کنترل هموار نوسان تولید برق فتوولتیک (PV) و توان بادی، مبنی بر باتری خانه ذخیره کننده انرژی (BESS)

چکیده

اصطلاحات مربوط

فهرست اصطلاحات

مقدمه

شکل 1.سیستم تولید توان  هیبریدی بادی/PV/BESS

شکل 2.توان WPGS (سیستم تولید توان بادی)، مبنی بر توان خروجی بادی در ژآنگبی که بطور عملی بدست آمده است.

شکل 3.توان PVGS (سیستم تولید توان خورشیدی) مبنی بر توان خروجی PV در ژآنگبی که بطور عملی بدست آمده است.

 مدل کردن منابع توان

 مدل کردن سیستم تولید توان بادی

 مدل سازی سیستم تولید قدرت PV (فتوولتاییک)

مدل سازی BESS

شکل 5.مشخصات ولتاژ مدار باز، در مقابل SOC باتری.

شکل 6.مقاومت داخلی در مقابل SOC باتری.

جدول 1.مشخصات سیستم ذخیره انرژی باتری

استراتژی کنترل هموار کننده مبنی بر SOC

ضریب توان اصلاح شده Ai در مقابل SOC باتری.

شکل 8.فلوچارت فرآیند برای برآورده کردن محدودیت‌های توان مجاز هر واحد BESS.

جدول 2.توان هدف PCS را برای تقاضای 800-kW تعیین کنید.

جدول 3.توان هدف PCS را برای تقاضای -800 kW تعیین کنید.

شبیه سازی و معتبرسازی

دو روش کنترل هموار، تحت شرایط SOC طبیعی

شکل 9.شکل موج‌های توان در مورد الف  (a) با روش 1 و (b) با روش 2.

شکل 10.شکل موج‌های سرعت نوسان توان در مورد A (a) با استفاده از روش 1 و (b) با استفاده از روش 2.

 مدیریت انرژی تحت شرایط شدید SOC

شکل 11.شکل موج‌های توان برای هر واحد PCS در مورد الف (a) با روش 1 و (b) با روش 2.

شکل 12.شگل موج‌های SOC در مورد الف (a) با روش 1 و (b) با روش 2.

شکل 13. شکل موج‌های توان در مورد ب.

کنترل هموار خروجی PV روزانه، تحت محدودیت سرعت نوسان توان

نتیجه گیری

از باتری خانه ذخیره کننده انرژی (BESS) برای مقاصد فعلی هموار کردن (منظور ازبین بردن نوسانات) نوسانات تولید انرژی بادی و خورشیدی استفاده می‌شود. این سیستم‌های قدرت هیبرید مبنی بر BESS، به یک استراتژی کنترل مناسبی که بتواند بصورت موثری سطوح توان خروجی و حالت شارژ (SOC) باتری را تنظیم کند، نیازمندند. این مقاله، نتایج بررسی شبیه سازی سیستم قدرت هیبرید بادی/فتوولتاییک (PV)/BESS را که به منطور بهبود عملیات هموار کردن شکل موج توان تولیدی خروجی، و اثربخش بودن کنترل SOC باتری انجام شده است، ارایه می‌دهد. یک روش کنترل هموار برای کاهش نوسانات توان خروجی هیبریدی بادی/PV و نیز تنظیم SOC باتری تحت شرایطی خاص، در اینجا ارایه شده است. یک روش جدید تخصیص توان لحظه‌ای مبنی بر BESS نیز پیشنهاد شده است. فواید این روش‌ها نیز با استفاده از نرم افزار MATLAB/SIMULINK بررسی شده است.

در سال‌های اخیر، تولید برق با استفاده از انرژی باد و خورشید (PV) توجه چشمگیری را در سراسر دنیا به خود واداشته است. شرکت دولتی شبکه برق چین (SGCC)، در حال ساخت پروژه نمایشی مشترک خطوط انتقال، و پست ذخیره انرژی بادی/PV/باتری‌ای (BESS) ملی بوده، و این پروژه در منطقه ژآنگبی، هبی در چین واقع است. ژآنگبی متعلق به نیروگاه بادی 10 ملیون کیلوواتی چین می‌باشد. پروژه نمایشی در سه مرحله برنامه ریزی شده است. اکنون در مرحله نخست قرار داشته . تا پایان ماه دسامبر سال 2011، یک مزرعه بادی 100 مگاواتی، یک مزرعه 40 مگاواتی، و یک BESS لیتیومیونی 14-MW/63-MWh در ژانگبی ساخته خواهد شد. سیستم ذخیره سازی انرژی باتری، قادر به ارایه پاسخ‌های مدیریت انرژی انعطاف پذیری است که می‌تواند کیفیت توان سیستم‌های تولید توان هیبریدی انرژی تجدیدپذیر را بهبود بخشد. بدین منطور، روش‌های کنترلی و پیکربندی‌های زیادی باید برای سیستم‌های ذخیره سازی انرژی هیبریدی _مانند یک سیستم ذخیره سازی انرژی باتری، یک سیستم مغناطیسی ابررسانا (SMES)، یک سیستم انرژی چرخ طیار (FES)، یک سیستم انرژی خازنی (ECS)، و یک سیستم هیبریدی پیل سوختی/الکترولایزر_ ارایه شده اند تا نوسانات توان را کاهش داده یا کیفیت توان را بهبود بخشند. به لطف توسعه سریع باتری‌ها، سیستم‌های ذخیره سازی امرژی باتری به تازگی آغاز به بکار رفتن در کاربردهایی همانند تنظیم فرکانس، پایدارسازی شبکه، کاهش تلفات انتقال، کاهش پرباری، افزایش قابلیت اطمینان، هموار کردن انرژی‌های خورشیدی و بادی، تغییر جهت چرخش، اصلاح پیک، یکسان سازی بار، منابع توان اضطراری، خدمات شبکه، ایستگاه‌های شارژ وسایل نقلیه برقی (EV)، و دیگر کاربردها، کرده اند. این روزها، مساله اینکه چگونه بایستی نوسانات موجود در توان تولیدی انرژی بادی و PV (خورشیدی) را هموار کرد، علاق گسترده‌ای را به خود واداشته است. و حتی با حل شدن این مساله، مساله‌ای دیگر بصورت کاربرد یک سیستم ذخیره سازی انرژی مانند BESS، روی کار آمده است. زمانی که از BESS برای کنترل نوسانات انرژی بادی و خورشیدی استفاده می‌شود، توازنی بین هزینه باتری و میزان صافی شکل موج توان وجود دارد. این یعنی، اگر یک توان خروجی با کمی نوسان مورد قبول باشد، باتری مبرا از برخی هزینه‌ها خواهد بود. تا کنون، با وجود اینکه روش‌های مفید مبنی بر BESS زیادی برای کم کردن نوسانات توان در سیستم‌های تولید توان تجدیدپذیر ارایه شده است، مقصدی برای از بین بردن نوسان توان مزارع بادی و خورشیدی متصل به شبکه، بطور کلی فرمول بندی نشده است. کنترل هموار به روش حدود سرعت نوسانات توان برای این سیستم‌ها، بصورت اندکی حتی مورد بحث قرار گرفته اند. این روش‌های کنترلی، در [1]-[5]، [13]-[19]، [25]، [26] اساسا برای هموار سازی مبنی بر BESS در مقیاس کوچک، فرمولبندی شده اند؛ ازینرو، در آنها تخصیص توان میان BESSهای مختلف، در نظر گرفته نشده است. بنابراین یک روش کنترل موثر و مناسب برای مقیاس‌های بزرگ، یک مورد اضطراری باقی خواهد می‌ماند.