مدیریت انرژی با استفاده از سیستم ذخیره انرژی باتری (مقاله ترجمه شده)

چکیده

در سال 2008 ایالت هاوایی ابتکار انرژی پاک را با هدف تامین 70 درصد از انرژی مورد نیاز خود از انرژی پاک تا سال 2030 آغاز کرد. ( 40 درصد از انرژی تجدیدپذیر و 30 درصد از بازده انرژی) سیستم ذخیره ساز انرژی باتری کنترل پذیر (BESS) میتواند برای مدیریت کردن منابع تجدیدپذیرِ متناوب بر روی سیستم نیرو استفاده شوند تا هم به جریان و هم مسائل سطح سیستم رسیدگی کنند. نتایج شبیه سازی و تجربی از اجرای یک الگوریتم جدید برای شارژ کردن و دِشارژ کردن سیستم با استفاده از اطلاعات شبکه ی واقعی برای کنترل کردن یک BESS برای هدف peak load shaving (اصلاح اوج جریان بار /کاهش استفاده از بار در زمان اوج مصرف و ذخیره کردن آن)، صاف کردن منحنی نیرو و تنظیم ولتاژ منتقل کننده ی توزیع در دسترس هستند. دو هدف بهینه سازی برای پیک سایی بار وجود دارند که در آنها روش پیش بینی بار استفاده شده است. برنامه ی BESS برای تنظیم ولتاژ آزمایش شده و با آزمون های مختفی آنالیز شده و نتایج مشاهده و بحث شده اند.

مقدمه

افزودن منابع تجدیدپذیر در شبکه های نیرو در آمریکا در سال های اخیر به سرعت رو به افزایش است. دستگاههای فتوولتاژیک Photovoltaic  سریعترین فهرست رشد تجدپذیر را با 60 درصد نرخ رشد دارند که شامل نیروی باد با 27 درصد و سوخت های زیستی با 18 درصد هستند. ذات طبیعی تمام شدنی منابع تجدیدپذیر، برخی چالش هایی را برای ادامه دادن گسترش کاربرد آنها ایجاد کرده است با توجه به محدودیت های وجود تسهیلات قراردادی تولیدات، که بیشتر برای کارایی طراحی شده اند تا انعطاف پذیری ، و سیستم های انتقال و توزیع موجود که بیشتر برای جریان نیروی  یک طرفه و اتصال جریان طراحی شده اند تا ارتباطات درونی تولیدات.

ذخیره ی انرژی یکی از روش هایی است به تنوع منابع تجدپذیر رسیدگی میکند. دستگاه های ذخیره ی انرژی محصول مازاد انرژی در طول دوره ی کاهش تقاضا باشند و انرژی ذخیره شده را در دوره ی اوج کاربرد، تزریق کنند. دستگاه های ذخیره ی انرژی همچنین میتوانند نقش کارخانه های ذخیره ی نیرو ، تامین انرژی مازاد در مورد احتمالات سیستم نیرو یا یک تغییر سریع در تقاضا را ایفا کنند. یک کاربرد محبوب از ذخیره ی انرژی برای سیستم اصلاح اوج تقاضا است که انرژی جذب شده را وقتی که انرژی مازاد وجود دارد درگیر میکند، که یا توسط منابع تجدیدپذیر و یا کارخانجات نیرو بنیان  در طول دوره ی کاهش اوج بار و تزریق انرژی ذخیره شده به عقب به سیستم توزیع در طول زمان جریان اوج سیستم ،تولید شده است. به عنوان نتیجه، کاهش و محدودیت نسل تجدیدپذیر ، کاهش یافته و واحد های تولید سریع گران قیمت میتوانند ممانعت شوند. ذخیره ی انرژی همچنین میتواند برای اصلاح اوج تقاضا بر یک منتقل کننده ی تغذیه کننده ی توزیع خاص با هدف کاهش تقاضای اوج نیرو بر منتقل کننده استفاده شود و عمر مفید خود را گسترش دهد. سیستم ذخیره نیروی باتری BESS یک باتری مجهز با مبدل دو طرفه  است که توان جذب و تزریق فعال و واکنشی نیرو در نقاط مشخص تنظیم شده را دارد.در این مقاله یک الگوریتم برای مدیریت انرژی ذخیره شده و ظرفیت ذخیره ی موثر برای اصلاح اوج بار و اهداف درست جریان و برآورد قیمت گذاری ساعت به ساعت آینده و بازده تولید تجدیدپذیر، توسعه داده شده است.

BESS

اینجا، یک BESS در مقیاس شبکه (1 MW, 1 MWH) به خوراک دهنده ی توزیع از طریق 1 MVA  منتقل کننده ی تنظیم شده متصل میشود و برای اصلاح اوج بار از توزیع جریان شبکه استفاده میشود در شکل 1 نشان داده شده.

اصلاح اوج بار

اصلاح بار برای کاهش اوج تقاضا بر سیستم نیرو استفاده میشود ، یا در مناطق توازن مانند یک حفره یا بر روی یک زیرسیستم از قبیل خوراک دهنده ی توزیع. این ممکن است در برخی راه ها وابسته به نیازهای سیستم و اهداف راهبرد مورد استفاده ، انجام شده باشد. مثالی از آن تغییر محدود انرژی تجدیدپذیر یا انرژی تولید شده با قیمت پایین در طول زمان هایی از افت تقاضا به دوره هایی شدت تقاضا است که کاربرد انرژی تجدیدپذیر را افزایش بدهد یا استفاده از واحدهای تولید اوج گرانتر را کاهش بدهد. BESS یکی از گزینه های سطح شبکه در حال ظهور برای تولید تغییر جهت تولید هستند برای وقتی که مورد نیازاست و برای هموار کردن نوسانات نیرو. به منظور برنامه ریزی عملکرد باتری برای 24 ساعت آینده ، یک یک پیشگویی از نمایه جریان نیرو مورد نیاز است. روش رگرسیون خطی برای حاصل کردن نمایه نیرو در الگوریتم پیشگویی بهینه استفاده شده است.

روش رگرسیون خطی

در این روش ، معیار پیشگویی برای هر گام زمانی برای n نمونه ی جمع شده بر مبنای کمترین امتیاز مناسب چندجمله ای محاسبه شده است.

آزمایشات BESS

به منظور گسترش درک خوب از عملکرد BESS بر شبکه ی نیرو ، چندین آزمایش شارژ و دِشارژ انجام شدند و اندازه گیری الکتریکی از وسایل SCADAدر منتقل کننده های توزیع رسم شدند.

جریان نیروی فعال

در این آزمایشات، BESSبا گام های 50 kW شارژ شده است. این آزمون انجام شده است تا تاثیر شارژ بر سطح ولتاژ و عملگر منتقل کننده ی بار Tap Changer (LTC) درک شود. تغییرات گام ها برای اهداف کوچک نگه داشته میشوند و همچنین برای دیدن اثر تغییرات افزایشی نیرو بر شبکه ، کوچک نگه داشته میشوند. BESS و جریان نیروی فعال و سطح ولتاژ منتقل کننده و گراف SOC BESS در شکل 2 و 3 به ترتیب نشان داده شده است.

جریان نیروی کنشی

به منظور بررسی اثر جریان نیروی کنشی از BESS بر سطح ولتاژ ، آزمون های نیروی کنشی اجرا شدند که در آن نیروی کنشی در افزایش های 200 KVAR تزریق وجذب شد. نتایج آزمون های تزریق نیرو کنشی و اندازه گیری های مربوطه در شکل 4 و 5 رسم شده اند.

الگوریتم بهینه سازی

الگوریتم بهینه سازی ، جریان نیرو فعال بهینه BESS در هر گام زمان می یابد. عملکرد عینی برای اصلاح بار شامل دو جزء است، هزینه ی SOC و هزینه ی بار که به حداقل رسده اند.

شبیه سازی و نتایج

نتایج شبیه سازی پیشگویی بار

روش رگرسیون خطی برای پییشگویی بار روز بعد برای 108روز از داده های افقی با 1 دقیقه وضوح اجرا شده است. نقطه ی پیشگویی داده y برای هر گام زمان x توسط وارد کردن گام زمان داده شده در معادله ی 5 تعیین شده است. اگر منحنی بار برای 24 ساعت با وضوح 1 دقیقه داده شده، معادله ی بالا 1440 بار برای بدست اوردن یک مقدار پیشگویی برای روز بعد اجرا شود. الگوریتم پیشگویی بار بر 14 هفته داده اجرا شده است و روز هفته ی پیشبینی شده در 15 امین هفته با مقدار واقعی مقایسه شده است. پیشگویی بار و بار واقعی مرتبط برای یک روز هفته در منتقل کننده ی توزیع در شکل 7 نشان داده شده است.

شبیه سازی اصلاح اوج بار و نتایج آزمون مورد مطالعه

الگوریتم نرمال شده بر یک BESS 1 MW/1 MWh اجرا شده است که در یک جریان در شکل 1 نشان داده شده است. گام زمان هر 15 دقیقه برای مجموع 96 گام در 24 ساعت برنامه ریزی افقی انتخاب شده است. الگوریتم بهینه سازی اولیه در معادله ی نشان داده شده است. 11-13 برای پیشگویی بار برای هر دو هموارسازی و اصلاح کردن اوج منحنی نیرو اجرا شده است. اوج اصلاح شده ، بار، BESS ، نمایه نیروی فعال بهینه شده، و BESS SOC در شکل 8 و 9 به ترتیب نشان داده شده اند. بازده اینورتر PV در جریان در شکل 10 رسم شده است.

نتیجه

در این مقاله ، BESS برای کاربرد در اصلاح اوج بار و تنظیم ولتاژ خوراک دهنده ی توزیع بررسی شده است. چندین آزمایش بر BESS و اندازه گیری های حاصل شده توسط SCADA بررسی شده اند، و هموار کردن نیرو مطالعه شده و نشان می دهد که ظرفیت BESS می تواند به طور موثری برای اصلاح اوج و هموار کردن نیرو استفاده شود. در این برنامه (ذخیره ی زیاد در انتهای ایستگاه فرعی یک خوراک دهنده) ، BESS اثر زیادی بر ولتاژ خوراک دهنده ندارد، اما می تواند برای ذخیره ی بار VAr بر جریان و کاهش بار Varبر سیستم استفاده شود. دو روش بهینه سازی برای اصلاح اوج معرفی شده اند و نتایج منحنی های نیرو بحث شده اند.

این مقاله ISI در سال 2016 در نشریه الزویر و در مجله بین المللی برق و سیستم های انرژی، توسط آزمایشگاه طراحی انرژی های تجدیدپذیر منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله مدیریت انرژی با استفاده از سیستم ذخیره انرژی باتری در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.