( iz i ) (2) T gdzie: P wsółczynni wzmocnienia w ętli regulacji rądu, T i ores wyonywania obliczeń w sterowniu. Równanie (2) obowiązuje dla rzyładowego algorytmu sterowania, bazującego na regulatorze tyu P i właciwociach całujących uładu sieć, dławi, rzeształtni (rzy ominięciu rezystancji dławia) [Casadei]. O dynamice działania ętli regulacji rądu decyduje wsółczynni P i ze względu na jego stosunową rostotę i rzejrzystoć i 2
zdecydowano się na ois taiego algorytmu sterowania rzy analizie właciwoci dynamicznych rzeształtnia AC/ŹC w miroinfrastruturze PME. W rzyadu innych rozwiązań (n. algorytmy z regulatorami PI [Malinowsi] oraz algorytmy redycyjne [Wojciechowsi]) uzysuje się zbliżone lub lesze właciwoci dynamiczne. Równanie (2) oisuje działanie rzeształtnia z uładem regulacji w stacjonarnym (nieruchomym) uładzie wsółrzędnych i nie wymaga żadnego uładu odrzęgania między sładowymi. Pomijając oónienia w torze sterowania rzeształtnia, transmitancję zastęczej ętli regulacji rądu uzysuje się wstawiają zależnoć (2) do (), rzyjmując, że u u Z. Równanie (3) oazuje ja wsółczynni P wływa na dynamię ętli regulacji rądu. Ti R P i i Z i (3) Z Ti Ti s ( s ) Ti R P P ( ) P W rzyadu założenia brau oónień w torze regulacji i w rzeształtniu można osiągnąć ratycznie dowolną dynamię ętli regulacji rądu. W rzeczywistym uładzie należy uwzględnić dynamię rzeształtnia i modulatora, związane z częstotliwocią rzełączeń tranzystorów. Przyjmuje się, że dla taiego uładu oónienia te wynoszą = 3 / 2 T i, gdzie T i jest odwrotnocią częstotliwoci rzełączeń tranzystorów. Przy rzyjęciu założonych oónień w uładzie transmitancja zamniętej ętli regulacji rzyjmuje ostaćś s s e ( e ) R R i i Z u L (4) s s s e s e R R R R Wrowadzając arosymację blou oónienia elementem inercyjnym I rzędu oraz omijając rezystancję dławia w filtrze otrzymuje się transmitancjęś i 2 s 2 i s Z 2 2 s u 2 s s Transmitancja ta zawiera dwa człony, z tórych ierwszy (ożądany) orela reację uładu na rąd zadany, natomiast drugi (nieożądany) oisuje wływ naięcia sieci (tratowanego jao załócenie) na rąd rzeształtnia AC/DC. Mianownii transmitancji są II rzędu, a o ierwiastach równania charaterystycznego decyduje wsółczynni P. Na rysunu 3 rzedstawiono odowiedzi rądu rzeształtnia na soową zmianę rądu zadanego, rzy rożnych wartoci wsółczynnia P. Wsółczynniowi P = 0.25 odowiada najszybsza odowied aeriodyczna, a P = 0.5 odowiada ryterium modułowemu doboru regulatorów [Tunia] (charateryzującego się 4% rzeregulowaniem). Źla wyższych wartoci wsółczynnia odowied na so wieloci zadanej ma charater oscylacyjny. L (5) 3
- P =0.25 - P =0.5 - P =0.75 - P = Rys. 3. Odowied zamniętej ętli regulacji rądu na soową zmianę rądu zadanego Transmitancja załóceniowa od naięcia sieci owoduje efet generacji nieożądanego rądu o charaterze ojemnociowym, tóry dla ierwszej harmonicznej można eliminować, wrowadzając orawę na rąd zadany rzeształtnia. Wystęowanie wyższych harmonicznych w naięciu sieci rowadzi do generacji wyższych harmonicznych rądu, tórych amlitudy (w rzyadu wystęowania harmonicznych w naięciu sieci) wyniają z charaterysty amlitudowo-fazowych. Odowied uładu sterowania rzeształtnia AC/DC na soowa zmianę sładowych zadanych rądu ( odowiedzialnych za moc czynną i bierną), dla modelu uwzględniającego mirorocesorową realizację, oazano na rysunu 4 ( P = 0.5). Przy wyorzystaniu rezentowanej metody sterowania rądem rzeształtnia AC/ŹC, wewnętrzną ętlę regulacji rądu, oisaną transmitancją II rzędu (5), arosymuje się transmitancją I rzędu równanie (6), co uraszcza dalszą syntezę uładu sterowania. Źla wartoci wsółczynnia P 0,5 błąd arosymacji jest niewieli. Źynamia w rozważanym rzyadu nie jest najwyższa, niemniej wystarczająca rzy założonym zadaniu regulacji mocy. W literaturze można znaleć algorytmy sterowania ozwalające na omensację oónień i uzysanie leszej dynamii ształtowania rądu [Wojciechowsi]. i 2 s i Z (6) a) b) Rys. 4. Reacja wewnętrznej ętli regulacji na soową zmianę rądu zadanego w osi d(a) i q(b) Poazane na rysunu 4 rzebiegi sładowych d,q rądu rzedstawione są w uładzie wirującym względem wetora rzestrzennego naięcia sieci. W uładzie nieruchomym odowiada to sinusoidalnemu rądowi wsółfazowemu naięciu sieci (sładowa d), lub rądowi sinusoidalnemu rzesuniętemu o 90 stoni (sładowa q). Stała czasowa ętli ształtowania rądu (2) wynosi 600 s dla tyowej dla rzeształtniów o mocy ilu W częstotliwoci rzełączeń równej 5 Hz. Oznacza to możliwoć uzysania rądu zadanego (a tym samym mocy zadanej na zacisach wyjciowych rzeształtnia AC/ŹC) w czasie ojedynczych ms. 4
3. Właściwości dynamiczne rzeształtnia AC/ŹC w trybie off-grid Analizowana w rozdziale 2 dynamia ształtowania rądu w rzeształtniu AC/ŹC stanowi ętle odrzędną regulacji rądu zarówno w racy tyu on-grid (w tórej odbywa się regulacja mocy), ja i off-grid (gdzie zasadniczo reguluje się naięcie na zacisach odbiornia). Pracę w trybie off-grid rozoczyna się gdy o wystąieniu załóceń w naięciu sieci uład sterowania odłącza infrastruturę PMź i odbiornii od sieci (miroinfrastrutura PME stanie się wysą). W trybie tym rzeształtni AC/ŹC generuje naięcia odbiorniów u OC, w oarciu o wewnętrzny algorytm rzyrostowy ąta ołożenia zadanego wetora rzestrzennego naięcia, wirującego ze stałą częstotliwocią 50 Hz,. Przeształtni racuje z wewnętrzną ętlą regulacji rądu (oisaną wczeniej), jedna orzez zastosowanie wyjciowego filtra ojemnociowego C, uład racuje jao sterowane ródło naięcia. Schemat zastęczy dla rzeształtnia AC/ŹC wraz z odbiorniami rzedstawia rysune 5. Wewnętrzna ętlą regulacji zaewnia zadaną wartoć rądu, natomiast zadaniem zewnętrznej ętli regulacji jest utrzymanie zadanej wartoci naięcia na ondensatorze filtru C. Taie odejcie ozwala na otratowanie rądu obciążenia jao załócenie i uniezależnia syntezę regulatora od charateru obciążenia (liniowego lub nieliniowego). Należy tu zaznaczyć, że całoć regulacji odbywa się w uładzie wirującym d,q, zorientowanym względem ołożenia zadanego naięcia odbiorniów, w tórym wieloci sinusoidalnie zmienne stają się wielociami stałymi. u OC L i i C R i OC u Regulacja rądu rzeształtnia AC/DC i Z Regulacja naięcia odbiornia u OCZ Rys. 5. Schemat ideowy uładu rzeształtni AC/ŹC obciążenie dla racy wysowej Zadaniem rzeształtnia AC/ŹC w trybie off-grid jest generacja naięć na ondensatorach filtru C, a tym samym odbiorniach. Prądy zadane dla wewnętrznej ętli regulacji rądu są wyznaczane w regulatory PI ontrolujących sładowe d, q naięcia odbiornia. Źo uładu wirującego transformowane są mierzone naięcia na zacisach odbiornia. Przeształtni AC/ŹC reguluje wartoci naięć na ondensatorze filtru, natomiast rądy obciążenia tratuje się jao załócenia. Korzystając z tego odejcia oraz uwzględniając rezystor R filtra, zastosowany do orawy tłumienia oscylacji, uzysuje się nastęujące zależnoci na sładowe naięcia ondensatoraś ducd ( id iocd ) ucq dt C (7) ducq ( iq iocq ) ucd dt C u u OCd OCq u u Cd Cq R R ( i ( i d q i i OCd OCq ) ) W uładzie d, q wystęują srzężenia omiędzy sładowymi naięć ondensatora. Zastosowanie sygnałów służących do odsrzęgania w ętlach regulacji orawia jaoć regulacji sładowych. Założono tu uroszczone odrzęganie, wyorzystujące zamiast naięć ondensatorów filtru u C, naięcia na zacisach odbiornia (omija się wływ rezystancji (8) 5
filtru R ). Przy zmianie rądu obciążenia, wływ rezystancji jest trudny do wyeliminowania, jedna wystęujący w tym rzyadu błąd (więszy niż dla samego ondensatora w gałęzi orzecznej) rzysiesza reację regulatora naięcia. Struturę uładu, regulacji rzy uwzględnieniu sygnałów odsrzęgających i rezystorów wystęujących w filtrze, rzedstawiono na rys. 8. Pomijając rezystancję R zamnięty uład regulacji można urocić do, obowiązującej dla obu sładowych d,q, strutury z rys. 7, sładającej się z regulatora, elementu inercyjnego I rzędu (wewnętrzna ętla regulacji rądu) oraz uładu całującego. Załóceniem jest tu rąd obciążenia. i OCd R u OCd - st R R st R u OCdZ u OCqZ u OCq R - R - i dz i qz s i d i q st R - - st s I I i OCq C s C R - s u Cd u Cq u OCd u OCq uład regulacji naięcia w rzeształtniu AC/DC odbiornii i filtry Rys. 6. Uład regulacji naięcia odbiornia, wraz z odbiorniiem i filtrami i OC u OC - st R i z i - u OC R st R I s u sc OCZ Rys. 7. Uroszczona strutura uładu sterowania naięcia odbiornia Źla taiego obietu regulacji w ostaci uładu całującego, rzy wymaganiu szybiej reacji na załócenie, można zastosować ryterium symetryczne [Tunia] oraz dodatowo należy zastosować filtr wejciowy tłumiący rzeregulowanie związane ze soową zmianą naięcia zadanego. Przy doborze regulatora według ryterium symetrycznego załada się jedna, że stała całowania jest więsza od stałej czasowej w elemencie inercyjnym I rzędu. Warune ten, rzy niewielich wartociach ojemnoci, nie jest sełniony w rzyadu rzeształtnia AC/ŹC racującego w trybie off-grid. Wtedy rzy soowej zmianie wieloci zadanej i soowej zmianie obciążenia, rzy mniejszych wartociach ojemnoci, uwzględnieniu realizacji ratycznej oraz rezystancji filtru uzysuje się rzebiegi charateryzują się oscylacjami. Wynia to zś uroszczenia uładu wewnętrznej ętli regulacji rądu do inercji I rzędu oraz wystęowanie srzężeń omiędzy regulacją w obu osiach. Błędy sowodowane działaniem wewnętrznej ętli regulacji rądu uwydatniają się dla rótich czasów regulacji. Z tego względu nastawy regulatorów bazujące na ryterium symetrycznym należy tratować jao wartoci oczątowe do dalszego dostrojenia. źfet dostrojenia można zauważyć na rysunu 8. Przedstawiono tu reację uładu sterowania na soową zmianę naięcia zadanego i załączenie obciążenia liniowego symetrycznego. Uzysuje się tu 6
niewielie oscylacje w rzyadu soowej zmiany wieloci zadanej i rzeregulowanie rzy soowej zmianie obciążenia. Źla ta dobranych regulatorów czas reacji wynosi ooło 2 ms. Rys. 8. Przebiegi naięć i rądów fazowych odbiornia symetrycznym RL dla trybu off-grid Źziałanie oisanego wczeniej uładu regulacji rzy odbiorniu niesymetrycznym rzestawia rysune 9a. Asymetria obciążenia owoduje wystęowanie różnic w amlitudach naięć fazowych odbiorniów, rzesunięć omiędzy naięciami fazowymi i ich odształceń. Wynia to z ograniczonej dynamii regulatorów naięcia i wewnętrznej ętli regulacji rądu. W celu leszej stabilizacji sładowej d naięcia odbiorniów można wyorzystać srzężenia od rądu odbiorniów, rzy ich dostęnoci omiarowej. W uładzie sterowania, oazanym i OC [A] na rysunu 6, do sygnałów zadanych rądów (i Zd, i Zq ) dla wewnętrznej ętli regulacji rądu należy dodać rądy odbiorniów (i OCd, i OCq ). Źodatowa ętla srzężenia zwrotnego owoduje, że rąd obciążenia jest generowany bezorednio rzez wewnętrzną ętlę regulacji, a sygnał wyjciowy z regulatorów naięcia omensuje zmiany sładowych naięcia odbiorniów, co ozwala na szybszą reację rzeształtnia AC/ŹC. Sutecznoć zastosowania srzężenia od rądu odbiorniów otwierdza raca uładu rzy odbiorniu niesymetrycznym, rzedstawiona na rysunu 9b. W orównaniu do rzebiegów na rysunu 9a asymetrie w naięciu zostały zreduowane do ooło 2%. Ostatecznie do doboru uładu regulacji z dodatowym srzężeniem rądowym regulatory naięć można dobrać z zależnociś C R 2 (9) I TR 2 I a) W tym rzyadu otrzymuje się rzeregulowanie rzędu 0 % rzy zmianie wieloci zadanej i załócającej. Uzysana dynamia ształtowani odowiedzi wyjciowej ma wartoci orednie między doborem z ryterium symetrycznego i modułowego. b) Rys. 9. Przebiegi naięć i rądów fazowych odbiornia dla obciążenia niesymetrycznego RL, dla regulatorów naięcia dobranych z ryterium symetrycznego (a) oraz regulator dobranych według zależności (9) o zastosowaniu dodatowego srzężenia rądowego 7
Podsumowując uzysane wynii można owiedzieć, że zarówno dynamia ętli regulacji rądu (mająca najwięsze znaczenie w trybie racy on-grid), ja i dynamia nadrzędnej ętli regulacji naięcia (stosowanej w trybie racy off-grid) jest wysoa. Uwzględniając częstotliwoci rzełączeń na oziomie ilu iloherców odowied zadaną naięcia i rądu (mocy) uzysuje się w czasie ojedynczych miliseund. 4. Regulacja mocy w trybie on-grid Możliwoć ształtowania rądów w uncie rzyłączenia z dynamią na oziomie ojedynczych miliseund ozwala na szybą regulację mocy na styuś sieć, interfejs PMź oraz odbiornii. Ja to zostało rzedstawione w oracowaniu [Michala] regulacja mocy dotyczy możliwoci ledzenia rofilu zadanego w uncie rzyłączenia (n. minimalizacji oboru energii w taryfie dziennej dla taryfy dwustrefowej). ledzenie to dotyczy zarówno zmian rofilu zadanego ja i zmian obciążeń związanych z bilansowaniem energii w uncie rzyłączenia do sieci. Przy oisie możliwoci regulacji mocy załada się, że interfejs w rosumenciej miroinfrastruturze energetycznej wyosażony jest w zasobni, tórego działanie rozważa się jedynie z untu widzenia ograniczeń co do wartoci masymalnej i minimalnej naładowania. Jao sygnał sterujący rzyjęto taryfę dynamiczną (generowaną rzez OHT Wirtualnej Wysy) orelaną ceną energii, tóra jest zależna od atualnego zaotrzebowania u odbiorców rzyłączonych do WW. Należy tu zaznaczyć, ja to oisano w [Michala] istnieje możliwoć ształtowania rofili mocy w uncie rzyłączenia, a nastęnie taiego sterowania odbiorniami aby zaewnić ja najlesze bilansowanie energii. Źoasowanie do rofilu zadanego (z uwzględnieniem mocy odbiorniów) zaewniają rzeształtnii w infrastruturze PMź, rzy czym ształtowanie rofili (regulacja mocy) i bilansowanie energii są wielociami zależnymi. Należy amiętać, że ledzenie rofilu zadanego mocy w onsewencji rowadzi do zmian energii w zasobniu. W celu odowiedniego ształtowania rofili mocy sterowni nadrzędny sterowni owinien uwzględniaćś atualną cenę energii (w oarciu o taryfę dynamiczną), rognozę ogody oraz oziom naładowania aumulatora. O iloci obieranej/generowanej mocy czynnej decyduje algorytm w sterowniu nadrzędnym, tóry może być arametryzowany rzez rosumenta. W rzyadu zaotrzebowania na moc bierną w WW interfejs PMź może realizować to zadanie w zaresie ograniczonym wyniającym z mocy znamionowej ozornej rzeształtnia AC/ŹC w interfejsie PMź oraz atualnej wartoci mocy czynnej. Źodatowo o ołacalnoci generacji/oboru mocy biernej mogą decydować straty w rzeształtniu AC/ŹC, związane z jej generacją. Należy również zauważyć, że generacja mocy biernej nie może załócać algorytmu bilansowania energii. Możliwoci realizacji ratycznej ledzenia mocy czynnej i biernej oazano na rysunu 0. Pomiarów doonano na stanowisu z rzeształtniiem o mocy 7 VA, działającym z częstotliwocią rzełączeń tranzystorów równą 5 Hz. Na rysunu oazano niezależne ształtowanie rofili mocy czynnej i biernej. Wieloci zadane zaznaczone są olorem niebiesim, a rzeczywiste moce olorem czerwonym. Badania dotyczyły możliwoci ształtowania mocy zmieniających się co seundę. Uzysane wynii oazują wysoą dynamię realizowania soowych zmian mocy czynnej i mocy biernej oraz ratycznie niezależną możliwoć wływania na moc czynną i moc bierną. Przyładowy algorytm ształtowania rofili mocy zadanych (decydujący o generacji/oborze mocy czynnej w uncie rzyłączenia) mógłby bazować na oziomach energii i ceny, ustawianych rzez rosumenta. Poziomy te dotyczyłyby cen energii oraz energii zgromadzonej w zasobniu, rzy czym w celu uroszczenia oisu algorytmu ominięto niezbędne w uładzie rzeczywistym histerezy. W dalszej analizie założono nastęujące oziomy cen energiiś C OPLS, C OPLZ róg ołacalnoci odowiednio srzedaży 8
i zauu energii oraz oziomy naładowania zasobniaś E R i E L odowiednio oziom ozwalający na rozładowanie i oziom wymagający ładowania. W tabeli rzedstawiono rzyładowe działanie sterownia nadrzędnego w zależnoci od energii w zasobniu E i atualnej ceny energii roonowanej rzez OHT, C OHT. Przyładowo rzy jej wysoiej wartoci (C OHT >C OPLS ) możliwe jest srzedawanie energii z równoczesnym wyorzystaniem odbiorniów sterowanych (gdy E>E R ), srzedawanie energii z odłączaniem odbiorniów (gdy E R >E>E L ) lub samo sterowanie odbiorniami energii, rzy E L >E. W rzyadu niższej ceny energii (C OHT <C OPLS ) od srzedaży istotniejsze jest zasilanie odbiorniów u rosumenta i srzedaż jedynie nadwyżi energii. Przy nisich cenach energii (C OHT <C OPLZ ) należy wyorzystać możliwoć doładowywania zasobnia energii. Rys. 0. Przebiegi mocy w rzeształtniu AC/ŹC racującym w ętli regulacji niezależnym zadawaniem mocy czynnej i biernej Tab. Przyładowy algorytm ształtowania rofilu mocy w uncie rzyłączenia PMź. E>E R E R >E> E L E<E L C OHT >C OPLS C OHT <C OPLS, C OHT >C OPLZ Srzedaż nadwyżi Srzedaż z odłączaniem odbiorniów Odłączanie odbiorniów Srzedaż nadwyżi Srzedaż nadwyżi Odłączanie odbiorniów C OHT <C OPLZ Srzedaż nadwyżi Ładowanie zasobnia Ładowanie Zasobnia 9
Przedstawiony w tab. algorytm sterowania stanowi swoistą bazę reguł. Przyjmując, że oziomom cen energii i oziomom naładowania zasobnia będą odowiadały zbiory rozmyte możliwe jest wyorzystanie do orelania oziomów rofili mocy w uncie rzyłączenia logii rozmytej. Alternatywny algorytm do orelania mocy obieranej/generowanej w uncie rzyłączenia mógłby bazować na funcji odcinowo liniowej zależnej od ceny energii wyniającej z taryfy dynamicznej z dodatową oretą wyniającą z oziomu energii w zasobniu. Źzięi temu możliwe byłoby niezależne orelanie rofilu mocy i realizacja bilansowania energii oisana w [Michala]. 5. Regulacja w trybie off-grid W trybie racy off-grid rozważyć należy dwa zasadnicze rzyadi. Pierwszy zachodzi gdy rzeształtni AC/ŹC zasila jedynie odbiornii. Źrugi natomiast zachodzi gdy rzeształtni AC/ŹC wsółracuje w ramach racy wysowej z innymi rzeształtniami lub marogeneratorem. W ierwszej sytuacji interfejs PMź racuje ta, ja to zostało oisane szczegółowo w rozdziale 3, to znaczy generuje naięcia zadane na zacisach odbiorniów o częstotliwoci wyniającej z wewnętrznego generatora bazującego na recyzyjnym zegarze tatującym w mirorocesorowym uładzie sterowania. Amlituda naięcia na zacisach odbiornia regulowana jest ta aby rzy zmianach obciążenia zmiany naięcia były ja najszybciej tłumione. W tym rzyadu rzeształtni AC/ŹC dostarcza, oza mocą czynną wymaganą rzez odbiornii moc bierną oraz generuje odowiednie harmoniczne. W rzyadu nadwyżi mocy generowanej w ródłach OZź w stosunu do atualnego zaotrzebowania odbiorniów ładowany jest zasobni. Gdy zasobni zostanie naładowany masymalnie, możliwe jest załączanie sterowanych odbiorniów w celu wyorzystania energii ze ródeł, gdy mimo odbiornii dalej nie zbilansują roducji energii wymagane jest wyłączenie ródła OZE lub ograniczenie jego mocy. W rzyadu niedoboru energii generowanej ze ródeł w celu wydłużenia racy odbiorniów energii o wyższym riorytecie należy odłączać od zasilania odbiornii o niższych riorytetach. Przy racy na sieć wydzieloną, sładającą się z ilu interfejsów PMź lub wsółracy interfejsu PME z mirogeneratorem (generatorem synchronicznym/ agregatem rądotwórczym), rzeształtni AC/ŹC w interfejsie PMź musi uwzględniać racę ozostałych uładów. Sterowanie taie jest znacznie bardziej złożone od oisanego ierwszego rzyadu. W sieci wydzielonej z wszystie miroródła (rzeształtnii/generatory) owinny ta wsółracować ze sobą aby możliwe było efetywne i szybie zbilansowanie mocy czynnej i biernej w wydzielonej wysie sładające się z miroródeł i odbiorniów. Taie zbilansowanie możliwe jest do osiągnięcia dzięi zastosowaniu odowiednich charaterysty ze sterowaniem uchybów naięcia i częstotliwoci. Uchyb naięcia i częstotliwoci wływa na wartoci zadane w algorytmie regulacji rzedstawionym w rozdziale 3 (na odstawie amlitudy naięcia i częstotliwoci wyznaczane są sładowe d,q sygnałów zadanych i mierzonych w uładzie wirującym). Charaterystyi uchybów mają znaczący wływ na zbilansowanie mocy czynnej i biernej omiędzy ródłami odłączonymi do wysy/autonomicznej mirosieci. Kształt charaterysty zależny jest od zainstalowanych ródeł wsółracujących w wysie oraz ustaleń orelonych rzez oeratora systemu dystrybucyjnego OSŹ. Charaterystyi sterowania uchybami naięcia i częstotliwoci mogą być zbliżone do tych jaie stosowane są w rzeształtniach solarnych rzeznaczonych do racy w trybie wysowej off-grid, czyli funcji liniowych (7) i (8). 0
Q Um Umn m Q n (7) P f fn n P n gdzie: m, n są odowiednio wsółczynniami stromoci charaterysty uchybu naięciowego i częstotliwociowego, Q, P są atualnymi wartociami mocy biernej i czynnej w uncie rzyłączenia interfejsu PME, Q n, P n są znamionowymi lub masymalnymi wartociami mocy biernej i czynnej interfejsu PME, U m jest amlitudą naięcia atualnie realizowanego rzez interfejs PME, f jest częstotliwocią atualnie realizowaną rzez interfejs PMź, f n, U mn są znamionowymi wartociami częstotliwoci i amlitudy naięcia, Podsumowanie W niniejszym oracowaniu rzedstawiono zagadnienia związane ze sterowaniem rzeształtniiem AC/ŹC w miroinfrastruturze PMź oraz wyorzystaniem funcji regulacji w rzeształtniu. Możliwoć regulacji mocy ozwala realizować dodatowe funcjonalnoci PMź z untu widzenia OHT. W ierwszej częci oracowania suiono się na zagadnieniach związanych ze sterowaniem i właciwociami dynamicznymi wewnętrznych algorytmów sterowania rądem wejciowym (w trybie on-grid) oraz naięciem na zacisach odbiorniów (w trybie off-grid). Z rzerowadzonej analizy wynia, że dynamia ształtowania rądu i naięcia jest na oziomie ojedynczych miliseund, co ozwala na realizację założonych funcji dodatowych. W olejnej częci oracowania omówiono ideę i roonowane możliwoci wyorzystania właciwoci dynamicznych rzeształtnia AC/ŹC do realizacji funcji dodatowych związanych z regulacją mocy w rzyadu racy interfejsu PMź w wirtualnej wysie oraz racą w trybie off-grid interfejsu PME. W rzyadu racy interfejsu PME w wirtualnej wysie oerator OHT stara się utrzymać zerowe rzeływy mocy w untach bilansujących na ołączeniu z systemem eletroenergetycznym. Bilansowanie mocy wymaga możliwoci wływania na ródła wytwórcze odłączone do wirtualnej wysy, co odbywa się orzez sygnał cenowy (taryfę dynamiczną). W oracowaniu zaroonowano rzyładowy schemat działania interfejsu PMź zaewniający odowiednie ształtowanie rofilu mocy w uncie rzyłączenia interfejsu PMź do sieci w oarciu o zadane rzez użytownia arametry. Schemat działania bazuje na cenie energii oraz iloci energii zgromadzonej w zasobniu. Wewnętrzne bilansowanie energii w infrastruturze PMź odbywa się w celu utrzymania zadanego rofilu mocy. W trybie off-grid działanie rzeształtnia AC/ŹC zależy od tego czy rzeształtni ten racuje w ramach wysy niezależnie, czy też w ramach wysy racuje ila miroródeł. W ierwszym rzyadu dąży się do utrzymania znamionowych wartoci amlitudy i częstotliwoci naięcia zasilającego odbiornii. W drugim rzyadu wartoci zadane amlitudy i częstotliwoci ształtowane są ta, aby rozdzielić obciążenia na oszczególne miroródła oraz zbilansować moce w całej wysie w celu utrzymania naięć i częstotliwoci w uncie rzyłączenia odbiorniów. (8)
Literatura [Poczy, Zygmanowsi, Michala, Kielan, ice] Poczy J., Zygmanowsi M., Michala J., Kielan P., ice M.: Koncecja rosumenciej miroinstalacji energetycznej (PME) wg ilab EPRO. BźP. Źział.2.09., www.laster3x20.l, odstrona CEP [Poczy] Poczy J.: MODEL INTERAKTYWNEGO RYNKU ENERGII ELEKTRYCZNEJ. Od modelu WEK-NI-EP do modelu EP-NI-WEK. BźP. Źział..06., www.laster3x20.l, odstrona CEP [Michala] Michala J.: Bilansowanie energii w miroinfrastruturze PME. BźP. Źział.2.07., www.laster3x20.l, odstrona CEP [Casadei] Casadei D., Grandi G., Reggiani U., Rossi C.: Power Quality and Reliability Suly Imrovement Using a Power Conditioning System with Energy Storage Caability, Proceedings of the IEEE International Symosium on Industrial Electronics, IEEE-ISIE 2004, rance, 4-7 May 2004 [Wojciechowsi] Wojciechowsi D.: Grid voltages sensorless control system of the PWM rectifier with active filtering function, 4th International Worsho Comatibility in Power Electronics, Gdynia, -3.6.2005 [Malinowsi] Malinowsi M.: Sensorless Control Strategies for Three-Phase PWM Rectifiers, rozrawa dotorsa, Warszawa 200 [Tunia] Tunia H., Kamierowsi M.P.: Podstawy automatyi naędu eletrycznego, PWN, Warszawa- Poznań 978 Księga Szoca Teza. Przedstawiona w Raorcie analiza właciwoci regulacyjnych rzeształtnia AC/ŹC srzęgającego infrastruturę PMź (obejmującą odbiornii, ródła OZź i zasobni) z siecią eletroenergetyczną (z KSź) dobitnie oazuje rzewagę możliwoci regulacyjnych infrastrutury PMź nad możliwociami regulacyjnymi KSź, głównie w obszarze regulacji ierwotnej KSE (dla regulacji wtórnej z olei bardzo efetywnym substytutem na interatywnym ryne energii eletrycznej jest taryfa dynamiczna, tratowana jao sygnał sterowniczy ształtujący gosodarę eletroenergetyczną w ramach infrastrutury PMź). Przewaga ta ma daleosiężne suti, mianowicie jest jednym z argumentów na rzecz tezy, że za omocą głęboiej decentralizacji usług systemowych w KSź można już rozocząć roces rzełamywania najsilniejszego ograniczenia technicznego, tóre bloowało dotychczas wejcie rynu energii eletrycznej w olejny, radyalny eta decentralizacji. Zadanie do rozwiązania. Aby efetywnie wyorzystać rosumencie, a taże niezależnych inwestorów (NI), zasoby regulacyjne do rzysieszenia decentralizacji rynu energii eletrycznej onieczne jest ilne rozoczęcie badań, głównie w asecie technicznym, nad otencjałem onwergencji dwóch obszarówś regulacji mocy (obszar technicznych usług systemowych) i bilansowania energii (do celów transacyjnych na rynu energii eletrycznej)ś odrela się, że sracanie czasów transacyjnych w taryfie dynamicznej oznacza zmniejszanie wolumenu usług systemowych. Zadanie to, rzełożone na ratyę (uwzgledniającą wsółczesne olsie realia), oznacza rzede wszystim modelowanie wirtualnej wysy WW. Chodzi rzy tym o modelowanie w asecie aloacji zasobów regulacyjnych omiędzy inwestorów NI (osiadających ródła bilansujące, taie n. ja ródło biogazowe z omorą fermentacyjną biogazowni zintegrowaną z dużym zasobniiem biogazu) i rosumentów (or. Raort Poczy Model Interatywnego Rynu Energii Eletrycznej. BźP, Źział..06)ś to głównie w wysie WW będzie się doonywać otymalna aloacja tych zasobów, bo wysa WW stanowi swoisty greenfield na tórym ooeracyjna strategia wsółdziałania inwestora NI oraz rosumenta jest orzystna dla obydwu stron. Dla energetyi WEK, tórej interes olega na ograniczaniu onurencji na rynu energii eletrycznej, aloacja zasobów regulacyjnych na nowe obszary jest oczywicie 2
zagrożeniem. Źlatego energetya WźK będzie stosowała w najbliższym czasie bardzo ostrą strategię onfrontacyjną względem inwestorów NI i rosumentów. Jan Poczy Datowanie RAPORTU (wersja oryginalna) 28.06.205 r. 3