Nova proizvodnja energije, predstavljena energijom vjetra i sunca, pokazuje značajne fluktuacije i nesigurnosti u izlaznoj snazi. I izlazna energija vjetra i solarna energija pod izravnim su utjecajem lokalnih vremenskih uvjeta, sklonost skokovima ili padovima izlazne snage, što predstavlja izazov za frekvenciju povezivanja na mrežu elektroenergetskog sustava.
Zbog fluktuacija snage i relativno složenih karakteristika impedancije mreže, u normalnim uvjetima -centralizirane mrežne veze velikih razmjera ili nasumičnog izlaza snage, vjerojatno će doći do oscilacija snage, što dovodi do problema sa stabilnošću elektroenergetskog sustava. To utječe na opterećenje i performanse planiranih novih sustava za proizvodnju energije na širokom području, zahtijevajući dovoljan rezervni kapacitet u sustavu kako bi se izbjegao utjecaj na sposobnost integracije novih izvora energije, što je ključno za postizanje i planiranja i ekonomske učinkovitosti.
Integracija pohrane energije i novih izvora energije uglavnom se usredotočuje na tri aspekta: prvo, otpuštanjem opterećenja na-mrežnoj razini tijekom kratkih vremenskih razdoblja, omogućuje 10-minutnu-regulaciju snage električne mreže, ublažavajući kratkoročne-fluktuacije i potpuno iskorištavajući kapacitet postojeće mreže za povezivanje s novim izvorima energije. Drugo, razvojem planova-na razini detalja koji uključuju nove prognoze proizvodnje energije, i na temelju kratkoročnih-projekcija za dan-unaprijed, on učinkovito uključuje nove izvore energije u ultra-kratkoročne-projekcije energije. To poboljšava racionalan rad i raspored različitih proizvodnih jedinica unutar mreže, smanjuje potražnju za resursima brze regulacije frekvencije, poboljšava točnost i stabilnost mrežnih prognoza i izglađuje fluktuacije u stvarnom vremenu na razini minute-u novim izvorima energije, smanjujući utjecaj na normalan rad konvencionalnih proizvodnih jedinica.
Peak Shaving i Valley Filling
U usporedbi s konvencionalnom proizvodnjom energije, proizvodnja energije iz obnovljivih izvora ima relativno nisku stopu iskorištenja svoje opreme ili jedinica. Uzimajući regiju "Tri sjevera" u mojoj zemlji kao primjer, prema statistici resursa vjetra, vjerojatnost da ukupna proizvodnja vjetroelektrane premaši 60% ukupnog instaliranog kapaciteta općenito je manja od 5%. Kako bi se poboljšala iskorištenost vodova, planiranje kapaciteta vodova obično ima za cilj zadovoljiti 95% potreba za prijenosom energije vjetra ili 60% ukupnog instaliranog kapaciteta vjetroelektrana. Situacija je još teža za fotonapon. Stoga će određeni postotak energije vjetra biti smanjen zbog nedovoljnog prijenosnog kapaciteta, a solarna energija bit će smanjena zbog neusklađenosti opterećenja (karakteristike protiv-vršnog-brišenja).
Proizvodnja obnovljive energije, sa svojim relativno dugo-trajnim fluktuacijama po satu tijekom dana i dolaskom vršne potražnje za električnom energijom u večernjim satima (obično 7-22 sata), povećat će zahtjeve sustava prema gore i prema dolje. Energija vjetra, s druge strane, često dostiže punu snagu oko ponoći, kada je opterećenje na najnižoj točki u danu. Stoga, kako bi se uklonila neizvjesnost u predviđanju proizvodnje obnovljive energije, i električna mreža i konvencionalne proizvodne jedinice moraju snositi značajne rizike povezane s dubokim vršnim smanjenjem.
Peak shaving i valley filling koriste vremenske-karakteristike skladištenja energije kako bi se maksimizirao kapacitet vodova za prijenos, smanjila potreba za usklađivanjem s trendovima opterećenja i smanjila potražnja za povećanim i smanjenim kapacitetom od konvencionalnih proizvodnih jedinica.
Zbrajanjem zadane dnevne krivulje opterećenja P_l s izlaznom krivuljom proizvodnje obnovljive energije P_{NE}, možemo dobiti konačnu krivulju ekvivalentnog opterećenja sustava ∑P_i, tj. ∑P_i=P_l - P_{NE}. Međutim, uzimajući u obzir raspon regulacije izlaza konvencionalnih elektrana i elektrana s vršnim-brijanjem te maksimalnu snagu P_L koju regionalni interkonekcijski vod može prenijeti ili dobiti u vanjsku mrežu, najveća efektivna snaga P_{max} jedinica-spojenih na mrežu je:
P_{max}=μ(P_f + P_b + P_L) (3-3)
Gdje:
jedino mjesto koje ćeš pronaći izvan kuće
- P_f-Maksimalna izlazna snaga vršnih-jedinica za brijanje;
- P_b-Minimalni učinak jedinica koje ne mogu sudjelovati u brijanju vršne vrijednosti;
- μ-Prijenos mreže i učinkovitost rada.
U formuli, C predstavlja koeficijent regulacije izlazne snage vršne-jedinice za brijanje. Odnosi snaga prikazani su na slici.
Minimalna efektivna snaga P_{min} jedinica-spojenih na mrežu je:
Tijekom najnižeg razdoblja opterećenja t₁–t₂, kapacitet regulacije prema dolje rezerviran konvencionalnim vršnim{0}}jedinicama za brijanje maksimalna je snaga obnovljive energije P'_{NE} koju mreža može prihvatiti tijekom tog razdoblja, tj. P'{NE}=P{max} - P_{min} (3-5) gdje je P_{min} minimalni dnevni učinak (bez pohrane energije, proizvodnja obnovljive energije tijekom t₁–t₂ može se postići samo smanjenjem vjetra/sunca).
Može se vidjeti da bez skladištenja energije, proizvodnja obnovljive energije tijekom t₁–t₂ može biti samo ograničena; međutim, sa skladištenjem energije, punjenje tijekom t₁–t₂ i pražnjenje tijekom t₃–t₄ pomiče efektivnu krivulju ekvivalentnog opterećenja ∑P_i unutar raspona od P_{min} i P_{max}, izbjegavajući ograničenja proizvodnje obnovljive energije i smanjenje vjetra/sunca, poboljšavajući kapacitet apsorpcije obnovljive energije, smanjujući zahtjeve mreže za rezervnim kapacitetom i poboljšavajući ukupnu učinkovitost sustava. Snaga P_{BESS} BESS-a (Battery Energy Storage System) je:
P_{BESS}=max( P_{min} - ∑P_{min}, ∑P_{max} - ∑P_{max} ) (3-6)
Energija E_{BESS} BESS-a je:
E_{BESS}=max{ μ_c ∫{t₁}^{t₂} (P{min} - ∑P_i) dt , 1/μ_d ∫{t₃}^{t₄} (∑P_i - P{max}) dt } (3-7)
Gdje:
- μ_c -- Učinkovitost punjenja sustava za pohranu energije;
- μ_d -- Učinkovitost pražnjenja sustava za pohranu energije.
Daljnja istraživanja u širem smislu pokazuju da za vršna opterećenja i padove koji su često produljeni, konfiguracija sustava za pohranu energije određenog kapaciteta može učinkovito smanjiti razliku u vršnim -dolinama, kao što je prikazano na slici.
Razina poboljšanja vršne-razlike doline opterećenja je:
- Gdje je Pimaxje najveće očekivano opterećenje;
- Pimaxje minimalno očekivano opterećenje.
Metoda konfiguracije sustava za pohranu energije slična je prethodnoj i neće se ponavljati.
Poboljšajte točnost predviđanja
Prema NBT32011-2013 "Tehnički zahtjevi za sustav predviđanja snage fotonaponske elektrane", korijen srednje kvadratne pogreške kratkoročnog-predviđanja tijekom razdoblja proizvodnje električne energije fotonaponske elektrane (isključujući razdoblja s ograničenom proizvodnjom) trebao bi biti manji od 0,15, a mjesečna stopa prolaznosti trebala bi biti veća od 80%; korijen srednje kvadratne pogreške četvrtog sata ultra-kratkoročnog predviđanja trebao bi biti manji od 0,1, a mjesečna stopa prolaznosti trebala bi biti veća od 85%.
Prema "Privremenim mjerama za upravljanje predviđanjem snage vjetroelektrana i ranim upozoravanjem", najveća pogreška krivulje dnevne prognoze vjetroelektrane ne smije premašiti 25%, pogreška-prognoze u stvarnom vremenu ne smije premašiti 15%, a korijen srednje kvadratne pogreške prognoze za cijeli dan ne smije biti manji od 20%.
I kratkoročne-i ultra-kratkoročne- prognoze daju podatke o predviđanju u intervalima od 15 minuta. Stoga se izlaz novih izvora energije može segmentirati i kontrolirati u intervalima od 15 minuta, s 96 kontrolnih segmenata tijekom dana. Dopuštena propusnost pogreške kontrole ΔP utvrđuje se na temelju najveće dopuštene pogreške u relevantnim tehničkim specifikacijama predviđanja. Kao što je prikazano na slici 3-8, P(1) i Pe(2) su predviđene vrijednosti snage za prvi i drugi 15-minutni interval, redom, dok je AP dopuštena propusnost pogreške, postavljena na 15% instaliranog kapaciteta nove proizvodnje električne energije.
Kratko-izglađivanje varijacija nove proizvodnje električne energije
Kratko{0}}vremenska stopa promjene proizvodnje nove energije također bi trebala zadovoljiti zahtjeve stabilnosti elektroenergetskog sustava. Trenutačna ograničenja elektroenergetske mreže za varijaciju aktivne snage nove energetske mreže-proizvodnje električne energije prikazana su u donjoj tablici.
Tablica 3-2: Ograničenja promjene aktivne snage za novu proizvodnju električne energije spojene na mrežu
| Instalirani kapacitet nove elektrane (MW) | Maksimalna promjena aktivne snage tijekom 10 minuta (MW) | Maksimalna promjena aktivne snage tijekom 1 minute (MW) |
|---|---|---|
| < 30 | 10 | 3 |
| 30 ~ 150 | Instalirani kapacitet / 3 | Instalirani kapacitet / 10 |
| > 150 | 50 | 15 |
U aplikacijama za ujednačavanje obnovljive energije, BESS (Power Equipped Element System) koristi se za pohranjivanje i oslobađanje proizvodnje energije iz obnovljivih izvora energije, potiskujući fluktuacije minutne-razine snage u-sustavu povezanom s mrežom obnovljive energije. Ovo osigurava da kombinirana izlazna P fluktuacija pohrane energije PBEss (Power Element System) i obnovljive energije Pv (Power V) ispunjava gore navedene tehničke zahtjeve, s kontrolnim vremenskim intervalom koji je uglavnom postavljen na 1 minutu. Međutim, za razliku od algoritama koji poboljšavaju točnost predviđanja, ovaj se pristup primarno fokusira na fluktuacije snage proizvodnje obnovljive energije. Stoga će pri odabiru specifične nazivne snage BESS-a izvor uzorka podataka za statističku analizu i analizu vjerojatnosti biti minute-razine i 10-minutne promjene aktivne snage proizvodnje obnovljive energije.
Dizajn snage i kapaciteta BESS-a i dalje se može temeljiti na statistici vjerojatnosti prošlih promjena snage i kumulativnih promjena u potrošnji energije, s ciljem ispunjavanja zahtjeva za izglađivanje u 80% do 90% slučajeva. Ovo se ovdje neće ponavljati. Kako bi se osiguralo da raspon fluktuacije snage zadovoljava gore navedene zahtjeve, koriste se dva glavna BESS algoritma za kontrolu snage:
- Jedan je metoda ograničavanja točka-po-točka;
- Druga je metoda-niskopropusnog filtriranja.
Metoda ograničenja točke{0}}po-točke
Uzimajući sliku kao primjer, slika prikazuje veliku usporedbu između nove izlazne energije Pne(j) u vremenu j i kombinirani izlaz P(J-n) tijekom proteklih 10 minuta. Vidi se da je u trenutku (j-3), odnosno promjena između P(j-3) i Pne(j) najveći je i prelazi maksimum od 10 minuta. Usporedba pokazuje da je △P10.
Stoga, kako bi se zadovoljilo ograničenje fluktuacije snage od 10 minuta, izlazni raspon BESS-a (pozitivan za punjenje, negativan za pražnjenje) je:
Metoda-niskopropusnog filtriranja
Na temelju principa filtriranja u obradi signala, kao što je prikazano na slici, niskopropusni-filtar čini izlazni signal glatkijim dodavanjem ili oduzimanjem amplitude ulaznog signala. Slično tome, pristup BESS-a također će postići izglađivanje fluktuacija izlazne snage nove energetske elektrane kroz kontrolu punjenja i pražnjenja, kako bi se zadovoljili relevantni tehnički zahtjevi.
Očekivana vrijednost ukupne mreže-priključene snage ∑P\\sum P∑P dana je kao:
Diskretiziramo podatke, gdje je t kontrolno razdoblje, a uzimamo 1 minutu:
∑P(j)=(τ / (τ + t)) * ∑P(j-1) + (t / (τ + t)) * P_ne(j)
Zadano ∑P(j)=P_ne(j) - P_bess(j)
P_bess(j)=(τ / (τ + t)) * (P_ne(j) - ∑P(j-1))
P_bess(j)=(τ / (τ + t)) * (∑P(j) - ∑P(j-1))
U skladu s-tehničkim zahtjevima za fluktuaciju priključene snage na mrežu, minutni-raspon fluktuacije razine ∑P(j) mora zadovoljiti:
|∑P(j) - ∑P(j-1)| Manje od ili jednako min(ΔP_i, 0,1 P_0)
Zamjena formule za izračun za Pbess(j) dobivamo:
