کمک به اتصال شبکه انرژی جدید

 

تولید انرژی جدید، که توسط نیروی باد و خورشید ارائه می شود، نوسانات و عدم قطعیت های توان خروجی قابل توجهی را نشان می دهد. هر دو خروجی برق بادی و خورشیدی مستقیماً تحت تأثیر شرایط آب و هوایی محلی قرار می گیرند و مستعد افزایش یا افت توان هستند و فرکانس اتصال به شبکه سیستم قدرت را با چالش هایی مواجه می کند.

به دلیل نوسانات توان و ویژگی‌های امپدانس نسبتاً پیچیده شبکه، در شرایط عادی-اتصال متمرکز شبکه در مقیاس بزرگ یا خروجی برق تصادفی، نوسانات برق احتمالاً رخ می‌دهد که منجر به مشکلات پایداری سیستم قدرت می‌شود. این امر بر بار و عملکرد سیستم‌های تولید انرژی جدید برنامه‌ریزی‌شده در یک منطقه وسیع تأثیر می‌گذارد، و نیاز به ظرفیت ذخیره کافی در سیستم برای جلوگیری از تأثیرگذاری بر توانایی یکپارچه‌سازی منابع جدید انرژی، که برای دستیابی به برنامه‌ریزی و کارایی اقتصادی بسیار مهم است، دارد.

ادغام ذخیره‌سازی انرژی و منابع انرژی جدید عمدتاً بر سه جنبه متمرکز است: اول، با آزاد کردن بارهای سطح شبکه در بازه‌های زمانی کوتاه، تنظیم سطح توان 10{{2} دقیقه-شبکه برق را امکان‌پذیر می‌کند، نوسانات کوتاه‌مدت- را کاهش می‌دهد و ظرفیت انرژی جدید را به طور کامل به منبع انرژی جدید متصل می‌کند. دوم، با توسعه برنامه‌های سطح{6} دقیقه‌ای که شامل پیش‌بینی‌های تولید انرژی جدید می‌شود، و بر اساس پیش‌بینی‌های تولید برق کوتاه‌مدت-روز-آینده، به طور مؤثر منابع انرژی جدید را در پیش‌بینی‌های فوق‌العاده-کوتاه‌مدت- گنجانده است. این امر عملکرد منطقی و زمان‌بندی واحدهای تولیدی مختلف را در شبکه بهبود می‌بخشد، تقاضا برای منابع تنظیم فرکانس سریع را کاهش می‌دهد، دقت و پایداری پیش‌بینی‌های شبکه را افزایش می‌دهد، و نوسانات لحظه‌ای{12}}سطح در زمان واقعی منابع انرژی جدید را هموار می‌کند و تأثیر بر عملکرد عادی ژنراتورهای معمولی را به حداقل می‌رساند.

تراشیدن قله و پر کردن دره

در مقایسه با تولید برق معمولی، تولید انرژی های تجدیدپذیر میزان استفاده نسبتاً پایینی از تجهیزات یا واحدهای خود دارد. با در نظر گرفتن منطقه "سه شمال" کشور من به عنوان مثال، طبق آمار منابع بادی، احتمال اینکه کل خروجی یک مزرعه بادی بیش از 60٪ از کل ظرفیت نصب شده آن باشد، معمولا کمتر از 5٪ است. برای بهبود بهره برداری از خط، برنامه ریزی ظرفیت خط معمولاً با هدف رفع 95 درصد نیازهای انتقال نیروی بادی یا 60 درصد از کل ظرفیت نصب شده مزارع بادی انجام می شود. این وضعیت برای فتوولتائیک ها حتی شدیدتر است. بنابراین، درصد معینی از انرژی باد به دلیل ظرفیت انتقال ناکافی، و انرژی خورشیدی به دلیل عدم تطابق بار (ویژگی‌های ضد پیک-) محدود می‌شود.

تولید انرژی تجدیدپذیر، با نوسانات نسبتاً طولانی‌مدت- به صورت ساعتی در طول روز، و رسیدن اوج تقاضای برق در عصر (معمولاً 7 تا 10 بعد از ظهر)، ظرفیت مورد نیاز سیستم را به سمت بالا و پایین افزایش می‌دهد. از سوی دیگر، نیروی باد اغلب در حوالی نیمه شب، زمانی که بار در پایین ترین نقطه خود در روز است، به خروجی کامل می رسد. بنابراین، برای از بین بردن عدم قطعیت در پیش‌بینی تولید انرژی تجدیدپذیر، هم شبکه برق و هم واحدهای تولید متعارف باید خطرات قابل توجهی را در ارتباط با تراشیدن پیک عمیق متحمل شوند.

تراشیدن قله و پر کردن دره از ویژگی‌های جابجایی زمان{0}}ذخیره انرژی برای به حداکثر رساندن ظرفیت انتقال خط، کاهش نیاز به مطابقت با روند بار و کاهش تقاضا برای افزایش و کاهش ظرفیت واحدهای تولید معمولی استفاده می‌کند.

با جمع منحنی بار روزانه داده شده P_l با منحنی خروجی تولید انرژی تجدیدپذیر P_{NE}، می توانیم منحنی بار معادل نهایی سیستم ∑P_i، یعنی ∑P_i=P_l - P_{NE} را بدست آوریم. با این حال، با توجه به محدوده تنظیم خروجی نیروگاه‌های معمولی و نیروگاه‌های پیک{11} و حداکثر توان P_L که خط اتصال منطقه‌ای می‌تواند به شبکه خارجی منتقل یا به دست آورد، حداکثر توان مؤثر P_{max} واحدهای متصل به شبکه عبارت است از:

P_{max}=μ(P_f P_b P_L) (3-3)

کجا:

تنها جایی که بیرون از خانه پیدا خواهید کرد

 

 

• P_f-حداکثر توان خروجی پیک-واحدهای اصلاح؛
• P_b-حداقل خروجی واحدهایی که نمی‌توانند در پیک اصلاح شرکت کنند.
• μ-انتقال شبکه و راندمان عملیاتی.

در فرمول، C نشان‌دهنده ضریب تنظیم توان خروجی اوج-واحد اصلاح است. روابط قدرت در شکل نشان داده شده است.

حداقل توان موثر P_{min} واحدهای متصل به شبکه-:

در طول کمترین دوره بار t1–t2، ظرفیت تنظیم نزولی که توسط واحدهای ریش تراش پیک معمولی ذخیره می‌شود، حداکثر توان انرژی تجدیدپذیر P'_{NE} است که شبکه می‌تواند در این دوره بپذیرد، به عنوان مثال، P'{NE}=P{max} - P_{حداقل انرژی ذخیره‌سازی (3-5 دقیقه) تولید انرژی تجدیدپذیر در طول t1-t2 تنها از طریق کاهش باد/خورشید قابل دستیابی است.

مشاهده می شود که بدون ذخیره انرژی، تولید انرژی تجدیدپذیر در طول t1-t2 فقط می تواند محدود شود. با این حال، با ذخیره انرژی، شارژ در طول t1-t2 و تخلیه در طول t3-t4، منحنی بار معادل موثر ∑P_i را در محدوده P_{min} و P_{max} تغییر می‌دهد، از محدودیت‌های تولید انرژی تجدیدپذیر و کاهش انرژی باد/خورشید، بهبود ظرفیت جذب انرژی ذخیره‌سازی مجدد، بهبود ظرفیت جذب انرژی ذخیره‌سازی مجدد، جلوگیری می‌کند. و بهبود کارایی کلی سیستم. توان P_{BESS} یک BESS (سیستم ذخیره انرژی باتری) است:
P_{BESS}=حداکثر ( P_{min} - ∑P_{min}, ∑P_{max} - ∑P_{max} ) (3-6)
انرژی E_{BESS} یک BESS است:

E_{BESS}=max{ μ_c ∫{t1}^{t2} (P{min} - ∑P_i) dt , 1/μ_d ∫{t₃}^{t₄} (∑P_i - d{max)

کجا:

 

• μ_c - راندمان شارژ سیستم ذخیره انرژی؛
• μ_d -- راندمان تخلیه سیستم ذخیره انرژی.

تحقیقات بیشتر در معنای وسیع‌تر نشان می‌دهد که برای قله‌ها و دره‌های بار که اغلب طولانی‌تر هستند، پیکربندی یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی با ظرفیت معین می‌تواند به طور موثری اختلاف اوج-دره را کاهش دهد، همانطور که در شکل نشان داده شده است.

سطح بهبود اوج بار-تفاوت دره عبارت است از:

• جایی که پ_آیمکسحداکثر بار مورد انتظار است.
• P_آیمکسحداقل بار مورد انتظار است.

روش پیکربندی سیستم ذخیره انرژی مشابه روش قبلی است و دیگر تکرار نخواهد شد.

بهبود دقت پیش بینی

با توجه به NBT32011-۲۰۱۳ «الزامات فنی برای سیستم پیش‌بینی توان نیروگاه فتوولتائیک»، ریشه میانگین مربعات خطای پیش‌بینی کوتاه‌مدت در طول دوره تولید برق یک نیروگاه فتوولتائیک (به استثنای دوره‌های با خروجی محدود) باید کمتر از ۰٫۱۸ درصد باشد، و نرخ گذرا ماهانه ۰% بیشتر باشد. ریشه میانگین مربعات خطای ساعت چهارم اولتر-پیش‌بینی کوتاه‌مدت باید کمتر از 0.1 باشد و نرخ عبور ماهانه باید بیشتر از 85٪ باشد.

با توجه به "اقدامات موقت برای اداره پیش بینی نیرو مزرعه بادی و هشدار سریع"، حداکثر خطای منحنی پیش بینی روزانه مزرعه بادی نباید از 25٪ تجاوز کند،-خطای واقعی پیش بینی زمانی نباید از 15٪ تجاوز کند و ریشه میانگین مربع خطای پیش بینی برای کل روز کمتر از 20٪ باشد.

 

هم پیش‌بینی‌های کوتاه‌مدت-و هم پیش‌بینی‌های فوق‌العاده{1}}کوتاه‌مدت{2}} داده‌های پیش‌بینی را در فواصل 15 دقیقه‌ای ارائه می‌کنند. بنابراین، خروجی منابع انرژی جدید را می توان در فواصل 15 دقیقه ای با 96 بخش کنترل در طول روز تقسیم بندی و کنترل کرد. پهنای باند خطای کنترل مجاز ΔP بر اساس حداکثر خطای مجاز در مشخصات فنی پیش بینی مربوطه تعیین می شود. همانطور که در شکل 3-8 نشان داده شده است، P(1) و Pe(2) به ترتیب مقادیر توان پیش بینی شده برای بازه های 15 دقیقه ای اول و دوم هستند، در حالی که AP پهنای باند خطای مجاز است که روی 15 درصد ظرفیت نصب شده تولید انرژی جدید تنظیم شده است.

هموارسازی کوتاه مدت-تغییر تولید انرژی جدید

نرخ زمان کوتاه-تغییر تولید انرژی جدید نیز باید الزامات پایداری سیستم قدرت را برآورده کند. محدودیت های فعلی شبکه برق برای تغییرات توان فعال شبکه انرژی جدید{2}}تولید برق متصل در جدول زیر نشان داده شده است.

در برنامه‌های هموارسازی انرژی‌های تجدیدپذیر، BESS (سیستم عناصر مجهز به برق) برای ذخیره و آزادسازی تولید انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌شود و نوسانات سطح{0} دقیقه قدرت در شبکه انرژی تجدیدپذیر-سیستم متصل را سرکوب می‌کند. این تضمین می‌کند که نوسان P خروجی ترکیبی PBEss ذخیره‌سازی انرژی (سیستم عنصر قدرت) و انرژی تجدیدپذیر Pv (Power V) الزامات فنی فوق‌الذکر را برآورده می‌کند، با فاصله زمانی کنترل عمدتاً روی 1 دقیقه تنظیم شده است. با این حال، برخلاف الگوریتم‌هایی که دقت پیش‌بینی را بهبود می‌بخشند، این رویکرد در درجه اول بر نوسانات توان خروجی انرژی تجدیدپذیر متمرکز است. بنابراین، در انتخاب توان نامی خاص BESS، منبع نمونه داده برای تجزیه و تحلیل آماری و تجزیه و تحلیل احتمال، تغییرات قدرت فعال دقیقه‌ای-سطح و ۱۰- دقیقه‌ای خروجی انرژی تجدیدپذیر خواهد بود.

طراحی توان و ظرفیت BESS هنوز هم می تواند بر اساس آمار احتمال تغییرات توان گذشته و تغییرات تجمعی در مصرف برق باشد و هدف آن برآورده کردن الزامات هموارسازی در 80 تا 90 درصد موارد است. اینجا دیگر تکرار نخواهد شد. برای اطمینان از اینکه محدوده نوسان برق مطابق با الزامات فوق است، از دو الگوریتم اصلی کنترل توان BESS استفاده می شود:

• یکی روش محدود کردن نقطه-به-نقطه است.
• روش دیگر فیلتر پایین{0}}روش است.

روش محدودیت نقطه-به-نقطه

 

با در نظر گرفتن شکل به عنوان مثال، شکل یک مقایسه بزرگ بین خروجی انرژی جدید P را نشان می دهد_نه(j) در زمان j و خروجی ترکیبی P(J-n) در 10 دقیقه گذشته. مشاهده می شود که در زمان (j-3) یعنی تغییر بین P(j-3) و P_نه(j) بزرگترین است و از حداکثر 10 دقیقه تجاوز می کند. مقایسه نشان می دهد که △P₁₀.

بنابراین، برای رسیدن به حد نوسان برق 10 دقیقه، محدوده خروجی BESS (مثبت برای شارژ، منفی برای دشارژ) است:

روش فیلتر پایین{0}}

 

بر اساس اصل فیلتر کردن در پردازش سیگنال، همانطور که در شکل نشان داده شده است، فیلتر پایین{0} با افزودن یا کم کردن دامنه سیگنال ورودی، سیگنال خروجی را روان‌تر می‌کند. به طور مشابه، دسترسی BESS همچنین باعث هموارسازی نوسانات توان خروجی نیروگاه انرژی جدید از طریق کنترل شارژ و دشارژ آن خواهد شد تا الزامات فنی مربوطه برآورده شود.

مقدار مورد انتظار کل شبکه{{0}توان وصل شده ∑P\\sum P∑P توسط:

داده ها را گسسته کنید، جایی که t دوره کنترل است، و 1 دقیقه وقت می گیریم:

∑P(j)=(τ / (τ + t)) * ∑P(j-1) + (t / (τ + t)) * P_ne(j)

با توجه به ∑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))

با توجه به الزامات فنی نوسانات برق متصل به شبکه-، محدوده نوسانات سطح دقیقه- ∑P(j) باید برآورده شود:

|∑P(j) - ∑P(j-1)| کمتر یا مساوی min (ΔP_i، 0.1 P_0)

جایگزینی فرمول محاسبه برای P_ببخشید(j) بدست می آوریم: