La generació d'energia nova, representada per l'energia eòlica i solar, presenta fluctuacions i incerteses importants en la producció d'energia. Tant les sortides d'energia eòlica com solar es veuen afectades directament per les condicions meteorològiques locals, propenses a pics o caigudes de potència, cosa que suposa un repte a la freqüència de connexió a la xarxa del sistema elèctric.
A causa de les fluctuacions de potència i de les característiques d'impedància de la xarxa relativament complexes, en condicions normals de connexió a la xarxa centralitzada a gran-escala o de sortida d'energia aleatòria, és probable que es produeixin oscil·lacions de potència, la qual cosa comporta problemes d'estabilitat del sistema elèctric. Això afecta la càrrega i el rendiment dels nous sistemes de producció d'energia planificats en una àrea àmplia, la qual cosa requereix una capacitat de reserva suficient en el sistema per evitar afectar la capacitat d'integrar noves fonts d'energia, que és crucial per assolir tant la planificació com l'eficiència econòmica.
La integració de l'emmagatzematge d'energia i les noves fonts d'energia se centra principalment en tres aspectes: en primer lloc, alliberant les càrregues a nivell de xarxa-durant períodes de temps curts, permet la regulació de la potència a nivell de 10-minuts- de la xarxa elèctrica, alleujant les fluctuacions a curt-term i aprofitant completament la capacitat de la xarxa existent per connectar-se a les noves fonts d'energia. En segon lloc, mitjançant el desenvolupament de plans de minut-nivell que inclouen noves previsions de producció d'energia i basant-se en les previsions de generació d'energia a curt-dia-a curt termini, incorpora de manera efectiva les noves fonts d'energia a les previsions d'energia a ultra{-curt-termen. Això millora el funcionament i la programació racionals de diverses unitats generadores dins de la xarxa, redueix la demanda de recursos de regulació ràpida de freqüència, millora la precisió i l'estabilitat de les previsions de la xarxa i suavitza les fluctuacions en temps real a nivell minut-en noves fonts d'energia, minimitzant l'impacte en el funcionament normal de les unitats generadores convencionals.
Peak Shaving i farciment de la vall
En comparació amb la generació d'energia convencional, la generació d'energia renovable té una taxa d'utilització relativament baixa dels seus equips o unitats. Prenent com a exemple la regió dels "Tres Nords" del meu país, segons les estadístiques de recursos eòlics, la probabilitat que la producció total d'un parc eòlic superi el 60% de la seva capacitat instal·lada total és generalment inferior al 5%. Per millorar la utilització de la línia, la planificació de la capacitat de la línia normalment pretén cobrir el 95% de les necessitats de transmissió d'energia eòlica o el 60% de la capacitat instal·lada total dels parcs eòlics. La situació és encara més greu per a la fotovoltaica. Per tant, un cert percentatge de l'energia eòlica es reduirà a causa d'una capacitat de transmissió insuficient, i l'energia solar es reduirà a causa de la desajust de càrrega (característiques anti-pic-afaitat).
La generació d'energia renovable, amb les seves fluctuacions a llarg termini-horari durant tot el dia, i l'arribada de la demanda màxima d'electricitat al vespre (generalment de 19 a 22 hores), augmentarà els requisits de capacitat del sistema a l'alça i a la baixa. L'energia eòlica, d'altra banda, sovint arriba a la màxima potència cap a la mitjanit, quan la càrrega es troba en el punt més baix del dia. Per tant, per eliminar la incertesa en la previsió de la generació d'energia renovable, tant la xarxa elèctrica com les unitats generadores convencionals han d'assumir riscos significatius associats a l'afaitat dels pics profunds.
L'afaitat màxima i l'ompliment de la vall utilitzen les característiques de canvi de temps-de l'emmagatzematge d'energia per maximitzar la capacitat de transmissió de la línia, reduir la necessitat d'ajustar les tendències de càrrega i disminuir la demanda d'augment i disminució de la capacitat de les unitats generadores convencionals.
Sumant la corba de càrrega diària donada P_l amb la corba de sortida de generació d'energia renovable P_{NE}, podem obtenir la corba de càrrega equivalent del sistema final ∑P_i, és a dir, ∑P_i=P_l - P_{NE}. Tanmateix, tenint en compte l'interval de regulació de sortida de les centrals elèctriques convencionals i les centrals elèctriques de pic{11}}afaitat, i la potència màxima P_L que la línia d'interconnexió regional pot transmetre o obtenir a la xarxa externa, la potència efectiva màxima P_{max} de les unitats-connectades a la xarxa és:
P_{màx}=μ(P_f + P_b + P_L) (3-3)
On:
l'únic lloc que trobareu fora de casa
- P_f-Potència de sortida màxima de les unitats d'afaitat de pic-;
- P_b-Producció mínima d'unitats que no poden participar en l'afaitat màxim;
- μ-Transmissió de la xarxa i eficiència operativa.
A la fórmula, C representa el coeficient de regulació de la potència de sortida de la unitat d'afaitat{0}}pic. Les relacions de poder es mostren a la figura.
La potència efectiva mínima P_{min} de les unitats-connectades a la xarxa és:
Durant el període de càrrega més baixa t₁–t₂, la capacitat de regulació a la baixa reservada per les unitats d'afaitat de pic-convencionals és la potència màxima d'energia renovable P'_{NE} que la xarxa pot acceptar durant aquest període, és a dir, P'{NE}=P{max} - P_{min} (3-5) on la producció d'energia nova generada (3-5) és la mínima generada diàriament (3-5) durant t₁–t₂ només es pot aconseguir mitjançant la limitació del vent/solar).
Es pot veure que sense emmagatzematge d'energia, la producció d'energia renovable durant t₁–t₂ només es pot limitar; tanmateix, amb l'emmagatzematge d'energia, la càrrega durant t₁–t₂ i la descàrrega durant t₃–t₄ desplaça la corba de càrrega equivalent efectiva ∑P_i dins de l'interval de P_{min} i P_{max}, evitant les limitacions de producció d'energia renovable i la limitació eòlica/solar, millorant la demanda d'energia renovable i la capacitat general d'absorció del sistema de xarxa, reduint la capacitat general d'absorció i reserva d'energia. eficiència. La potència P_{BESS} d'un BESS (Battery Energy Storage System) és:
P_{BESS}=màx( P_{min} - ∑P_{min}, ∑P_{màx} - ∑P_{màx} ) (3-6)
L'energia E_{BESS} d'un BESS és:
E_{BESS}=màx{ μ_c ∫{t₁}^{t₂} (P{min} - ∑P_i) dt , 1/μ_d ∫{t₃}^{t₄} (∑P_i - P_i - P_{max})-7)}{max})-7)
On:
- μ_c -- Eficiència de càrrega del sistema d'emmagatzematge d'energia;
- μ_d -- Eficiència de descàrrega del sistema d'emmagatzematge d'energia.
Investigacions posteriors en un sentit més ampli mostren que per als pics de càrrega i les valls que sovint es prolonguen, la configuració d'un sistema d'emmagatzematge d'energia d'una determinada capacitat pot reduir efectivament la diferència de pic-vall, tal com es mostra a la figura.
El nivell de millora de la diferència de-vall del pic de càrrega és:
- On Pimaxés la càrrega màxima esperada;
- Pimaxés la càrrega mínima esperada.
El mètode de configuració del sistema d'emmagatzematge d'energia és similar a l'anterior i no es repetirà.
Millorar la precisió de la predicció
D'acord amb NBT32011-2013 "Requisits tècnics per al sistema de predicció d'energia de la central fotovoltaica", l'error quadrat mitjà de la predicció a curt-termen durant el període de generació d'energia d'una central fotovoltaica (exclosos els períodes amb sortida limitada) hauria de ser inferior a 0,15 i la taxa d'aprovació mensual hauria de ser superior al 80%; l'error quadrat mitjà de la quarta hora de predicció ultra-a curt termini hauria de ser inferior a 0,1 i la taxa d'aprovació mensual hauria de ser superior al 85%.
D'acord amb les "Mesures provisionals per a l'administració de previsió i alerta anticipada de l'energia del parc eòlic", l'error màxim de la corba de previsió diària d'un parc eòlic no ha de superar el 25%, l'error de previsió en temps real-no superarà el 15% i l'error quadrat mitjà de la previsió per a tot el dia serà inferior al 20%.
Tant les previsions a curt-termen com a ultra-curt-proporcionen dades de previsió a intervals de 15 minuts. Per tant, la sortida de noves fonts d'energia es pot segmentar i controlar a intervals de 15 minuts, amb 96 segments de control al llarg del dia. L'ample de banda d'error de control admissible ΔP s'estableix en funció de l'error màxim permès a les especificacions tècniques de previsió pertinents. Tal com es mostra a la figura 3-8, P(1) i Pe (2) són els valors de potència previstos per al primer i segon intervals de 15 minuts, respectivament, mentre que AP és l'ample de banda d'error admissible, establert en el 15% de la capacitat instal·lada de la generació d'energia nova.
Suavització de-variacions a curt termini de la generació d'energia nova
La taxa de canvi de-breu temps de la nova generació d'energia elèctrica també hauria de complir els requisits d'estabilitat del sistema elèctric. A la taula següent es mostren els límits actuals de la xarxa elèctrica per a la variació de potència activa de la nova generació d'energia connectada a la xarxa d'energia-.
Taula 3-2: Límits del canvi de potència activa per a la generació d'energia nova connectada a la xarxa
| Capacitat instal·lada de la nova central elèctrica (MW) | Canvi màxim de potència activa durant 10 minuts (MW) | Canvi màxim de potència activa durant 1 minut (MW) |
|---|---|---|
| < 30 | 10 | 3 |
| 30 ~ 150 | Capacitat instal·lada / 3 | Capacitat instal·lada / 10 |
| > 150 | 50 | 15 |
En aplicacions de suavització d'energia renovable, el BESS (Power Equipped Element System) s'utilitza per emmagatzemar i alliberar la generació d'energia d'energia renovable, suprimint les fluctuacions de potència a nivell de minúscules-al sistema connectat a la xarxa d'energia renovable-. Això garanteix que la fluctuació combinada de la sortida P de l'emmagatzematge d'energia PBEss (Power Element System) i l'energia renovable Pv (Power V) compleixi els requisits tècnics esmentats anteriorment, amb l'interval de temps de control establert principalment en 1 minut. Tanmateix, a diferència dels algorismes que milloren la precisió de la predicció, aquest enfocament se centra principalment en les fluctuacions de potència de la producció d'energia renovable. Per tant, en seleccionar la potència nominal específica del BESS, la font de mostra de dades per a l'anàlisi estadística i l'anàlisi de probabilitat serà els canvis de potència activa de nivell de minut-nivell de 10-minut de la producció d'energia renovable.
El disseny de potència i capacitat de BESS encara es pot basar en les estadístiques de probabilitat dels canvis de potència passats i els canvis acumulats en el consum d'energia, amb l'objectiu de complir els requisits de suavització en el 80% al 90% dels casos. Això no es repetirà aquí. Per garantir que el rang de fluctuació de potència compleix els requisits anteriors, s'utilitzen dos algorismes principals de control de potència BESS:
- Un és el mètode de limitació-per-punt;
- L'altre és el mètode de filtrat-baix.
Mètode de límit-per-punt
Prenent la figura com a exemple, la figura mostra una gran comparació entre la nova sortida d'energia Pne(j) en el temps j i la sortida combinada P(J-n) durant els darrers 10 minuts. Es pot veure que en el temps (j-3), és a dir, el canvi entre P(j-3) i Pne(j) és el més gran i supera el màxim de 10 minuts. La comparació mostra que △P10.
Per tant, per assolir el límit de fluctuació de potència de 10 minuts, el rang de sortida de BESS (positiu per a la càrrega, negatiu per a la descàrrega) és:
Mètode de filtrat-baix
Basat en el principi de filtratge en el processament del senyal, tal com es mostra a la figura, el filtre de pas baix -fa que el senyal de sortida sigui més suau afegint o restant l'amplitud del senyal d'entrada. De la mateixa manera, l'accés a BESS també aconseguirà suavitzar la fluctuació de la potència de sortida de la nova central energètica mitjançant el seu control de càrrega i descàrrega, per tal de complir els requisits tècnics pertinents.
El valor esperat de la potència total-connectada a la xarxa ∑P\\sum P∑P ve donat per:
Discretitzeu les dades, on t és el període de control, i triguem 1 minut:
∑P(j)=(τ / (τ + t)) * ∑P(j-1) + (t / (τ + t)) * P_ne(j)
Donat ∑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))
Segons els requisits tècnics de-fluctuació de la potència connectada a la xarxa, l'interval de fluctuació del nivell-minut de ∑P(j) ha de satisfer:
|∑P(j) - ∑P(j-1)| Menor o igual a min(ΔP_i, 0,1 P_0)
Substituint la fórmula de càlcul per Pbess(j) obtenim:
