RS57064B1

RS57064B1 - Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije u postrojenjima za povremeno generisanje energije

Info

Publication number: RS57064B1
Application number: RS20180120A
Authority: RS
Inventors: María Asunción Padros; Daniel Rabal; Iñigo Berazaluce; David Cuesta; Luís Marroyo; Javier Marcos
Original assignee: Acciona Energia Sa
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2018-06-29
Also published as: MX2016003844A; MA38933A1; EP3054550B1; US10291031B2; AU2019202751B2; PT3054550T; MX354888B; ES2657375T3; MA38933B1; WO2015044466A1; HRP20180188T1; EP3054550A1; AU2013401409A1; PL3054550T3; AU2019202751A1; US20160241041A1

Description

Opis

CILJ PRONALASKA

Predmetni pronalazak može biti svrstan u oblast tehnike postupaka za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremeno generisanje energije.

Cilj predmetnog pronalaska jeste postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremeno generisanje obnovljive energije, kao što su na primer solarne elektrane, čime se umanjuje veličina sistema za skladištenje koja je neophodna za ispunjavanje zahteva maksimalnog nagiba promene snage, čime se smanjuju troškovi investicije u postrojenje i/ili postiže racionalizacija prilikom korišćenja sistema za skladištenje energije na takav način da, kako bi se postigla ista maksimalna fluktuacija nagiba snage, potrebna je mala utilizacija sistema za skladištenje energije čime se produžava njegov radni vek i time umanjuju operativni troškovi postrojenja.

STANJE TEHNIKE

Foto-naponska proizvodnja solarne energije zavisi od raspoloživog globalnog zračenja koje zavisi, za utvrđenu lokaciju, od dana u toku godine kao i vremena u toku dana, ali takođe i od meteoroloških efekata poput oblaka ili aerosola prisutnih na konkretnoj lokaciji foto-naponskih panela.

Stoga, u toku bilo kog datog dana, foto-naponska solarna snaga će značajno varirati. Tokom sunčanog dana, na primer, prikazaće predvidljivu varijaciju usled različitih nivoa zračenja sunca u toku dana, kao i usled različitih uglova koje sunce zaklapa u toku dana sa foto-naponskim solarnim panelima u funkciji od raspoloživog načina za praćenje položaja sunca.

Tokom oblačnog dana, proizvodnja će prikazati dodatne varijacije koje mogu biti mnogo brže u zavisnosti od veličine foto-naponskog postrojenja i brzine kojom se oblaci kreću preko njega, pri čemu će krive snage biti u potpunosti različite za vedar dan, delimično oblačan i u potpunosti oblačan dan.

Oblačnost je teško predvideti i ona je brzo promenljiva kada su u pitanju njeni efekti tako da oblačnost može proizvesti fluktuacije u proizvodnji foto-naponskog postrojenja što dalje može dovesti do problema u stabilnosti električnog sistema. Operatori električne mreže su izveli nekoliko istraživanja u vezi efekata variranja snage obzirom da se oni ne mogu predvideti, a da mreža mora posedovati dovoljan kontrolni kapacitet kako bi apsorbovala te varijacije. Maksimalne varijacije snage u fotonaponskim postrojenjima mogu doseći čak do 90% tokom kratkih vremenskih intervala manjih od minuta.

U slučaju farme vetro-generatora, vetar kao resurs je takođe promenljiv u zavisnosti od meteoroloških uslova, tako da su efekti slični onima prisutnim kod fotonaponskih postrojenja, iako sa različitom dinamikom i vremenskim rasporedom.

Jedan od načina da se reši problem fluktuacije snage jeste da se kontroliše proizvodnja postrojenja ograničavajući maksimalnu brzinu fluktuacije snage, tipično ograničavanjem maksimalne vrednosti nagiba koju varijacije snage mogu imati tokom svakog kontrolnog ciklusa. Ovo zahteva predviđanje varijacija snage i delovanje unapred kako bi se ograničila proizvodnja postrojenja. Kako bi se predvidele fluktuacije snage, potrebno je tačno proceniti promene meteoroloških parametara koje ih uzrokuju. Loše predviđanje meteoroloških promenljivih i njihovih efekata na proizvodnju postrojenja mogu dovesti do velikih gubitaka u ovom procesu i mogu opravdati ulaganje u sisteme za skladištenje energije.

Način na koji se poznati načini regulisanja nose sa ovim problemom ogleda se u određivanju maksimalnog nagiba promene snage koja se otprema u mrežu od strane postrojenja za povremeno generisanje snage. Na ovaj način se može osigurati da varijacije snage postrojenja, ili grupe postrojenja, neće prekoračiti dinamiku kojom druga postrojenja u sistemu mogu povećavati ili smanjivati snagu, tako da se balans potrošnje i proizvodnje ne menja u bilo kom trenutku.

Kako bi se postavile ove vrednosti, kao referenca se obično uzima brzina moguće varijacije snage kod termo-elektrana koja se kreće između 2,5% i 4% nominalne snage postrojenja u minuti, što je deo upravljivog generisanja snage. Stoga, osigurava se da će ostatak sistema, ukoliko poseduje dovoljni kontrolni kapacitet, brzo odgovoriti na gubitke snage kod postrojenja za povremenu proizvodnju energije. Druga mogućnost jeste razmatranje da će agregirana proizvodnja okolnih postrojenja proizvesti varijaciju snage koja se dobija kao suma snaga svih postrojenja, što je manje od snage proizvedene od strane svakog pojedinačnog postrojenja, tako da je moguće definisati maksimalan nagib za svako postrojenje koji je veći od nagiba koji se može kontrolisati pomoću raspoloživog kontrolnog kapaciteta, na primer 10% od nominalne snage u toku jednog minuta.

Postrojenja sa skladištenjem energije mogu kontrolisati brzinu fluktuacije na izlazu pomoću punjenja i pražnjenja sistema za skladištenje. Na primer, postrojenju kapaciteta 1,2 MW može biti dodat baterijski sistem kapaciteta 1 MW – 560 kWh sa kojim se mogu kontrolisati varijacije izlazne snage postrojenja prema maksimalnom nagibu promene snage određenom od strane sistema za kontrolu.

Postoje različite strategije koje su poznate u stanju tehnike, a koje se koriste kod solarnih i vetro-elektrana koje poseduju različite tehnologije za skladištenje energije, gde je uobičajen način za kontrolu fluktuacije snage skladištenje viška snage, odnosno nadoknađivanje manjka iz sistema za skladištenje tako da kada postoji porast snage u proizvodnji vrši se punjenje baterije, tako da proizvodnja koja se isporučuje u mrežu nema velike oscilacije, pri čemu kada dođe do pada snage, baterija obezbeđuje snagu kako bi se zadržala snaga koja se isporučuje u mrežu bez velikih oscilacija, pri čemu se ovaj postupak može izvršiti na različite načine uz postizanje različitih rezultata.

Neposredan način za postizanje ovoga zasniva se na kontrolnom algoritmu koji, u definisanom vremenu ciklusa, određuje vrednost punjenja ili pražnjenja za bateriju tako da u sledećem ciklusu ne dođe do nastanka vrednosti sa većom devijacijom od one koja je dozvoljena na osnovu maksimalnog nagiba fluktuacije snage. Ovo se može videti sa Slike 4.

Primer ograničenja nagiba fluktuacije snage je opisan u dokumentu JP 2008 259357.

Još jedan način za kontrolu koji je poznat u stanju tehnike jeste takozvana kontrola kašnjenja koja definiše vremenski okvir i nastavlja sa isporukom prema inicijalnim uslovima u postrojenju koji postoje na početku navedenog vremenskog okvira.

Različite strategije koriste bateriju na različite načine, tako da kada u toku ciklusa dolazi do manjeg pražnjenja baterije, to rezultuje dužim radnim vekom baterije i obratno.

Strategija kašnjenja omogućava skromnije dimenzionisanje baterije, ali istovremeno rezultuje i njenim intenzivnijim korišćenjem, što dovodi do skraćenja njenog radnog veka i većeg gubitka snage usled prolaska snage kroz bateriju, što uvek uključuje i nižu efikasnost jedinice. Stoga, proračun ekonomičnosti zahteva uzimanje oba navedena kriterijuma u obzir.

OPIS PRONALASKA

Predmetni pronalazak rešava navedeni tehnički problem pomoću postupka za kontrolu maksimalnog nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremenu proizvodnju energije, kojim se smanjuje veličina sistema za skladištenje energije koje je potrebno za ispunjavanje zahteva za ostvarivanje maksimalnog nagiba fluktuacije snage, čime se smanjuju troškovi investicije u postrojenje i/ili postiže racionalno korišćenje sistema za skladištenje energije na takav način da je za postizanje istog maksimalnog nagiba fluktuacije snage potrebno manje korišćenje sistema za skladištenje energije čime se produžava njegov radni vek i, time, smanjuju operativni troškovi postrojenja.

Kod bilo koje od navedenih strategija u vezi sa postojećim stanjem tehnike, kako se kontrola izlazne snage postrojenja vrši punjenjem i pražnjenjem sistema za skladištenje energije ograničenog kapaciteta, neophodno je dovesti sistem do definisane vrednosti napunjenosti (SOC – state of charge), odnosno do takozvane ciljne SOC vrednosti. Stoga, sistem za skladištenje neće dosegnuti svoje maksimalne i minimalne tehnički dozvoljene vrednosti, čime će se osigurati da sistem za skladištenje energije poseduje dovoljno uskladištene snage, kao i dovoljni kapacitet za punjenje kako bi ostvario svoju funkciju. Strategija punjenja sistema za skladištenje energije kada se SOC vrednost spusti sa unapred određene vrednosti i pražnjenja baterije kada se SOC vrednost poveća sa unapred definisane vrednosti biće posmatrana kao algoritam za stanje punjenja; ili kao komponenta punjenja i pražnjenja koja zavisi od rastojanja trenutne SOC vrednosti i ciljne SOC vrednosti.

Stoga, dizajn sistema za skladištenje energije koji je potrebno uključiti u postrojenje za povremenu proizvodnju energije se realizuje određivanjem, na prvom mestu, strategije globalnog načina rada postrojenja. Do sada su pomenute strategije za kontrolno praćenje maksimalnog nagiba fluktuacije snage i strategije kašnjenja. Na osnovu prognoziranih fluktuacija solarnog ili vetro-resursa i strategije koja se prati biće određen kapacitet punjenja i pražnjenja sistema za skladištenje energije koji je potreban u postrojenju. Stoga će biti izmeren ukupan kapacitet snage sistema za skladištenje energije i ciljne SOC vrednosti, tako da baterija može obezbediti zahtevani kapacitet punjenja i pražnjenja. Strategija će biti uključena kako se SOC vrednost sistema u toku rada ne bi previše udaljila od ciljne vrednosti tako da se tokom vremena osigura postizanje zahtevane funkcionalnosti.

Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije prema predmetnom pronalasku, koji se može primeniti na, na primer, fotonaponske solarne elektrane, a gde je sistem za skladištenje energije na primer baterija, sadrži korak postavljanja maksimalnog nagiba varijacije snage koja se isporučuje u mrežu od strane postrojenja za povremenu proizvodnju energije.

Pronalazak uzima u obzir da uslovi fluktuacije izlazne snage postrojenja i uslovi stanja popunjenosti sistema za skladištenje energije mogu biti dinamički na takav način da će varirati u zavisnosti od drugih parametara. Zapisi o varijacijama imaju smisla znajući način primene i način na koji postrojenja za povremeno generisanje obnovljive energije rade.

Korak postavljanja maksimalnog nagiba varijacije snage koja se isporučuje u mrežu od strane postrojenja za povremeno generisanje energije izvršava se u postupku prema predmetnom pronalasku pomoću:

pod-koraka postavljanja dinamičke komponente nagiba koja se definiše kao nagib pod kojim se može menjati snaga postrojenja u toku svakog kontrolnog ciklusa u zavisnosti od stanja napunjenosti sistema za skladištenje energije (SOC).

dodatno, može se izvršiti pomoću pod-koraka dinamičkog postavljanja ciljne SOC vrednosti (SOCtar) sistema za skladištenje energije na osnovu trenutne generisane snage postrojenja i/ili njenog predviđanja na osnovu predviđanja meteoroloških uslova.

Obzirom da se korak postavljanja maksimalnog nagiba varijacije snage koja se isporučuje u mrežu od strane postrojenja za povremeno generisanje energije vrši podkorakom postavljanja dinamičke komponente definisane putem nagiba promene izlazne snage postrojenja u toku svakog kontrolnog ciklusa, a prema stanju napunjenosti sistema za skladištenje energije (SOC), osigurava se da fluktuacija isporučene snage postrojenja ili grupe postrojenja neće prekoračiti maksimalnu dozvoljenu dinamiku; koja je fiksirana u skladu sa tim da druga postrojenja u sistemu mogu povećati ili smanjiti snagu, tako da se u svakom trenutku ne menja balans između proizvodnje i potrošnje u čitavom sistemu.

Stoga, ukoliko je stanje napunjenosti ispod referentne vrednosti, nagib se modifikuje tako da se pomogne punjenje sistema za skladištenje energije. Ukoliko je stanje napunjenosti sistema veće od referentne vrednosti, onda se nagib modifikuje tako da se pomogne pražnjenje sistema za skladištenje energije, pri čemu se uvek postiže maksimalan dozvoljeni nagib promene snage.

Na ovaj način se umanjuje korišćenje sistema za skladištenje energije (broj ciklusa pražnjenja i punjenja u slučaju baterije) obzirom da se na osnovu korišćenja dinamičkog ograničavanja maksimalnog nagiba varijacija snage u zavisnosti od stanja napunjenosti sistema za skladištenje energije, baterija u najmanjoj mogućoj meri udaljava od zadate ciljne SOC vrednosti.

U slučaju kada se korak postavljanja maksimalnog nagiba varijacije snage koja se isporučuje u mrežu od strane postrojenja za povremeno generisanje energije dodatno izvodi pomoću pod-koraka dinamičkog postavljanja ciljne SOC vrednosti (SOCtar) sistema za skladištenje energije na osnovu trenutne vrednosti snage koju generiše postrojenje i/ili na osnovu njenog predviđanja pomoću predviđanja meteoroloških uslova, osigurava se da će ukoliko postrojenje generiše snagu koja je blizu nominalne snage ciljna SOC vrednost biti povećana obzirom da će fluktuacije do kojih može doći proizvesti pražnjenje sistema za skladištenje energije, dok će ukoliko postrojenje generiše snagu koja je manja od nominalne snage doći do smanjenja i ciljne SOC vrednosti.

Na ovaj način se sistem za skladištenje energije dimenzioniše na optimalniji način, a takođe se umanjuje i njegovo korišćenje i produžava njegov radni vek. Dinamičkim postavljanjem ciljne SOC vrednosti (SOCtar) sistema za skladištenje energije će se, suštinski, omogućiti smanjenje veličine sistema za skladištenje energije koja je potrebna za postizanje maksimalnog nagiba.

Kombinacija izvođenja oba pod-koraka postavljanja vrednosti nagiba dostiže optimum u zavisnosti od načina primerne.

Opciono, pod-korak postavljanja dinamičke komponente nagiba definisane kao nagib pod kojim se može menjati snaga u toku svakog kontrolnog perioda u zavisnosti od stanja napunjenosti sistema za skladištenje energije (SOC), sadrži korak filtriranja dinamičkog nagiba kako se snaga postrojenja ne bi dovela na isuviše nizak nivo ili nivo blizak nominalnoj snazi postrojenja.

Do ovoga dolazi zbog toga što pri prethodno navedenim uslovima snage koju generiše postrojenje može doći do velikih fluktuacija izlazne snage postrojenja koje mogu dostići i do 90%. Ovo stanje logički nikad ne može nastati ukoliko postrojenje generiše svega 40 ili 60% od svoje nominalne snage. Filtriranje će učiniti da su nagibi varijacije snage dostupni samo unutar opsega generisane snage postrojenja (prvenstveno unutar 30% do 70% od nominalne snage postrojenja), dok se izvan tog opsega primenjuju maksimalna ograničenja nagiba varijacije snage.

Pored dva prethodno opisana pod-koraka koji omogućavaju izvođenje koraka postavljanja maksimalnog nagiba varijacije snage koja se isporučuje u mrežu od strane postrojenja za povremenu proizvodnju energije, postupak prema predmetnom pronalasku može sadržati i pod-korak postavljanja kontrolnog algoritma koji upravlja stanjem napunjenosti sistema za skladištenje energije koji u proračun dodaje komponentu punjenja i pražnjenja kako bi se obezbedilo da u sledećem ciklusu ne dođe do devijacije od ciljne SOC vrednosti, čime se uvek postiže maksimalno dozvoljena vrednost nagiba promene snage.

Usled toga ovaj algoritam dodaje komponentu punjenja sistema za skladištenje energije ukoliko je stanje napunjenosti sistema za skladištenje energije ispod ciljne SOC vrednosti, odnosno komponentu pražnjenja sistema za skladištenje energije ukoliko je stanje napunjenosti sistema za skladištenje iznad ciljne SOC vrednosti, čime se omogućava primena opsega neosetljivosti ili histerezisa za ograničavanje uslova aktivacije ovog algoritma u zavisnosti od dovoljno velikih devijacija od ciljne SOC vrednosti.

Kada postupak koristi pod-korak postavljanja algoritma za kontrolu SOC vrednosti sistema za skladištenje energije, ukoliko postrojenje generiše više od, na primer, 70% svoje nominalne snage, ciljna SOC vrednost se povećava sa 50% na vrednost između 70 i 100%, dok ukoliko postrojenje proizvodi manje od 30% svoje nominalne snage, ciljna SOC vrednost se smanjuje sa 50% na vrednosti između 0 i 30%.

U sledećoj tabeli prikazane su veze između različitih parametara i postupka prema predmetnom pronalasku i postupaka kontrole nagiba i kašnjenja prema stanju tehnike, čime se demonstrira poboljšanje različitih parametara usled navedenog postupka u slučaju kada se kao sistem za skladištenje energije koristi baterija.

Kao što je prikazano u tabeli, korišćenjem dinamičkog postavljanja nagiba promene snage korišćenje sistema za skladištenje energije se značajno poboljšava, što je u ovom slučaju baterija (reflektovano parametrom „Godišnja srednja vrednost baterije“), čime se umanjuje broj ciklusa koje izvodi baterija i povećava njen radni vek, što je kritična tačka obzirom da se foto-naponska postrojenja projektuju sa životnim vekom od najmanje 25 godina. Kao što se može uočiti u tabeli iznad, parametar godišnje maksimalne vrednosti baterije reflektuje veličinu baterije koju je potrebno postaviti u postrojenju za svaki MW foto-naponskog kapaciteta postrojenja. Što je veći broj, veća je i investicija koja je potrebna za zadovoljenje potreba.

Šta više, u slučaju kombinovanja dinamičkog postavljanja nagiba snage sa dinamičkim određivanjem SOC strategije, zahteva se smanjenje godišnje maksimalne vrednosti baterije, čime se ponovo povećava korišćenje baterije, usled čega se u zavisnosti od konkretnog projekta može odrediti i optimalna primena obe strategije. Primena predikcije vremenskih uslova kako bi se detektovali uslovi pod kojima može doći do velikih fluktuacija snage može biti korisna kako bi se primenila strategija dinamičkog postavljanja SOC vrednosti samo pod navedenim uslovima, i pridodati na redukciju veličine baterije što rezultuje najmanjim brojem ciklusa punjenja i pražnjenja baterije tokom korišćenja i produžetkom njenog radnog veka.

Obe strategije, kao što je već bilo prokomentarisano, mogu biti primenjene nezavisno jedna od druge ukoliko je željeni efekat takav da je jedan od dva rezultata znatno dominantniji u odnosu na drugi.

U određenim slučajevima, zahtevi za postizanje maksimalnog nagiba fluktuacije snage mogu biti transformisani u zahtev za postizanje koraka snage. Ukoliko se pomoću merne opreme u postrojenju izvrši potvrđivanje fluktuacije snage, što se radi merenjem proizvodnje na, na primer, svakih 15 minuta, rezultat postavljenih zahteva za ograničavanjem fluktuacije snage će biti primenljiv samo na intervale od 15 minuta. Nagib se u tom trenutku pretvara u korak snage u trajanju od 15 minuta dok se strategija postizanja može prilagoditi zahtevu na takav način da se umanjuje njena primena.

Strategija pod nazivom korak, koja je poznata u stanju tehnike, osigurava da se merenje fluktuacije snage vrši u dve vremenske tačke koje se nalaze na određenom vremenskom razmaku, na primer, prethodno navedenih 15 minuta ali tokom kraćeg vremena.

Predmetni pronalazak koristi sisteme za skladištenje energije pod koje potpadaju prethodno navedena baterija, super-kondenzatori ili čak zamajci kod kojih uskladištena energija nije električna energija.

1

Postrojenja za povremeno generisanje energije kod kojih se može primeniti postupak prema predmetnom pronalasku su foto-naponske solarne elektrane, vetrogeneratorske farme ili elektrane koje generišu struju pomoću snage plime i oseke.

OPIS SLIKA NACRTA

Kako bi se opis predmetnog patenta mogao primeniti, a i kako bi se obezbedilo njegovo bolje razumevanje, priložen je skup slika nacrta kao deo ovog opisa sa ilustrativnom ali ne i ograničavajućom svrhom, na kojima je reprezentovano sledeće:

Slika 1 – Prikazuje blok dijagram postupka prema pronalasku i u skladu sa prvim poželjnim izvođenjem.

Slika 2 – Prikazuje blok dijagram postupka prema pronalasku i u skladu sa drugim poželjnim izvođenjem.

Slika 3 – Prikazuje blok dijagram postupka prema pronalasku i u skladu sa trećim poželjnim izvođenjem.

Slika 4 – Prikazuje dijagram evolucije snage kod postrojenja za povremenu proizvodnju energije, i korak postavljanja maksimalnog nagiba varijacije snage koju postrojenje isporučuje u mrežu prema postojećem stanju tehnike.

Slika 5 – Prikazuje dijagram nagiba pod kojim se može menjati snaga postrojenja u svakom od kontrolnih ciklusa u zavisnosti od stanja napunjenosti sistema za skladištenje energije, a posebno baterije, na osnovu postupka prema predmetnom pronalasku. Kod navedenog dijagrama SOC je 50%.

Slika 6 – Prikazuje dijagram evolucije snage kod postrojenja za povremenu proizvodnju energije i pod-korak postavljanja dinamičke komponente nagiba definisane kao nagib pod kojim se može vršiti promena snage postrojenja u toku svakog kontrolnog ciklusa prema SOC vrednosti sistema za skladištenje energije i na osnovu postupka prema predmetnom pronalasku.

Slika 7 – Prikazuje šemu korišćenja dinamičkog postavljanja nagiba promene snage prema snazi koju generiše postrojenje u datom trenutku, a na osnovu postupka prema predmetnom pronalasku.

Slika 8 – Prikazuje dva primera zahteva za primenu pod-koraka postavljanja kontrolnog algoritma za kontrolisanje stanja napunjenosti sistema za skladištenje energije.

Slika 9 – Prikazuje SOC zahtev baterije prema maksimalnom nagibu varijacije snage sa leve strane i snage za kontrolu SOC sa desne strane, za kombinaciju pod-koraka postavljanja dinamičke komponente definisane kao nagib pod kojim se snaga postrojenja može menjati u toku svakog kontrolnog ciklusa, prema stanju napunjenosti sistema za skladištenje energije (SOC), i pod-koraka postavljanja kontrolnog algoritma za kontrolu stanja napunjenosti sistema za skladištenje energije.

Slika 10 – Prikazuje nekoliko primera SOC vrednosti snage postrojenja kada se primenjuje dinamička ciljna SOC vrednost na osnovu trenutne snage koju generiše postrojenje i/ili predviđanjem njene vrednosti putem predviđanja meteoroloških uslova.

Slika 11 – Prikazuje dijagrame koji sa leve strane predstavljaju snagu postrojenja na koju je primenjen postupak konstantnog koraka, a sa desne strane postupak prostog koraka, gde su oba postupka poznata u stanju tehnike.

Slika 12 – Prikazuje dijagram koji sa leve strane reprezentuje snagu postrojenja na koju je primenjen postupak konstantnog koraka, a sa desne strane postupak prostog koraka prema postupku dinamičkog postavljanja nagiba snage prema predmetnom pronalasku.

Slika 13 – Prikazuje dijagram evolucije stanja napunjenosti sistema za skladištenje energije, koji je na primer baterija, i teoretski i realno toko dana u toku kojeg je primenjen postupak dinamičkog postavljanja nagiba snage prema predmetnom pronalasku, gde teoretska vrednost napunjenosti sistema reflektuje ciljnu SOC vrednost koja varira u zavisnosti od generisane snage i/ili uslova predikcije generisanja snage, kao i kako algoritam prati ovu stvarnu vrednost napunjenosti.

PRVENSTVENA IZVOĐENJA PRONALASKA

U daljem tekstu biće predstavljen detaljan opis prvenstvenog izvođenja predmetnog pronalaska u skladu sa Slikama 1 do 13 navedenim iznad.

Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije, a koji je prema prvenstvenom izvođenju baterija i koji se može primeniti na foto-naponska postrojenja, sadrži korak postavljanja maksimalnog nagiba varijacije snage koja se isporučuje u distributivnu mrežu od strane foto-naponskog solarnog postrojenja koji se izvodi pomoću kombinacije sledećih pod-koraka:

● pod-koraka postavljanja dinamičke komponente nagiba definisane kao nagib pod kojim snaga postrojenja može varirati u toku svakog kontrolnog ciklusa, a na osnovu stanja napunjenosti (SOC) sistema za skladištenje energije;

● pod-koraka postavljanja kontrolnog algoritma koji upravlja stanjem napunjenosti sistema za skladištenje energije koji u proračun dodaje i komponentu punjenja ili pražnjenja sistema tako da u sledećem ciklusu ne dođe do devijacije od ciljne SOC vrednosti, kao i da se uvek ostvari ograničavajući maksimalni nagib; i

● pod-koraka dinamičkog postavljanja ciljne SOC vrednosti sistema za skladištenje energije i/ili predviđanja njene vrednosti na osnovu predviđanja vremenskih prilika.

Ovom kombinacijom pod-koraka realizuje se optimalan postupak za kontrolu fluktuacije snage, koji je šematski prikazan na Slici 1.

Alternativno, kao što je šematski prikazano na Slici 3, opisan je postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage koji se sastoji samo od:

● pod-koraka postavljanja dinamičke komponente nagiba definisane kao nagib pod kojim snaga postrojenja može varirati u toku svakog kontrolnog ciklusa, a na osnovu stanja napunjenosti (SOC) sistema za skladištenje energije; i

● pod-koraka postavljanja kontrolnog algoritma koji upravlja stanjem napunjenosti sistema za skladištenje energije koji u proračun dodaje i

1

komponentu punjenja ili pražnjenja sistema tako da u sledećem ciklusu ne dođe do devijacije od ciljne SOC vrednosti, kao i da se uvek ostvari ograničavajući maksimalni nagib.

Konvencijalno i šematski prikazano na Slici 2, opisan je postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage koji se sastoji samo od:

● pod-koraka dinamičkog postavljanja ciljne vrednosti stanja napunjenosti (SOCtar) sistema za skladištenje energije, na osnovu trenutne snage koju generiše postrojenje i/ili njenog predviđanja na osnovu predviđanja vremenskih prilika.

Odluka o izboru bilo koje od prethodno opisanih alternativa može se izvršiti na osnovu prognoze vremenskih uslova.

Slika 5 prikazuje dijagram nagiba pod kojim u svakom kontrolnom ciklusu može varirati snaga sistema, u skladu sa stanjem napunjenosti sistema za skladištenje energije, a posebno baterije, prema pod-koraku postavljanja dinamičke komponente nagiba definisane kao nagib pod kojim snaga postrojenja može varirati u toku svakog kontrolnog ciklusa, a na osnovu stanja napunjenosti (SOC) sistema za skladištenje energije.

Slika 6 prikazuje dijagram evolucije snage u postrojenju za povremeno generisanje energije i korak postavljanja dinamičke komponente nagiba definisane kao nagib pod kojim snaga postrojenja može varirati u toku svakog kontrolnog ciklusa, na osnovu stanja napunjenosti (SOC) sistema za skladištenje energije.

Opciono, pod-korak postavljanja dinamičke komponente nagiba definisane kao nagib pod kojim snaga postrojenja može varirati u toku svakog kontrolnog ciklusa, na osnovu stanja napunjenosti (SOC) sistema za skladištenje energije, sadrži korak filtriranja dinamičkih nagiba kako se snaga postrojenja ne bi dovela na previše nizak nivo ili u blizinu nivoa nominalne snage postrojenja, kao što se može videti sa Slike 7. Ovaj korak filtriranja čini da je pod-korak postavljanja dinamičke komponente nagiba definisane kao nagib pod kojim snaga postrojenja može varirati u toku svakog kontrolnog ciklusa, na osnovu stanja napunjenosti (SOC) sistema za skladištenje energije, primenljiv samo unutar jednog opsega snage koju generiše postrojenje (na primer, uzimajući donji opseg od 20 i 40% nominalne snage, kao i gornji opseg od između 60 i 80% nominalne snage), dok se izvan tog opsega primenjuju maksimalna ograničenja nagiba.

Slika 8 prikazuje dva primera zahteva za primenu pod-koraka postavljanja kontrolnog algoritma za upravljanje stanjem napunjenosti sistema za skladištenje energije. Algoritam primenjen na osnovu koraka prikazanih sa leve strane i algoritam primenjen na osnovu hiljadu koraka prikazanih sa desne strane.

Ovaj pod-korak postavljanja algoritma dodaje i komponentu punjenja baterije ukoliko je stanje napunjenosti sistema za skladištenje energije ispod ciljne SOC vrednosti, kao i komponentu pražnjenja baterije ukoliko je stanje napunjenosti sistema za skladištenje energije iznad ciljne SOC vrednosti, čime se omogućava korišćenje opsega neosetljivosti ili histerezisa za ograničavanje uslova aktivacije ovog algoritma na dovoljno velike devijacije od ciljne SOC vrednosti.

Slika 9 prikazuje zahtev za SOC vrednostima baterije na osnovu maksimalnog nagiba sa leve strane i na osnovu snage kontrole SOC vrednosti sa desne strane, radi kombinovanja pod-koraka postavljanja dinamičke komponente nagiba definisane kao nagib pod kojim snaga postrojenja može varirati u toku svakog kontrolnog ciklusa, na osnovu stanja napunjenosti (SOC) sistema za skladištenje energije, i pod-koraka postavljanja kontrolnog algoritma za upravljanje stanjem napunjenosti sistema za skladištenje energije.

Prema ovom prvenstvenom primeru izvođenja, kao što je prikazano na Slici 9, određuju se vrednosti SOC koje se smatraju optimalnim za postrojenje, a koje su označene kao SOCref1, između SOC (50%) i SOCmax i SOCref2 između SOC (50%) i SOCmin, koje definišu optimalni dinamički nagib pod navedenim uslovima snage koju generiše postrojenje, gde može doći do velikih fluktuacija izlazne snage postrojenja koje mogu dosegnuti i vrednost od 90%.

1

Vrednosti SOCref1 i SOCref2 zavise od maksimalnog nagiba koji se zahteva. Ukoliko postoji zahtev za veoma velikim maksimalnim nagibom, baterija koja je potrebna kako bi se ovo ostvarilo će biti veoma mala i SOC varijacije baterije koje su uzrokovane postrojenjem će biti brze, kao i obrnuto. Ovo menja optimalnu vrednost koja se nalazi između ove dve vrednosti.

Prvenstveno SOCref1 i SOCref2 su vrednosti koje su bliske jedna drugoj, ali i različite kako bi se izbegla nestabilna primena postupka, obzirom da bi primena veoma različitih vrednosti umanjila poboljšanja koja donosi dinamičko postavljanje nagiba.

Pod-korak postavljanja dinamičke komponente nagiba definisane kao nagib pod kojim može varirati snaga postrojenja u toku svakog kontrolnog ciklusa, a prema stanju napunjenosti sistema za skladištenje energije (SOC), kod svih prethodno opisanih primera može biti konstantna ili promenljiva vrednost, u saglasnosti sa razlikom između SOC vrednosti sistema za skladištenje energije i njegove ciljne SOC vrednosti.

Slika 10 prikazuje zahtev za ciljnom SOC vrednošću primenjen na pod-korak dinamičkog postavljanja ciljne SOC vrednosti (SOCtar) sistema za skladištenje energije, na osnovu trenutne snage koju generiše postrojenje i/ili njenog predviđanja na osnovu predviđanja vremenskih prilika.

Dodatno, postupak može imati vreme merenja fluktuacija snage koje je znatno duže od vremena trajanja kontrolnog ciklusa, što dovodi do kontrolnih koraka. Obzirom da će kontrolni sistem postrojenja imati vreme ciklusa zasnovano na brzini proračunavanja i brzini komunikacije koje uobičajeno mogu biti između 100 ms i 5 s, i obzirom da električne mreže prikazuju inerciju usled prisustva sinhronih generatora koji su povezani na njih, a primarni kontrolni uređaji koji mogu biti u minutima, zahtev za postizanje nagiba se može ispuniti na osnovu merenja koje se izvršava na svaki određeni broj minuta, na primer na svakih 15 minuta.

U ovim slučajevim definiše se vremenski period za merenje fluktuacija snage. Kako bi se to ostvarilo, realizuje se strategija pod nazivom „koraci“, koja je poznata u stanju tehnike, a koja definiše korake u toku vremena merenja fluktuacije gde bilo kakva fluktuacija koja ne prekoračuje taj korak ne zahteva izvođenje bilo kakve akcije, pri čemu vrednosti fluktuacije koje prekoračuju taj korak menjanju nivo ciljnog koraka.

1

Slika 11 prikazuje situaciju konstantnog koraka i situaciju prostog koraka za statičnu situaciju poznatu u stanju tehnike.

Kao što je prikazano na navedenoj Slici 11, koraci snage se mogu nadgrađivati tako da se dostigne određeno vreme sa fluktuacijama snage tako da je snaga konstantna u toku vremena između dva merenja (na primer 15 minuta), što se smatra konstantnim korakom, pri čemu se zahteva manji kapacitet baterije koji je ekvivalentan oblasti u krivi snage između izlazne snage postrojenja i snage koju generiše postrojenje. Koraci se takođe mogu nadgrađivati reprodukujući fluktuacije snage unutar vremena koraka kako bi se potrebna veličina baterije dodatno redukovala, što se smatra prostim korakom koji je poznat u stanju tehnike.

Strategije pod nazivom koraci mogu takođe biti primenjene na prethodno opisane strategije dinamičkog postavljanja nagiba na osnovu SOC vrednosti (kombinovane ili ne sa funkcijom kontrole SOC vrednosti) ili dinamičkog određivanja SOC vrednosti na osnovu trenutne potrošnje postrojenja. Slika 12 prikazuje efekte primene dinamičkog postavljanja nagiba na dva moguća tipa koraka.

Dodatno, prema ovom primeru izvođenja postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom baterije kod postrojenja za povremeno generisanje energije podrazumeva pod-korak određivanja stanja napunjenosti sistema na osnovu sistema predviđanja vremenskih prilika tokom kratkih vremenskih perioda. Ovi sistemi pokušavaju da predvide, uobičajeno za unapred određeni period vremena rada solarnog postrojenja koji sledi nakon trenutnog, koji je prvenstveno jedan sat, raspoloživo zračenje i, stoga, generisanu snagu postrojenja sa preciznošću manjom od jednog minuta. Primeri ovakvih sistema su zasnovani na kamerama koje snimaju nebo, parametrima trenutnog vetra i zračenja kao i korišćenju slika oblačnosti sa satelita u realnom vremenu, i mogu se koristiti za definisanje postojećih uslova u postrojenju tokom ovog perioda.

Pomoću predviđanja ovog tipa, unapred se mogu pretpostaviti uslovi zračenja u budućnosti koji se mogu pretvoriti u predviđene varijacije stanja napunjenosti baterije kako bi se postigle ciljne fluktuacije snage i prilagodio dinamički određeni nagib pod kojim će postrojenje raditi kako bi se minimizovalo odstupanje stanja napunjenosti baterije od ciljne referentne vrednosti, kao što je prikazano na Slici 13.

1

Primer implementacije postupka prema predmetnom pronalasku će biti kao što sledi:

● dinamičko određivanje nagiba koji varira između 40% i 60% SOC vrednosti; ● kontrola SOC vrednosti baterije ukoliko je SOC vrednost baterije < 40% → algoritam neprekidnog punjenja.

● Kontrola SOC vrednosti baterije ukoliko je SOC vrednost baterije > 60% → algoritam neprekidnog pražnjenja.

1

Claims

PATENTNI ZAHTEVI

1. Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremenu proizvodnju energije sadrži:

korak postavljanja maksimalne vrednosti nagiba varijacije snage koja se isporučuje u mrežu od strane postrojenja za proizvodnju energije,

naznačen time, što se navedeni korak postavljanja maksimalnog nagiba varijacije snage (SOC maksimalni nagib) izvršava pomoću

pod-koraka postavljanja dinamičke komponente nagiba (SOC dinamički nagib) koja se definiše kao nagib pod kojim se može menjati snaga postrojenja u toku svakog kontrolnog ciklusa u zavisnosti od stanja napunjenosti sistema za skladištenje energije (SOC).

2. Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremeno generisanje snage prema Zahtevu 1, naznačen time, što se korak postavljanja maksimalnog nagiba varijacije dodatno izvršava pomoću:

pod-koraka dinamičkog postavljanja ciljne SOC vrednosti (SOCtar) sistema za skladištenje energije na osnovu trenutne generisane snage postrojenja i/ili njenog predviđanja na osnovu predviđanja meteoroloških uslova.

3. Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremeno generisanje energije prema Zahtevima 1 ili 2, naznačen time, što pod-korak postavljanja dinamičke komponente nagiba koja se definiše kao nagib pod kojim se može menjati snaga postrojenja u toku svakog kontrolnog ciklusa u zavisnosti od stanja napunjenosti sistema za skladištenje energije (SOC) podrazumeva filtriranje dinamičkih nagiba kako postrojenje za proizvodnju energije ne bi radilo pri previše niskoj, niti previše blizu nominalne snage.

4. Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremeno generisanje energije prema bilo kojem od Zahteva 1 do 3, naznačen time, što sadrži pod-korak postavljanja kontrolnog algoritma koji upravlja stanjem napunjenosti sistema za skladištenje energije koji u proračun dodaje komponentu punjenja i pražnjenja kako bi se obezbedilo da u sledećem ciklusu ne dođe do devijacije od ciljne SOC vrednosti, čime se uvek postiže maksimalno dozvoljena vrednost nagiba snage.

5. Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremeno generisanje energije prema bilo kojem od prethodnih Zahteva, naznačen time, što postupak primenjuje pod-korak postavljanja dinamičke komponente nagiba koja se definiše kao nagib pod kojim se može menjati snaga postrojenja u toku svakog kontrolnog ciklusa u zavisnosti od stanja napunjenosti sistema za skladištenje energije (SOC), pri čemu ukoliko je stanje napunjenosti ispod referentne vrednosti, nagib se modifikuje kako bi se pomoglo da se sistem za skladištenje energije napuni, dok ukoliko je stanje napunjenosti iznad referentne vrednosti, nagib se modifikuje kako bi se pomoglo pražnjenje sistema za skladištenje energije.

6. Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremeno generisanje energije prema Zahtevu 5, naznačen time, što je pod-korak postavljanja dinamičke komponente nagiba koja se definiše kao nagib pod kojim se može menjati snaga postrojenja u toku svakog kontrolnog ciklusa u zavisnosti od stanja napunjenosti sistema za skladištenje energije (SOC) konstantna ili promenljiva vrednost u skladu sa razlikom između SOC vrednosti sistema za skladištenje energije i njegove ciljne SOC vrednosti.

7. Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremeno generisanje energije prema bilo kojem od Zahteva 3 do 6, naznačen time, što se korak filtriranja dinamičkih nagiba izvan opsega sastoji od između 30% i 70% nominalne snage fabrike.

8. Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremeno generisanje energije prema Zahtevu 4, naznačen time, što pod-korak postavljanja kontrolnog algoritma koji upravlja stanjem napunjenosti sistema za skladištenje energije podrazumeva dodavanje:

● komponente punjenja sistema ukoliko je stanje napunjenosti sistema za skladištenje energije ispod ciljne SOC vrednosti, i ● komponente pražnjenja sistema ukoliko je vrednost napunjenosti sistema za skladištenje iznad ciljne SOC vrednosti.

9. Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremeno generisanje energije prema Zahtevu 8, naznačen time, što pod-korak postavljanja kontrolnog algoritma koji upravlja stanjem napunjenosti sistema za skladištenje energije koristi opseg neosetljivosti ili histerezis kako bi se ograničili uslovi aktivacije ovog algoritma u odnosu na dovoljno velike devijacije od ciljne SOC vrednosti.

10. Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremeno generisanje energije prema Zahtevu 8, naznačen time, što pod-korak postavljanja kontrolnog algoritma koji upravlja stanjem napunjenosti sistema za skladištenje energije povećava ciljnu SOC vrednost sa 50% na vrednost između 70 i 100% ukoliko postrojenje generiše više od 70% svoje nominalne snage, odnosno smanjuje ciljnu SOC vrednost sa 50% na vrednost između 0 i 30% ukoliko postrojenje proizvodi manje od 30% svoje nominalne snage.

11. Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremeno generisanje energije prema bilo kojem od prethodnih Zahteva, naznačen time, što se primenjuje na strategiju koraka.

12. Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremeno generisanje energije prema bilo kojem od prethodnih Zahteva, naznačen time, što se sistem za skladištenje energije bira iz grupe koja sadrži: baterije, super-kondenzatore i zamajce.

13. Postupak za kontrolu nagiba fluktuacije snage primenom sistema za skladištenje energije kod postrojenja za povremeno generisanje energije prema bilo kojem od prethodnih Zahteva, naznačen time, što se postrojenje za povremeno generisanje energije bira iz grupe koja sadrži: foto-naponske solarne elektrane, farme vetro-generatora i elektrane pokretane snagom plime i oseke.