Wspomaganie podłączenia nowej sieci energetycznej

 

Nowa generacja energii, reprezentowana przez energię wiatrową i słoneczną, charakteryzuje się znacznymi wahaniami mocy wyjściowej i niepewnością. Zarówno na moc wyjściową energii wiatrowej, jak i słonecznej mają bezpośredni wpływ lokalne warunki pogodowe, które są podatne na skoki lub spadki mocy wyjściowej, co stwarza wyzwania dla częstotliwości podłączania systemu elektroenergetycznego do sieci.

Ze względu na wahania mocy i stosunkowo złożoną charakterystykę impedancji sieci, w normalnych-normalnych warunkach scentralizowanego podłączenia do sieci na dużą skalę lub losowej mocy wyjściowej prawdopodobnie wystąpią oscylacje mocy, prowadzące do problemów ze stabilnością systemu elektroenergetycznego. Ma to wpływ na obciążenie i wydajność planowanych nowych systemów wytwarzania energii na dużym obszarze, powodując konieczność posiadania wystarczających rezerw mocy w systemie, aby uniknąć wpływu na zdolność do integracji nowych źródeł energii, co jest kluczowe dla osiągnięcia zarówno planowania, jak i efektywności ekonomicznej.

Integracja magazynowania energii i nowych źródeł energii koncentruje się głównie na trzech aspektach: po pierwsze, zwalniając obciążenia na poziomie sieci-w krótkich okresach czasu, umożliwia regulację mocy sieci energetycznej na poziomie 10-minut-, łagodzenie-krótkoterminowych wahań i pełne wykorzystanie zdolności istniejącej sieci do łączenia się z nowymi źródłami energii. Po drugie, opracowując-minutowe plany, które obejmują nowe prognozy produkcji energii i bazując na krótko-krótkoterminowych-prognozach wytwarzania energii z wyprzedzeniem, skutecznie uwzględnia nowe źródła energii w ultra-krótko-prognozach mocy. Poprawia to racjonalną pracę i harmonogramowanie różnych jednostek wytwórczych w sieci, zmniejsza zapotrzebowanie na zasoby szybkiej regulacji częstotliwości, zwiększa dokładność i stabilność prognoz sieci oraz wyrównuje minimalne- wahania w czasie rzeczywistym nowych źródeł energii, minimalizując wpływ na normalną pracę konwencjonalnych jednostek wytwórczych.

Golenie szczytów i wypełnianie dolin

W porównaniu z konwencjonalnym wytwarzaniem energii, wytwarzanie energii odnawialnej charakteryzuje się stosunkowo niskim stopniem wykorzystania swoich urządzeń lub jednostek. Biorąc za przykład region „Trzech Północy” w moim kraju, według statystyk dotyczących zasobów energii wiatrowej prawdopodobieństwo, że całkowita moc farmy wiatrowej przekroczy 60% jej całkowitej mocy zainstalowanej, jest na ogół mniejsze niż 5%. Aby poprawić wykorzystanie linii, planowanie przepustowości linii zwykle ma na celu zaspokojenie 95% potrzeb w zakresie przesyłu energii wiatrowej lub 60% całkowitej mocy zainstalowanej farm wiatrowych. Jeszcze trudniejsza jest sytuacja w przypadku fotowoltaiki. Dlatego też pewien procent energii wiatrowej zostanie ograniczony z powodu niewystarczającej zdolności przesyłowej, a energia słoneczna zostanie ograniczona z powodu niedopasowania obciążenia (charakterystyka zapobiegająca-szczytowi- golenia).

Wytwarzanie energii odnawialnej, z jej stosunkowo długoterminowymi-wahaniami godzinowymi w ciągu dnia oraz pojawieniem się szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną wieczorem (zwykle w godzinach 19:00–22:00), zwiększy lub zmniejszy wymagania dotyczące wydajności systemu. Z drugiej strony energia wiatrowa często osiąga pełną moc około północy, kiedy obciążenie jest najniższe w ciągu dnia. Dlatego też, aby wyeliminować niepewność w prognozowaniu generacji energii odnawialnej, zarówno sieć elektroenergetyczna, jak i konwencjonalne jednostki wytwórcze muszą ponosić istotne ryzyko związane z głębokim goleniem szczytowym.

Wycinanie szczytów i wypełnianie dolin wykorzystuje-przesunięcie w czasie charakterystyki magazynowania energii w celu maksymalizacji zdolności przesyłowej linii, ograniczenia konieczności dopasowywania trendów obciążenia oraz zmniejszenia zapotrzebowania na zwiększoną i zmniejszoną moc konwencjonalnych jednostek wytwórczych.

Sumując daną dzienną krzywą obciążenia P_l z krzywą wydajności wytwarzania energii odnawialnej P_{NE}, możemy otrzymać końcową krzywą obciążenia zastępczego systemu ∑P_i, tj. ∑P_i=P_l - P_{NE}. Jednakże biorąc pod uwagę zakres regulacji mocy elektrowni konwencjonalnych i elektrowni-oszczędzających szczyt oraz maksymalną moc P_L, jaką regionalna linia połączenia międzysystemowego może przesłać lub uzyskać do sieci zewnętrznej, maksymalna moc efektywna P_{max} jednostek-przyłączonych do sieci wynosi:

P_{max}=μ(P_f + P_b + P_L) (3-3)

Gdzie:

jedyne miejsce, jakie znajdziesz poza domem

 

 

• P_f-Maksymalna moc wyjściowa szczytowych-jednostek golących;
• P_b-Minimalna wydajność jednostek, które nie mogą uczestniczyć w goleniu szczytowym;
• μ-Transmisja sieciowa i wydajność operacyjna.

We wzorze C oznacza współczynnik regulacji mocy wyjściowej szczytowego-jednostki golącej. Na rysunku przedstawiono relacje władzy.

Minimalna moc efektywna P_{min} jednostek-podłączonych do sieci wynosi:

W okresie najniższego obciążenia t₁–t₂ zdolność regulacji w dół zarezerwowana przez konwencjonalne jednostki golące szczytowe-to maksymalna moc energii odnawialnej P'_{NE}, jaką sieć może przyjąć w tym okresie, tj. P'{NE}=P{max} - P_{min} (3-5) gdzie P_{min} to minimalna dzienna moc wyjściowa (bez magazynowania energii, wytwarzanie energii odnawialnej w okresie t₁–t₂ może można osiągnąć jedynie poprzez ograniczenie wiatru/słonecznego).

Można zauważyć, że bez magazynowania energii produkcja energii odnawialnej w okresie t₁–t₂ może być jedynie ograniczona; jednakże w przypadku magazynowania energii ładowanie w czasie t₁ – t₂ i rozładowywanie w czasie t₃ – t₄ przesuwa efektywną krzywą obciążenia zastępczego ∑P_i w zakresie P_{min} i P_{max}, unikając ograniczeń produkcji energii odnawialnej i ograniczeń energii wiatrowej/słonecznej, poprawiając zdolność absorpcji energii odnawialnej, zmniejszając zapotrzebowanie sieci na moc rezerwową i poprawiając ogólną wydajność systemu. Moc P_{BESS} BESS (systemu magazynowania energii akumulatorowej) wynosi:
P_{BESS}=max( P_{min} - ∑P_{min}, ∑P_{max} - ∑P_{max} ) (3-6)
Energia E_{BESS} BESS wynosi:

E_{BESS}=max{ μ_c ∫{t₁}^{t₂} (P{min} - ∑P_i) dt , 1/μ_d ∫{t₃}^{t₄} (∑P_i - P{max}) dt } (3-7)

Gdzie:

 

• μ_c – Wydajność ładowania systemu magazynowania energii;
• μ_d -- Sprawność rozładowania systemu magazynowania energii.

Dalsze badania w szerszym sensie pokazują, że w przypadku szczytów i dolin obciążenia, które często się wydłużają, skonfigurowanie systemu magazynowania energii o określonej pojemności może skutecznie zmniejszyć-różnicę w dolinie szczytów, jak pokazano na rysunku.

Poziom poprawy różnicy-doliny szczytu obciążenia wynosi:

• Gdzie p_imaksjest maksymalnym oczekiwanym obciążeniem;
• P_imaksto minimalne oczekiwane obciążenie.

Sposób konfiguracji układu magazynowania energii jest podobny do poprzedniego i nie będzie powtarzany.

Popraw dokładność przewidywań

Zgodnie z NBT32011-2013 „Wymagania techniczne dotyczące systemu przewidywania mocy elektrowni fotowoltaicznej” średni błąd kwadratowy krótkoterminowej prognozy-w okresie wytwarzania energii przez elektrownię fotowoltaiczną (z wyłączeniem okresów o ograniczonej mocy) powinien być mniejszy niż 0,15, a miesięczny wskaźnik przepustowości powinien być większy niż 80%; pierwiastek średniokwadratowy błędu czwartej godziny ultra-predykcji ultrakrótkoterminowej powinien być mniejszy niż 0,1, a miesięczny współczynnik przepustowości powinien być większy niż 85%.

Zgodnie z „Środkami tymczasowymi dla administracji prognozowania mocy farm wiatrowych i wczesnego ostrzegania” maksymalny błąd dziennej krzywej prognozy farmy wiatrowej nie może przekraczać 25%, błąd prognozy w czasie rzeczywistym-nie może przekraczać 15%, a błąd średniokwadratowy prognozy na cały dzień jest mniejszy niż 20%.

 

Zarówno prognozy krótko-, jak i ultra-krótko-terminowe dostarczają dane prognozy w 15-minutowych odstępach. Dzięki temu produkcja nowych źródeł energii może być segmentowana i kontrolowana w odstępach 15-minutowych, z 96 segmentami kontrolnymi w ciągu dnia. Dopuszczalna szerokość pasma błędu sterowania ΔP ustalana jest na podstawie maksymalnego dopuszczalnego błędu określonego w odpowiednich specyfikacjach technicznych prognozowania. Jak pokazano na rysunku 3-8, P(1) i Pe(2) to odpowiednio przewidywane wartości mocy dla pierwszego i drugiego 15-minutowego interwału, natomiast AP to dopuszczalna szerokość pasma błędu, ustalona na 15% mocy zainstalowanej nowej generacji energii elektrycznej.

Krótkoterminowe-wygładzanie zmian w wytwarzaniu nowej energii

Krótki-tempo zmian w wytwarzaniu nowej energii powinno także spełniać wymogi stabilności systemu elektroenergetycznego. Bieżące limity sieci energetycznej dotyczące wahań mocy czynnej nowej generacji energii-podłączonej do sieci energetycznej przedstawiono w poniższej tabeli.

W zastosowaniach związanych z wygładzaniem energii odnawialnej system BESS (Power Wyposażony Element System) służy do magazynowania i uwalniania energii generowanej ze źródeł odnawialnych, tłumiąc niewielkie-wahania mocy w systemie-podłączonym do sieci energii odnawialnej. Zapewnia to, że łączna fluktuacja mocy wyjściowej P magazynu energii PBEss (system elementów mocy) i energii odnawialnej Pv (moc V) spełnia powyższe wymagania techniczne, przy czym przedział czasu sterowania jest przeważnie ustawiony na 1 minutę. Jednak w przeciwieństwie do algorytmów poprawiających dokładność przewidywań, podejście to koncentruje się przede wszystkim na wahaniach mocy wytwarzanej energii odnawialnej. Dlatego też przy wyborze konkretnej mocy znamionowej BESS źródłem próbek danych do analizy statystycznej i analizy prawdopodobieństwa będą zmiany mocy czynnej na poziomie minutowym i 10-minutowym wytworzonej energii odnawialnej.

Projekt mocy i pojemności BESS może nadal opierać się na statystykach prawdopodobieństwa przeszłych zmian mocy i skumulowanych zmianach w zużyciu energii, mając na celu spełnienie wymagań dotyczących wygładzania w 80% do 90% przypadków. Nie będzie to tutaj powtarzane. Aby zapewnić, że zakres wahań mocy spełnia powyższe wymagania, stosowane są dwa główne algorytmy sterowania mocą BESS:

• Jedną z nich jest metoda ograniczania-punkt po- punkcie;
• Drugą metodą jest-filtrowanie dolnoprzepustowe.

Metoda punktowa-po-punktie

 

Biorąc za przykład rysunek, rysunek pokazuje duże porównanie nowej mocy wyjściowej P_nie(j) w chwili j i łączny wynik P(J-n) w ciągu ostatnich 10 minut. Można zauważyć, że w czasie (j-3), czyli zmianie pomiędzy P(j-3) a P_niej) jest największy i przekracza maksymalnie 10 minut. Porównanie pokazuje, że △P₁₀.

Dlatego, aby spełnić 10-minutowy limit wahań mocy, zakres wyjściowy BESS (dodatni dla ładowania, ujemny dla rozładowywania) wynosi:

Metoda filtrowania-dolnoprzepustowego

 

Opierając się na zasadzie filtrowania stosowanej w przetwarzaniu sygnału, jak pokazano na rysunku, filtr dolnoprzepustowy-wygładza sygnał wyjściowy, dodając lub odejmując amplitudę sygnału wejściowego. Podobnie dostęp do BESS pozwoli także na wygładzenie wahań mocy wyjściowej nowej elektrowni poprzez kontrolę jej ładowania i rozładowywania, tak aby spełnić odpowiednie wymagania techniczne.

Oczekiwaną wartość całkowitej-mocy podłączonej do sieci ∑P\\suma P∑P wyraża się wzorem:

Dyskretyzujemy dane, gdzie t jest okresem kontrolnym i zajmujemy 1 minutę:

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

Biorąc pod uwagę ∑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))

Zgodnie z wymaganiami technicznymi-wahań mocy podłączonej do sieci, minutowy-zakres wahań poziomu ∑P(j) musi spełniać:

|∑P(j) - ∑P(j-1)| Mniejsze lub równe min(ΔP_i, 0,1 P_0)

Zastępując wzór obliczeniowy za P_lepiej(j) otrzymujemy: