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