Файл: Применение автоматизированных систем накопления электрической энергии на базе литийионных аккумуляторных батарей в составе гибридных солнечных электростанций Содержание.docx

Рис. 7. Режим отсутствия стабилизации частоты. 1 – интервал включенной нагрузки; 2 – интервал выключенной нагрузки. На рис.8. при включенной нагрузке ток равен 100 А, при выключенной нагрузке ток нулевой. При включенной нагрузке 9 мощность – 25 kW (потребление), при выключенной нагрузке мощность 0 kW (потребления нет).
Как показано на рис. 7, после включения/выключения нагрузки наблюдается всплеск частоты, который компенсируется системой компенсации частоты ГТУ за время, соответствующее времени переходного процесса компенсатора ГТУ.



Рис. 8. Режим полной компенсации частоты. 1 – включение нагрузки; 2 – выключение нагрузки.
График частоты (рис. 8) показывает, что включение/выключение нагрузки не сопровождается скачком частоты.

На рис. 9 представлена ​​блок-схема регулирования напряжения в рабочей точке суперконденсатора.





Рис. 9. Структурная схема алгоритма обеспечения компенсации с использованием суперконденсатора
Функция сравнения применяет измеренное напряжение суперконденсатора к максимальному и минимальному допустимым уровням напряжения суперконденсатора (экспериментально 650 В и 450 В соответственно), генерируя сигнал, пропорциональный разнице между измеренным значением и средним значением A. Учитывайте предельные значения. Затем сигнал нормализуется, чтобы сформировать сигнал со значениями от нуля до единицы. Одиночное значение соответствует номинальному среднему значению напряжения на суперконденсаторе, нулевое - равному или больше предельного значения. Кроме того, сигнал подвергается нелинейному преобразованию для формирования специфических характеристик для заданного тока в области номинальных значений напряжения и областях, близких к граничным значениям на суперконденсаторе. По мере увеличения тока напряжение на суперконденсаторе увеличивается и устанавливается на верхней границе диапазона. Для жесткого ограничения используются гистерезисные компараторы напряжения (минимальный и максимальный диапазон гистерезиса 4 В), формирующие дискретные сигналы. Для того чтобы гарантировать гашение колебаний интегратора и динамического звена (эквивалентного системе второго порядка), содержащего конденсаторы, используется переменный коэффициент отрицательной обратной связи (ООС), по сути, переменная пропорциональная составляющая ПИ-регулятора отклоняется от стандарта на формируемое модельным методом значение блока. Чем больше отклонение, тем меньше пропорциональная часть регулятора. Поэтому, когда есть возмущение и значение напряжения близко к пределу, скачок тока подавляется в соответствии с

---

настройкой ошибки напряжения суперконденсатора, то есть чем больше ошибка напряжения, тем ниже пусковой ток. Структура коэффициента ФОС (пропорциональная часть определяется коэффициентом К1), напряжение на суперконденсаторе равно опорному напряжению 550В, режим работы при работе вблизи границы, монолитная структура (нулевая пропорциональная часть). В номинальном режиме колебания гасятся наибольшей пропорциональной составляющей. Ток удержания в средней точке не должен превышать 15-20% тока компенсации, определяемого коэффициентом нелинейной обратной связи.



Рисунок 10 – Переходные процессы при коммутации нагрузки и включённой компенсации : А) суперконденсатором, Б) – гибридный режим с суперконденсатором и литий-ионной батареей
На рис. 10А) показан переходный процесс в системе, состоящей только из суперконденсаторов с использованием схемы управления. В интервале времени 1 скачок нагрузки компенсируется при разрядке суперконденсатора в сеть, создавая плавный скачок перед нагрузкой. Когда напряжение суперконденсатора приближается к своему минимальному значению (общая рассеиваемая мощность), опорный ток падает до нуля и меняет знак на заряд. В момент времени 2 суперконденсатор заряжается, но током намного меньшим, чем ток разряда, что обеспечивает нормированный диапазон токов для поддержания «средней точки» суперконденсатора, соответствующей номинальному напряжению и энергии, необходимой для компенсации возмущения. В частности, при падении нагрузки суперконденсатор продолжает потреблять ток из сети, генерируя спадающий фронт с заданным временем затухания и одновременно заряжаясь, что отражается во временном интервале 5. В течение интервала 6 суперконденсатор постепенно разряжается в сеть, стабилизируя напряжение в средней точке за счет снижения потребляемого тока до нуля. 4. Уровень 7 равен нулю, а уровень 3 соответствует номинальному току нагрузки. В этом случае устройство можно использовать для динамической стабилизации параметров частоты и напряжения во избежание превышения коэффициента преобразования мощности и, таким образом, возможных перерегулирований (выбросов, дожигания) в системе управления генератором, приводящих к перерасходу топлива.

Рисунок 10B) показывает настройку режима наложения. Устройства УСС-100-СК и УСС-100-ЛИБ подключены параллельно к общей сети и нагрузке. на рис. Рисунок 10 B) показывает различные этапы гибридного привода. В момент времени 1 нагрузка отключена. Суперконденсатор продолжает потреблять ток из сети и заряжать ее. В интервале 5 завершается энергетическая компенсация импульса суперконденсатора, и аккумуляторный преобразователь начинает снижать ток до нуля, обеспечивая при этом плавное нарастание и спад тока аккумулятора. В интервале времени 2 суперконденсатор разряжается до номинального значения напряжения рабочей точки. В момент времени 3 включается нагрузка, и одновременно

---

суперконденсатор начинает разряжаться в сеть, задерживая загрузку выпрямителя.Где-то после временного интервала 6 регулятор батареи вырабатывает достаточный ток, чтобы компенсировать ток нагрузки. Установите временной интервал 4. В это время суперконденсатор Capacitor Charging.

Разработан алгоритм поддержания максимальной мощности, например, при использовании генераторов переменного напряжения, что может быть величиной солнечных батарей, ветряных турбин и других источников с экстремальными значениями мощности и кривыми мощности нулевого напряжения холостого хода и короткого замыкания. .

Все проведенные эксперименты подтвердили возможность достижения заявленных свойств за счет сетевых согласующих устройств.

Результаты теста GNE-100 можно резюмировать следующим образом:

1. Процедуры и методы испытаний при разработке опытного образца ГНЭ-100 позволили оценить технические характеристики изделия в целом и его отдельных подсистем (ЛИБ-100, БСК-100 и УСС-100) в условиях реальной эксплуатации. условия.

2. Использовать суперконденсаторы для периодического изменения нагрузки в диапазоне 0-100кВт, с периодами 1, 2, 5 и 10 секунд, чтобы обеспечить стабильную подачу активной и реактивной мощности в сеть. Таким образом, возмущающее воздействие нагрузки полностью компенсируется.

3. Использовать аккумуляторные батареи для обеспечения стабильной подачи активной и реактивной мощности в сеть при условии периодического изменения нагрузки в диапазоне 0-100кВт в течение более 10 секунд. Таким образом, возмущающий эффект указанной спектральной нагрузки полностью компенсируется.

4. Нагрузка изменяется периодически в диапазоне 0-100кВт, с периодами 1, 2, 5, 10 и 100 секунд Гибридные приводы используются для обеспечения стабильной подачи активной и реактивной мощности из сети, и при этом В то же время спектр, на который воздействуют сильные помехи (период 1–10 с), компенсируется суперконденсаторами, а воздействие слабой спектральной нагрузки (период 1–10 с, более 10 с) компенсируется батареями.

5. Проверить способ бесперебойного электроснабжения. При отключении питания сеть GNE-100 может стабильно обеспечивать питанием потребителей и поддерживать заданный уровень напряжения локальной нагрузки.

6. Алгоритм работы ГНЭ-100 обеспечивает рекуперативный режим работы - компенсацию помех, вызванных зарядкой суперконденсаторной батареи при перепадах нагрузки.

---

7. ГНЭ-100 работает параллельно с батареями и суперконденсаторами для обеспечения кратковременного механизма удвоения максимальной мощности. На основе этих испытаний было оценено влияние GSE на работу энергосистемы и работу микросети GSE, а также следующие приложения:

– Покрытие кривых пиковой нагрузки КВЭ вблизи или непосредственно на КВЭ для подстанций с установленной мощностью 1,0 МВт, 5 МВт, 20 МВт и временем работы от 15 минут до 5 часов в сутки;

– Размещение ГПЭ в подстанциях сетевой инфраструктуры для повышения качества электроэнергии и надежности системы за счет регулирования реактивной мощности, что позволяет воздействовать на такие факторы, как: низкое напряжение, низкий коэффициент мощности, недостаточный запас устойчивости при возникновении кратковременных возмущений в сети. система питания.

Установленная мощность ГКЛ «Новая энергия» должна составлять от 5 МВт до 20 МВт, а время работы в сутки не должно превышать 2 часов.

– Регулирование частоты энергосистемы (замещение постоянного резерва), ведение графиков диспетчеризации нагрузки ГНЭ с установленной мощностью от 10 до 20 МВт, время работы 1 минута (регулировка частоты), не более 1 часа (плановое ТО) и максимум 2 часа (замена резервного цикла обслуживания);

– В качестве резервного источника питания для ключевых пользователей, обеспечивающего мобильное резервное питание во время плановых и внеплановых отключений электроэнергии, а также поддерживая установленную мощность 1 МВт TBE и от 3 до 12 часов работы часов отключения. В течение одного дня;

– Интеграция с распределенной генерацией, включая ВИЭ (ветровые и солнечные), балансировка колебаний генерации, улучшение ветряных и солнечных электростанций и распределительных сетей, установленная мощность ГНЭ (соответствует мощности оборудования ВИЭ) 100 кВт, 500 кВт, 1 мегабайт, 5 мегаватт, рабочий день 2-6 часов в день;

– Ответственность перед потребителями за снижение затрат на техническое обслуживание и увеличение установленной мощности (соответственно потреблению) 500 кВт, 1,5 МВт, 5 МВт, 20 МВт Конкорд Новая Энергия и качество электроснабжения в период эксплуатации (1...12 в сутки) часов.

Заключение

Мировой рынок систем хранения энергии стремительно развивается: развиваются технологии, накапливается практический опыт применения. Система позволяет по-новому решить многие задачи управления нормальным и аварийным режимами энергосистемы. Наиболее активно разрабатываемым электрохимическим накопителем энергии является литий-ионный аккумулятор, цена которого за последнее десятилетие снизилась вдвое, что сильно повлияло на его инвестиционную привлекательность.

---

Анализ опыта применения систем накопления энергии в мировой энергетике показывает, что Россия сильно отстает от многих стран, внедривших технологии накопления энергии. В современных реалиях в изолированных энергосистемах с распределенной генерацией, микроэнергетическими системами, интеллектуальными и микросетями (включая возобновляемые источники энергии) максимальный технико-экономический эффект может быть получен при использовании систем накопления энергии на российском технологическом уровне, автономных энергосистем. установки в нефтегазовом секторе экономики, потребители которых имеют в основном случайные и резко меняющиеся нагрузки, мощность которых соизмерима с мощностью электростанции. Большая часть электроэнергии, вырабатываемой этими электростанциями, производится дизельными двигателями, поршневыми газовыми турбинами и газотурбинными агрегатами. В этих случаях в настоящее время вполне осуществимы приводы с очень низкими энерго- и энергозатратами, что позволяет накопить опыт их эксплуатации и разработать для них алгоритмы и законы управления. По мере развития технологий и неизбежного снижения стоимости систем хранения они будут активно востребованы в «большой» энергетике.

Список литературы

1. 
   Бушуев В.В., Лизалек Н.Н., Новиков Н.Л. Динамические свой ства энергообъединений. М.: Энергоатомиздат, 1995. 319 с.
   
2. 
   ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ. 2014, H., et
   
3. 
   Гибридный накопитель электроэнергии для ЕНЭС на базе аккумуляторов и суперконденсаторов / Бердников Р.Н., Фортов В.Е., Сон Э.Е., Деньщиков К.К., Жук А.З., Новиков Н.Л., Шакарян Ю.Г. // Энергия Единой сети. 2013, № 2. С. 40–51.
   
4. 
   Кувшинов В.В., Морозова Н.В., Кузнецов П.Н. Установки для солнечной энергетики. М.: Спутник +, 2017, 177 с.
   
5. 
   Куликов Ю.А. Накопители электроэнергии – эффективный инструмент управления режимами электроэнергетических систем / Электроэнергетика глазами молодежи – 2018: материалы 9 междунар. молодеж. науч.-техн. конф., Казань, 1–5 окт. 2018 г. в 3 т. – Казань: Казан. гос. энергет. ун-т, 2018. Т. 1. С. 38–43.
   
6. 
   Накопительная сила энергии. Тематическое приложение к газете «Коммерсантъ». Среда, 18 сентября 2019 г., № 169.
   
7. 
   Применение систем накопления энергии в России: возможности и барьеры. Экспертно-аналитический отчет / Инфраструктурный центр EnergyNet, Москва, 2019. 158 с.
   
8. 
   Экспериментальные исследования и испытания совместной работы системы накопления энергии и ДГУ в составе автономной энергосистемы / Зырянов В.М., Кучак С.В., Бачурин П.А., Харитонов С.А., Метальников Д.Г., Гармаш Т.Г., Ворошилов А.Н., Фролов Д.А. // Промышленная энергетика. 2018, № 10. С. 2–10.
   

---