1. Pengenalan
Dengan perkembangan teknologi storan tenaga, aplikasi sistem storan tenaga (ESS) dianggap sebagai teknologi teras sistem kuasa, terutamanya sistem storan tenaga bateri (BESS) menggunakan bateri berskala besar, yang kini dalam peringkat demonstrasi. . Secara tradisinya, sisihan frekuensi dibetulkan dengan menggunakan loji kuasa haba untuk mengekalkan frekuensi sistem kuasa dalam julat yang boleh diterima, dan peraturan frekuensi dicapai melalui kawalan "bebas gabenor" (GF) dan kawalan penjanaan automatik (AGC). Walau bagaimanapun, kaedah ini tidak cekap dan memerlukan loji kuasa untuk beroperasi di bawah kapasiti terkadar untuk mengekalkan mod siap sedia.
Artikel ini memperkenalkan hasil pembangunan dan operasi percubaan BESS dalam operasi AGC. Berbanding dengan loji janakuasa tradisional, BESS berprestasi lebih baik dalam tindak balas pantas, tetapi terdapat masalah dengan tempoh operasi AGC. Oleh itu, artikel ini membentangkan hasil percubaan operasi AGC dalam keadaan berbeza dan menganalisis keputusan berdasarkan rujukan AGC KPX.
Selebihnya artikel disusun seperti berikut: Bahagian 2 menerangkan konfigurasi sistem pengawal BESS yang kini digunakan untuk perkhidmatan FR; Bahagian 3 menerangkan keputusan operasi AGC; Bahagian 4 menilai keputusan ujian dan mencadangkan beberapa titik penambahbaikan untuk penjanaan sasaran AGC; Akhir sekali, Bahagian 5 membentangkan kesimpulan.
2. Konfigurasi sistem BESS
Kemudahan FR-ESS disambungkan ke bar bas 22.9kV setiap pencawang melalui transformer injak turun, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1. Bar bas 22.9kV disambungkan ke PCS 440V melalui pengubah injak turun, dan PCS juga disambungkan kepada sistem bateri (sistem pengurusan bateri dan bateri litium-ion) melalui talian elektrik dan komunikasi.
Rajah 2 menunjukkan gambarajah blok pengawal BESS 52MW yang dipasang digunakan untuk perkhidmatan pengawalseliaan frekuensi. PCS juga berkomunikasi dengan pengawal peraturan frekuensi (FRC), yang menentukan output sistem bateri yang diperlukan untuk mengekalkan frekuensi 60Hz yang dikehendaki. FRC boleh ditetapkan kepada "mod manual" atau "mod automatik" melalui antara muka mesin manusia (HMI), yang turut memaparkan maklumat penting seperti kekerapan sistem, keadaan pengecasan bateri individu (SOC) dan suhu.
Rajah 3 menunjukkan gambar rajah blok ujian operasi AGC yang disambungkan kepada EMS KPX. Apabila rujukan AGC mencapai FRCM, FRCM membahagikan rujukan kuasa berdasarkan SOC setiap FRC, jadi FRCM mesti mengetahui maklumat SOC setiap FRC.
3. Kawalan penjanaan kuasa automatik
Operasi AGC di loji janakuasa tradisional:Turbin dalam loji janakuasa tradisional bukan sahaja beroperasi berdasarkan rujukan AGC, tetapi juga beroperasi berdasarkan rujukan kelajuan. Disebabkan oleh faktor seperti inersia turbin, geseran, dan injap pendikit, sistem pasti mengalami kelewatan. Rajah 4 menunjukkan kawalan frekuensi loji janakuasa tradisional di bawah rujukan AGC. Dari titik masa A apabila kekerapan bertukar kepada titik masa B apabila output loji kuasa dikawal untuk berubah, terdapat ralat output kira-kira 5MW, dan output ditangguhkan lebih daripada 100 saat dari rujukan AGC. Adalah sukar untuk memahami dengan tepat masa tunda operasi FR semata-mata melalui bentuk gelombang keluaran, kerana terdapat terlalu banyak pembolehubah kawalan. Walau bagaimanapun, ia boleh disahkan bahawa loji janakuasa tradisional mengikut rujukan AGC dengan masa kelewatan.
Prestasi kawalan AGC BESS:Untuk membandingkan dengan prestasi kawalan loji kuasa tradisional, tindak balas masa dan tindak balas fungsi langkah BESS ditunjukkan. Rajah 5 menunjukkan keputusan tindak balas langkah bagi variasi rujukan FRCM. Ia mengambil masa kira-kira 130ms untuk output kuasa daripada penjanaan sasaran FRCM kepada BESS, termasuk kelewatan komunikasi dan masa meningkat. BESS boleh memberikan kuasa kepada grid dalam masa 30 saat, yang mencukupi untuk memenuhi keperluan pantas operasi AGC.
Operasi AGC BESS:Rajah 6 menunjukkan keputusan operasi AGC 7-jam pada BESS, dengan operasi pemulihan AGC susulan dan keadaan pengecasan (SOC) berulang. Semasa operasi AGC, jumlah output kuasa setiap FRC adalah sama dengan rujukan AGC. Jika SOC FRC turun di bawah 50%, FRC akan melaksanakan operasi pemulihan SOC, oleh itu terdapat 3 kitaran, termasuk 3 kitaran operasi AGC dan 3 kitaran pemulihan SOC. Di bawah operasi pemulihan SOC, FRC mengecas baterinya pada kadar 0.1 [pu] sehingga mencapai 63% SOC, seperti yang dinyatakan dalam Jadual 1.
| Julat SOC tersedia | Sasaran SOC untuk pemulihan | Kadar pemulihan | Masa ujian |
| 50%-80% | 63% | 10% | 7 jam |
Dalam kitaran 1, BESS gagal memenuhi keperluan operasi AGC selama 30 minit, hanya 23 minit, tetapi dalam kitaran 2 dan kitaran 3, ia memenuhi tempoh output operasi AGC. Sementara itu, tempoh pemulihan SOC bagi setiap kitaran kekal malar pada 73 minit. Rajah 7 menunjukkan keputusan operasi AGC yang mengurangkan masa pemulihan disebabkan peningkatan kadar pemulihan SOC kepada 0.4 [pu], di mana tempoh pemulihan SOC berkurangan secara berkadar dengan kadar kapasiti pengecasan BESS.
| Julat SOC tersedia | Sasaran SOC untuk pemulihan | Kadar pemulihan | Masa Pemulihan SOC |
| 50%~80% | 63% | 10% | 77 minit |
| 20% | 34 minit | ||
| 30% | 23 minit | ||
| 40% | 17 minit |
Jadual 2 menunjukkan masa pemulihan SOC disebabkan oleh kadar kapasiti pengecasan BESS, tetapi kaedah ini tidak disyorkan kerana ia boleh menyebabkan ralat SOC dalam sistem pengurusan bateri (BMS). Jika terdapat ketidakseimbangan antara sistem penyaman kuasa (PCS) yang diterima daripada FRC yang sama, FRC akan memperuntukkan rujukan kuasa kepada setiap PCS berdasarkan SOC. Begitu juga, pengawal lanjutan FRCM FRC membahagikan rujukan sasaran kuasa FRC berdasarkan SOC. Rajah 8 menunjukkan arah aliran FRCM dan FRC semasa 7-tempoh operasi jam. Secara keseluruhannya, strategi peruntukan FRCM dan FRC menunjukkan prestasi yang baik ke arah menjajarkan SOC pengawal peringkat rendah. Jadual 3 menunjukkan keadaan awal untuk ujian di bawah keadaan SOC yang berbeza.
| Julat SOC tersedia | Sasaran SOC untuk pemulihan | SOC permulaan FRC #3 | SOC permulaan FRC #6 | ||
| 50%-80% | 63% | #3-1 | 52% | #6-1 | 56% |
| #3-2 | 60% | #6-2 | 61% | ||
| #3-3 | 65% | #6-3 | 72% | ||
| #3-4 | 70% | #6-4 | 74% | ||
4. Menganalisis operasi AGC menggunakan BESS
Dari perspektif jangka panjang, terdapat kitaran operasi AGC dan kitaran operasi pemulihan SOC. Rajah 9 menganalisis keputusan eksperimen di bawah keadaan dalam Jadual 3. Daripada ralat sasaran AGC dan output kuasa FRC, dapat dilihat bahawa peratusan operasi biasa adalah agak rendah. Operasi biasa bermakna ralat antara rujukan AGC dan output kuasa BESS berada dalam lingkungan 5%, yang merupakan salah satu sebab mengapa kebolehpercayaan operasi AGC berkurangan selepas 30 minit. Dalam senario terburuk, untuk memastikan 30 minit operasi AGC, memandangkan 50% SOC tersedia, BESS mesti mempunyai kapasiti kadar 1C.
Di bawah keadaan yang terhad, terdapat beberapa bahagian untuk penambahbaikan. Pertama, sasaran AGC mesti ditetapkan mengikut syarat BESS untuk mencapai operasi selama 30 minit. Jadual 4 menunjukkan data daripada lima ukuran FRCM, dengan purata kadar masa nyahcas sebanyak 80% berbanding tahap kekerapan purata. Sasaran pelepasan tinggi EMS mengakibatkan masa operasi yang disediakan oleh SOC BESS tidak mencukupi dalam masa 30 minit. Rajah 10 menunjukkan data tindak balas BESS di Loji Kuasa Terma Honam. Walaupun SOC BESS adalah rendah (50%), masa operasi AGC adalah mencukupi untuk mengekalkan tempoh yang ditetapkan. Hanya terdapat sedikit perubahan dalam SOC kerana nisbah antara sasaran pengecasan dan sasaran nyahcas adalah serupa. Jika nisbah antara sasaran pengecasan dan sasaran nyahcas berada pada tahap yang sama, masa operasi AGC cukup lama untuk menyediakan output kuasa yang diperlukan oleh EMS. Oleh itu, EMS mesti mempertimbangkan syarat FRC, seperti SOC yang tersedia, dsb.
| Pembahagian | Ujian #1 | Ujian #2 | Ujian #3 | Ujian #4 | Ujian #5 | Purata | |
| Kekerapan | >60 Hz | 69% | 61% | 62% | 62% | 66% | 64% |
| < 60 Hz | 31% | 39% | 38% | 38% | 34% | 36% | |
| Sasaran AGC | caj | 13% | 35% | 15% | 16% | 13% | 18% |
| Pelepasan | 86% | 58% | 84% | 84% | 87% | 80% | |
| Bersedia | 1% | 7% | 1% | 0% | 0% | 2% | |
Kaedah lain untuk memenuhi masa operasi AGC yang diperlukan ialah meningkatkan julat SOC yang tersedia. Tetapi ia mesti dipertimbangkan sepenuhnya, kerana julat SOC berkaitan dengan kitaran hayat bateri.
Ketiga, ini ialah fungsi tambahan yang bebas daripada masa operasi AGC. Biasanya, nisbah antara sasaran pengecasan dan sasaran pengecasan adalah berbeza. Oleh itu, BESS yang digunakan untuk operasi AGC memerlukan operasi pemulihan SOC. Untuk mengurangkan masa operasi pemulihan SOC, kaedah meningkatkan kuasa pengecasan terkadar boleh digunakan. Jika ini membawa kepada ralat SOC dalam BMS, operasi pengecasan kelajuan berubah-ubah boleh dipertimbangkan.
5. Rumusan
Artikel ini menerangkan keputusan ujian operasi AGC menggunakan 8MW FR-ESS untuk memajukan teknologi AGC BESS. Dari perspektif jangka panjang, terdapat kitaran operasi AGC dan kitaran operasi pemulihan SOC. Pada masa ini, peratusan operasi biasa agak rendah berdasarkan ralat antara sasaran AGC dan output kuasa FRC.
Berbanding dengan operasi AGC loji janakuasa tradisional, BESS mempunyai kelebihan kerana ia tidak mempunyai kelewatan dan boleh menjejaki rujukan kuasa dengan tepat, tetapi ia sukar untuk beroperasi dalam jangka masa yang lama kerana operasi AGC memerlukan sasaran kuasa yang berterusan dan rawak.
Untuk meningkatkan prestasi operasi AGC BESS, adalah disyorkan bahawa nisbah sasaran pengecasan dan pelepasan EMS hendaklah berada pada tahap yang sama, dan EMS mesti mempertimbangkan syarat FRC; Kaedah lain untuk memenuhi masa operasi AGC yang diperlukan ialah meningkatkan julat SOC yang tersedia; Akhir sekali, BESS yang digunakan untuk operasi AGC perlu memendekkan masa operasi pemulihan SOC.