1. Въведение
С развитието на технологията за съхранение на енергия, прилагането на системи за съхранение на енергия (ESS) се счита за основна технология на електроенергийната система, особено системата за съхранение на енергия от батерии (BESS), използваща големи батерии, която в момента е в етап на демонстрация . Традиционно отклонението на честотата се коригира чрез разполагане на топлоелектрически централи за поддържане на честотата на електроенергийната система в рамките на приемлив диапазон, а регулирането на честотата се постига чрез управление без регулиране (GF) и автоматично управление на генерирането (AGC). Тези методи обаче са неефективни и изискват електроцентралите да работят под номиналния капацитет, за да поддържат режим на готовност.
Тази статия представя резултатите от разработката и пробната експлоатация на BESS при работа на AGC. В сравнение с традиционните електроцентрали, BESS се представя по-добре при бърза реакция, но има проблеми с продължителността на работа на AGC. Ето защо, тази статия представя експерименталните резултати от работата на AGC при различни условия и анализира резултатите въз основа на справката за AGC на KPX.
Останалата част от статията е организирана по следния начин: Раздел 2 обяснява системната конфигурация на контролера BESS, използван в момента за FR услуги; Раздел 3 обяснява резултатите от работата на AGC; В раздел 4 бяха оценени резултатите от теста и предложени някои точки за подобрение за целево генериране на AGC; Накрая, раздел 5 представя заключението.
2. Системна конфигурация на BESS
Съоръженията FR-ESS са свързани към 22,9kV шина на всяка подстанция чрез понижаващи трансформатори, както е показано на фигура 1. 22,9kV шина е свързана към 440V PCS чрез понижаващ трансформатор и PCS също е свързан към акумулаторната система (система за управление на батерията и литиево-йонна батерия) чрез електрически и комуникационни линии.
Фигура 2 показва блокова схема на инсталирания 52MW BESS контролер, използван за услуги за регулиране на честотата. PCS също комуникира с контролера за регулиране на честотата (FRC), който определя изхода на акумулаторната система, необходим за поддържане на желаната честота от 60 Hz. FRC може да бъде настроен на „ръчен режим“ или „автоматичен режим“ чрез интерфейса човек-машина (HMI), който също показва ключова информация като честота на системата, индивидуално състояние на зареждане на батерията (SOC) и температура.
Фигура 3 показва блокова диаграма на оперативния тест на AGC, свързан към EMS на KPX. Когато AGC еталонът достигне FRCM, FRCM разделя референтната мощност на базата на SOC на всеки FRC, така че FRCM трябва да знае SOC информацията на всеки FRC.
3. Автоматичен контрол на производството на електроенергия
Работа на AGC в традиционни електроцентрали:Турбините в традиционните електроцентрали не само работят въз основа на AGC еталон, но работят и въз основа на еталон за скорост. Поради фактори като инерция на турбината, триене и дроселни клапи, системата неизбежно изпитва забавяния. Фигура 4 показва управлението на честотата на традиционна електроцентрала при AGC справка. От времева точка A, когато честотата се променя, до времева точка B, когато изходът на електроцентралата се контролира да се промени, има изходна грешка от около 5 MW и изходът се забавя с повече от 100 секунди от референтната AGC. Трудно е да се разбере точно времето на забавяне на FR операция единствено чрез изходната форма на вълната, тъй като има твърде много контролни променливи. Въпреки това може да се потвърди, че традиционните електроцентрали следват референтната AGC с време на забавяне.
Ефективността на управлението на AGC на BESS:За да се сравни с ефективността на управлението на традиционните електроцентрали, са демонстрирани времевият отговор и стъпковият функционален отговор на BESS. Фигура 5 показва резултатите от стъпковия отговор на референтния вариант на FRCM. Отнема приблизително 130 ms за изходна мощност от целевото генериране на FRCM към BESS, включително забавяне на комуникацията и време на нарастване. BESS може да осигури захранване към мрежата в рамките на 30 секунди, което е достатъчно, за да отговори на бързите изисквания за работа на AGC.
AGC операцията на BESS:Фигура 6 показва резултатите от 7--часова AGC операция на BESS, с многократно проследяване на AGC и операции за възстановяване на състоянието на заряд (SOC). По време на работа на AGC общата изходна мощност на всеки FRC е същата като референтната AGC. Ако SOC на FRC падне под 50%, FRC ще извърши операция за възстановяване на SOC, следователно има 3 цикъла, включително 3 работни цикъла на AGC и 3 цикъла на възстановяване на SOC. При операция за възстановяване на SOC FRC зарежда батерията си със скорост от 0,1 [pu], докато достигне 63% SOC, както е посочено в таблица 1.
| Наличен SOC диапазон | Целеви SOC за възстановяване | Скорост на възстановяване | Време за тестване |
| 50%-80% | 63% | 10% | 7 часа |
В цикъл 1, BESS не успя да изпълни изискването за работа на AGC за 30 минути, само 23 минути, но в цикъл 2 и цикъл 3, той изпълни изходната продължителност на операцията на AGC. Междувременно периодът на възстановяване на SOC за всеки цикъл остава постоянен на 73 минути. Фигура 7 показва резултатите от операцията на AGC за намаляване на времето за възстановяване поради увеличаване на степента на възстановяване на SOC до 0,4 [pu], където периодът на възстановяване на SOC намалява пропорционално на степента на капацитет за зареждане на BESS.
| Наличен SOC диапазон | Целеви SOC за възстановяване | Скорост на възстановяване | Време за възстановяване на SOC |
| 50%~80% | 63% | 10% | 77 мин |
| 20% | 34 мин | ||
| 30% | 23 мин | ||
| 40% | 17 мин |
Таблица 2 показва времето за възстановяване на SOC поради скоростта на зареждане на BESS, но този метод не се препоръчва, тъй като може да причини SOC грешки в системата за управление на батерията (BMS). Ако има дисбаланс между системите за кондициониране на мощността (PCS), получени от един и същ FRC, FRC ще разпредели препратки към всяка PCS въз основа на SOC. По подобен начин усъвършенстваният контролер FRCM на FRC разделя еталонната мощност на FRC въз основа на SOC. Фигура 8 показва тенденциите на FRCM и FRC по време на 7--часов период на работа. Като цяло, стратегиите за разпределение на FRCM и FRC се представят добре в посока на привеждане в съответствие на SOC на контролери от ниско ниво. Таблица 3 показва началните условия за изпитване при различни условия на SOC.
| Наличен SOC диапазон | Целеви SOC за възстановяване | Първоначален SOC на FRC #3 | Първоначален SOC на FRC #6 | ||
| 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. Анализирайте работата на AGC с помощта на BESS
От дългосрочна гледна точка има AGC оперативни цикли и SOC оперативни цикли за възстановяване. Фигура 9 анализира експерименталните резултати при условията в таблица 3. От грешката на целта на AGC и изходната мощност на FRC може да се види, че процентът на нормална работа е доста нисък. Нормалната работа означава, че грешката между еталонната AGC и изходната мощност на BESS е в рамките на 5%, което е една от причините, поради която надеждността на работата на AGC намалява след 30 минути. В най-лошия случай, за да се осигурят 30 минути работа на AGC, като се има предвид 50% наличен SOC, BESS трябва да има капацитет от 1C скорост.
При ограничени условия има някои области за подобрение. Първо, целта на AGC трябва да бъде зададена според условията на BESS, за да се постигне 30-минутна работа. Таблица 4 показва данните от пет измервания на FRCM, със средна скорост на разреждане от 80% в сравнение със средното честотно ниво. Целевият висок разряд на EMS доведе до недостатъчно време за работа, осигурено от SOC на BESS в рамките на 30 минути. Фигура 10 показва данните за реакцията на BESS в топлоелектрическата централа Honam. Въпреки че SOC на BESS е нисък (50%), времето за работа на AGC е достатъчно за поддържане на определената продължителност. Има само малка промяна в SOC, тъй като съотношението между целта за зареждане и целта за разреждане е подобно. Ако съотношението между целта за зареждане и целта за разреждане е на подобно ниво, времето за работа на AGC е достатъчно дълго, за да осигури изходната мощност, изисквана от EMS. Следователно EMS трябва да вземе предвид условията на FRC, като наличен SOC и т.н.
| дивизия | Тест #1 | Тест #2 | Тест #3 | Тест #4 | Тест #5 | Средно | |
| Честота | >60 Hz | 69% | 61% | 62% | 62% | 66% | 64% |
| < 60 Hz | 31% | 39% | 38% | 38% | 34% | 36% | |
| AGC Цел | Зареждане | 13% | 35% | 15% | 16% | 13% | 18% |
| Освобождаване от отговорност | 86% | 58% | 84% | 84% | 87% | 80% | |
| В режим на готовност | 1% | 7% | 1% | 0% | 0% | 2% | |
Друг метод за постигане на необходимото време за работа на AGC е увеличаване на наличния диапазон на SOC. Но трябва да се вземе предвид напълно, тъй като обхватът на SOC е свързан с жизнения цикъл на батерията.
Трето, това е допълнителна функция, която не зависи от времето на работа на AGC. Обикновено съотношението между целта за зареждане и целта за разреждане е различно. Следователно BESS, използван за операция на AGC, изисква операция за възстановяване на SOC. За да се намали времето за възстановяване на SOC, може да се използва методът за увеличаване на номиналната мощност на зареждане. Ако това доведе до SOC грешки в BMS, може да се обмисли операция за зареждане с променлива скорост.
5. Обобщение
Тази статия описва резултатите от тестването на работата на AGC с помощта на 8MW FR-ESS за усъвършенстване на AGC технологията на BESS. От дългосрочна гледна точка има AGC оперативни цикли и SOC оперативни цикли за възстановяване. Понастоящем процентът на нормална работа е доста нисък въз основа на грешката между целите на AGC и изходната мощност на FRC.
В сравнение с работата на AGC на традиционните електроцентрали, BESS има предимства, тъй като няма забавяне и може точно да проследи референтната мощност, но е трудно да се работи дълго време, тъй като работата на AGC изисква непрекъснати и произволни цели за мощност.
За да се подобри работата на AGC на BESS, се препоръчва целевите съотношения на зареждане и разреждане на EMS да бъдат на подобно ниво и EMS трябва да вземе предвид условията на FRC; Друг метод за постигане на необходимото време за работа на AGC е увеличаване на наличния диапазон на SOC; И накрая, BESS, използван за операция на AGC, трябва да съкрати времето за възстановяване на SOC.