1. Bevezetés
Az energiatárolási technológia fejlődésével az energiatároló rendszerek (ESS) alkalmazása az energiarendszer alaptechnológiájának számít, különös tekintettel a jelenleg demonstrációs stádiumban lévő, nagyméretű akkumulátorokat használó akkumulátoros energiatároló rendszerre (BESS). . Hagyományosan a frekvenciaeltérést hőerőművek bevetésével korrigálják, hogy az energiarendszer frekvenciáját elfogadható tartományon belül tartsák, a frekvenciaszabályozást pedig "szabályzómentes" (GF) vezérléssel és automatikus termelésvezérléssel (AGC) érik el. Ezek a módszerek azonban nem hatékonyak, és az erőműveknek a névleges teljesítmény alatt kell működniük a készenléti üzemmód fenntartása érdekében.
Ez a cikk bemutatja a BESS fejlesztési és próbaüzemi eredményeit az AGC működésben. A hagyományos erőművekkel összehasonlítva a BESS jobban teljesít a gyors reagálásban, de vannak problémák az AGC működési időtartamával. Ezért ez a cikk bemutatja az AGC működésének kísérleti eredményeit különböző körülmények között, és az eredményeket a KPX AGC referenciája alapján elemzi.
A cikk további része a következőképpen épül fel: A 2. szakasz ismerteti a jelenleg FR szolgáltatásokhoz használt BESS vezérlő rendszerkonfigurációját; A 3. szakasz ismerteti az AGC működésének eredményeit; A 4. szakasz értékelte a teszteredményeket, és javasolt néhány javítási pontot az AGC célgeneráláshoz; Végül az 5. szakasz ismerteti a következtetést.
2. A BESS rendszerkonfigurációja
Az FR-ESS létesítmények az egyes alállomások 22,9 kV-os gyűjtősínjére lecsökkentő transzformátorokon keresztül csatlakoznak, az 1. ábrán látható módon. A 22,9 kV-os gyűjtősín egy lecsökkentő transzformátoron keresztül csatlakozik a 440 V-os PCS-hez, és a PCS is csatlakoztatva van az akkumulátorrendszerhez (akkumulátorkezelő rendszer és lítium-ion akkumulátor) elektromos és kommunikációs vezetékeken keresztül.
A 2. ábra a frekvenciaszabályozási szolgáltatásokhoz használt telepített 52MW-os BESS vezérlő blokkvázlatát mutatja. A PCS a frekvenciaszabályzó vezérlővel (FRC) is kommunikál, amely meghatározza a kívánt 60 Hz-es frekvencia fenntartásához szükséges akkumulátorrendszer-kimenetet. Az FRC az ember-gép interfészen (HMI) keresztül "kézi üzemmódba" vagy "automatikus üzemmódba" állítható, amely olyan kulcsfontosságú információkat is megjelenít, mint a rendszerfrekvencia, az egyedi akkumulátor töltöttségi állapota (SOC) és a hőmérséklet.
A 3. ábra a KPX EMS-éhez csatlakoztatott AGC működési teszt blokkvázlatát mutatja. Amikor az AGC referencia eléri az FRCM-et, az FRCM felosztja a teljesítmény-referenciát az egyes FRC-k SOC-ja alapján, így az FRCM-nek ismernie kell az egyes FRC-k SOC-információit.
3. Automatikus energiatermelés szabályozás
AGC működés hagyományos erőművekben:A hagyományos erőművek turbinái nemcsak AGC-referencia alapján, hanem fordulatszám-referencia alapján is működnek. Az olyan tényezők miatt, mint a turbina tehetetlensége, a súrlódás és a fojtószelepek, a rendszer elkerülhetetlenül késéseket tapasztal. A 4. ábra egy hagyományos erőmű frekvenciaszabályozását mutatja AGC referencia alatt. Az A időponttól kezdve, amikor a frekvencia B időpontra változik, amikor az erőmű teljesítményének változása vezérelve van, körülbelül 5 MW kimeneti hiba lép fel, és a kimenet több mint 100 másodperccel késik az AGC-referenciához képest. Nehéz pontosan megérteni az FR működés késleltetési idejét pusztán a kimeneti hullámforma alapján, mivel túl sok a vezérlőváltozó. Megerősíthető azonban, hogy a hagyományos erőművek késleltetési idővel követik az AGC referenciát.
A BESS AGC vezérlési teljesítménye:A hagyományos erőművek szabályozási teljesítményével való összehasonlítás érdekében bemutatjuk a BESS idő- és lépésfüggvény-válaszát. Az 5. ábra az FRCM referenciavariáció lépésválasz eredményeit mutatja. Körülbelül 130 ms kell ahhoz, hogy az FRCM célgenerálásától a BESS-ig kimenjen a teljesítmény, beleértve a kommunikációs késleltetést és az emelkedési időt is. A BESS 30 másodpercen belül képes árammal ellátni a hálózatot, ami elegendő az AGC működés gyors követelményeinek kielégítéséhez.
A BESS AGC működése:A 6. ábra egy 7-órás AGC-művelet eredményeit mutatja a BESS-en, ismételt AGC-követéssel és töltöttségi állapot (SOC) helyreállítási műveletekkel. Az AGC működése során az egyes FRC-k teljes kimeneti teljesítménye megegyezik az AGC referenciaértékével. Ha az FRC SOC értéke 50% alá csökken, az FRC SOC helyreállítási műveletet hajt végre, ezért 3 ciklus van, ebből 3 AGC műveleti ciklus és 3 SOC helyreállítási ciklus. SOC helyreállítási művelet közben az FRC 0,1 [pu] sebességgel tölti az akkumulátort, amíg el nem éri a 63%-os SOC-t, az 1. táblázat szerint.
| Elérhető SOC termékcsalád | Cél SOC a helyreállításhoz | Helyreállítási arány | Tesztidő |
| 50%-80% | 63% | 10% | 7 óra |
Az 1. ciklusban a BESS 30 percig, mindössze 23 percig nem teljesítette az AGC működés követelményét, a 2. és 3. ciklusban viszont teljesítette az AGC működés kimeneti időtartamát. Eközben az SOC helyreállítási periódusa minden ciklusban állandó, 73 perc. A 7. ábra az AGC működési eredményeit mutatja a helyreállítási idő csökkentésének az SOC visszanyerési arány 0,4 [pu]-ra történő növekedése miatt, ahol az SOC helyreállítási periódus a BESS töltési kapacitásával arányosan csökken.
| Elérhető SOC termékcsalád | Cél SOC a helyreállításhoz | Helyreállítási arány | SOC helyreállítási idő |
| 50%~80% | 63% | 10% | 77 perc |
| 20% | 34 perc | ||
| 30% | 23 perc | ||
| 40% | 17 perc |
A 2. táblázat mutatja az SOC helyreállítási idejét a BESS töltési kapacitása miatt, de ez a módszer nem ajánlott, mivel SOC hibákat okozhat az akkumulátorkezelő rendszerben (BMS). Ha kiegyensúlyozatlanság áll fenn az ugyanattól az FRC-től kapott teljesítménykondicionáló rendszerek (PCS) között, az FRC az SOC alapján minden egyes PCS-hez hozzárendeli a teljesítményreferenciákat. Hasonlóképpen, az FRC FRCM fejlett vezérlője felosztja az FRC teljesítménycél referenciaértékét az SOC alapján. A 8. ábra az FRCM és az FRC trendjeit mutatja egy 7-órás működési időszak alatt. Összességében az FRCM és az FRC allokációs stratégiái jól teljesítenek az alacsony szintű vezérlők SOC-jának összehangolása terén. A 3. táblázat a különböző SOC-körülmények között végzett tesztelés kezdeti feltételeit mutatja be.
| Elérhető SOC termékcsalád | Cél SOC a helyreállításhoz | Az FRC #3 kezdeti SOC | Az FRC #6 kezdeti SOC | ||
| 50%-80% | 63% | #3-1 | 52% | #6-1 | 56% |
| #3-2 | 60% | #6-2 | 61% | ||
| #3-3 | 65% | #6-3 | 72% | ||
| #3-4 | 70% | #6-4 | 74% | ||
4. Elemezze az AGC működését a BESS segítségével
Hosszú távú szemszögből nézve léteznek AGC és SOC helyreállítási ciklusok. A 9. ábra a kísérleti eredményeket elemzi a 3. táblázat körülményei között. Az AGC cél és az FRC teljesítmény hibájából látható, hogy a normál működés aránya meglehetősen alacsony. A normál működés azt jelenti, hogy az AGC referencia és a BESS kimeneti teljesítmény közötti hiba 5%-on belül van, ez az egyik oka annak, hogy az AGC működésének megbízhatósága 30 perc után csökken. A legrosszabb forgatókönyv szerint a 30 perces AGC működés biztosítása érdekében, figyelembe véve a rendelkezésre álló SOC 50%-át, a BESS-nek 1C sebességű kapacitással kell rendelkeznie.
Korlátozott feltételek mellett van néhány fejlesztésre szoruló terület. Először is, az AGC célértéket a BESS feltételei szerint kell beállítani a 30 perces működés eléréséhez. A 4. táblázat az FRCM öt mérésének adatait mutatja, az átlagos kisülési idő 80%-a az átlagos frekvenciaszinthez képest. Az EMS magas kisülési célja a BESS SOC által 30 percen belüli elégtelen működési időt eredményezett. A 10. ábra a BESS válaszadatait mutatja a Honam Hőerőműben. Bár a BESS SOC értéke alacsony (50%), az AGC működési ideje elegendő a megadott időtartam fenntartásához. Csak egy kis változás van az SOC-ban, mert a töltési cél és a kisütési cél közötti arány hasonló. Ha a töltési cél és a kisütési cél közötti arány hasonló szinten van, az AGC működési ideje elég hosszú ahhoz, hogy biztosítsa az EMS által igényelt teljesítményt. Ezért az EMS-nek figyelembe kell vennie az FRC feltételeit, például a rendelkezésre álló SOC-t stb.
| Osztály | 1. teszt | 2. teszt | 3. teszt | 4. teszt | 5. teszt | Átlagos | |
| Frekvencia | >60 Hz | 69% | 61% | 62% | 62% | 66% | 64% |
| < 60 Hz | 31% | 39% | 38% | 38% | 34% | 36% | |
| AGC Target | Díj | 13% | 35% | 15% | 16% | 13% | 18% |
| Kisülés | 86% | 58% | 84% | 84% | 87% | 80% | |
| Készenlétben lévő | 1% | 7% | 1% | 0% | 0% | 2% | |
Egy másik módszer a szükséges AGC működési idő teljesítésére a rendelkezésre álló SOC tartomány növelése. De ezt teljes mértékben figyelembe kell venni, mivel az SOC tartomány az akkumulátor élettartamához kapcsolódik.
Harmadszor, ez egy kiegészítő funkció, amely független az AGC működési idejétől. Általában a töltési cél és a kisütési cél közötti arány eltérő. Ezért az AGC működéshez használt BESS SOC helyreállítási műveletet igényel. Az SOC helyreállítási működési idejének csökkentésére a névleges töltési teljesítmény növelésének módszere használható. Ha ez SOC hibákhoz vezet a BMS-ben, akkor megfontolandó a változó sebességű töltés.
5. Összegzés
Ez a cikk a BESS AGC technológiájának fejlesztése érdekében 8 MW FR-ESS használatával végzett AGC működési tesztelésének eredményeit ismerteti. Hosszú távú szemszögből nézve léteznek AGC és SOC helyreállítási ciklusok. Jelenleg a normál működés aránya meglehetősen alacsony az AGC-célpontok és az FRC-kimenet közötti hiba alapján.
A hagyományos erőművek AGC működéséhez képest a BESS előnyökkel jár, mert nincs késleltetése és pontosan tudja követni a teljesítményreferenciát, de nehéz hosszú ideig üzemeltetni, mivel az AGC működéshez folyamatos és véletlenszerű teljesítménycélok szükségesek.
A BESS AGC működési teljesítményének javítása érdekében javasolt, hogy az EMS töltési és kisütési célarányai hasonló szinten legyenek, és az EMS-nek figyelembe kell vennie az FRC feltételeit; Egy másik módszer a szükséges AGC működési idő teljesítésére a rendelkezésre álló SOC tartomány növelése; Végül az AGC működéshez használt BESS-nek le kell rövidítenie az SOC helyreállítási művelet idejét.