No sistema de energia, a integração de dispositivos de armazenamento de energia pode ter um impacto no fator de potência da grade, especialmente em certos cenários de operação, o que pode levar a uma diminuição no fator de potência e resultar em multas para empresas que consomem eletricidade. Isso é prejudicial aos benefícios econômicos do armazenamento de energia e ao consumo de eletricidade das empresas. Então, por que a integração de armazenamento de energia reduz o fator de potência da rede de energia e como ela deve ser tratada?
1 O principal motivo do baixo fator de potência causado pela integração de armazenamento de energia
O fator de potência é um indicador importante para medir a proporção de energia ativa para a potência total em um sistema de energia. Fator de potência=p\/s, onde p é potência ativa e s é uma potência aparente. O fator de potência diminui após a conexão do sistema de armazenamento de energia, principalmente relacionado aos seguintes fatores:
1. Características de potência reativa dos inversores de armazenamento de energia (PCs)
Os sistemas de armazenamento de energia geralmente são conectados à grade através de inversores de armazenamento de energia. O PCS é essencialmente um conversor eletrônico de energia, que pode gerar os seguintes problemas durante a operação:
As características não ideais dos dispositivos de comutação:O IGBT e outros dispositivos de comutação têm demanda transitória de energia reativa durante o processo de comutação, o que pode fazer com que os PCs injete ou absorvam a energia reativa na grade.
O impacto da estratégia de controle:Se os PCs adotarem "controle constante de energia ativa" sem a regulação do circuito fechado da potência reativa, seu fator de potência pode se desviar de 1. Por exemplo, quando o sistema precisar responder rapidamente às flutuações ativas de energia, os PCs podem absorver temporariamente a energia reativa reativa devido às limitações de largura de banda de loop atual, resultando em uma diminuição em um fator de potência instantâneo.
Poluição harmônica:A modulação do PWM dos PCs gera correntes harmônicas (como 5ª e 7ª harmônicas), que aumentam a potência aparente do sistema e reduzem indiretamente o fator de potência.
2. Comutação de modo de operação do sistema de armazenamento de energia
Quando o sistema de armazenamento de energia alterna entre os modos de carregamento e descarga, pode haver flutuações em energia reativa:
Modo de carregamento:O sistema de armazenamento de energia é equivalente a uma "carga indutiva", que pode absorver a potência reativa atrasada (especialmente nos estágios iniciais do carregamento da bateria, onde a corrente é grande e as fases).
Modo de descarga:Se o controle de PCS for inadequado, poderá gerar energia reativa avançada (como quando a bateria é descarregada, o inversor poderá entrar na área de trabalho capacitiva devido a flutuações de tensão CC).
Processo transitório:Durante a comutação do modo, o loop bloqueado de fase (PLL) dos PCs pode perder o bloqueio devido a flutuações de tensão na grade de energia, resultando em perda de controle da corrente reativa e redução de curto prazo do fator de potência.
3. Impedância de grade e ressonância do sistema
Quando o sistema de armazenamento de energia está conectado à rede de distribuição, se houver impedância indutiva na grade (como linhas longas, reatância de vazamento de transformador), ela pode formar um circuito ressonante de LC com o capacitor de filtragem do sistema de armazenamento de energia:
A ressonância amplifica as correntes harmônicas de uma frequência específica, levando a um aumento na potência reativa e uma deterioração do fator de potência. Quando o capacitor de filtro de saída do sistema de armazenamento de energia ressoa com a indutância da grade em uma certa frequência harmônica, a corrente harmônica pode atingir várias vezes a corrente nominal, aumentando significativamente a potência aparente s
4. O efeito sinérgico de várias unidades de armazenamento de energia
Em usinas de armazenamento de energia em larga escala, várias unidades de armazenamento de energia (como agrupamentos de bateria) conectadas em paralelo à grade podem exacerbar os problemas do fator de potência devido aos seguintes motivos:
Inconsistência do parâmetro:Os parâmetros de controle de cada PCS (como os parâmetros do regulador de PI e o tempo morto) têm pequenas diferenças, resultando na distribuição desigual da corrente reativa durante a conexão e sobrecarga paralelas de algumas unidades.
Problema atual circulante:Os PCs paralelos podem gerar corrente circulante devido a diferenças de fase ou amplitude de tensão, que contêm uma grande quantidade de componentes de potência reativa e reduz ainda mais o fator geral de potência do sistema.
2 O impacto da deterioração do fator de potência
1. Aumento das perdas de grade de energia:A potência reativa pode levar ao aumento das perdas de cobre nas linhas de transmissão e nos transformadores, reduzindo a eficiência do sistema.
2. Diminuição da estabilidade da tensão:A potência reativa do atraso pode causar uma queda de tensão na grade de energia, especialmente no final da rede de distribuição, o que pode afetar a operação normal de outras cargas.
3. Risco de penalidade de eletricidade:A maioria das empresas de grade de energia possui requisitos de avaliação para o fator de potência colateral do usuário (como multas para o fator de potência abaixo 0. 9). Se o fator de potência não atender ao padrão após o armazenamento de energia estiver conectado, poderá aumentar os custos operacionais.
4.Harmônicos e correntes reativas podem causar aumento do aquecimento de equipamentos, como transformadores e cabos, acelerando o envelhecimento do isolamento.
3 Solução para otimização do fator de potência
Para abordar a questão do fator de potência causada pelo acesso ao armazenamento de energia, pode ser adotada uma estratégia abrangente de "melhoria do equipamento+otimização de controle+colaboração do sistema":
1. Gerador estático var (SVG)
O SVG gera a corrente reativa necessária (atrasada ou liderança) em tempo real através de um inversor de fonte de tensão, compensando rapidamente a demanda de energia reativa do sistema de armazenamento de energia (o tempo de resposta pode atingir o nível de MS). O intervalo de ajuste dinâmico é amplo (-1 para +1 fator de potência), que pode suprimir simultaneamente os harmônicos e é adequado para cenários de flutuação de alta potência (como novos sistemas de distribuição e armazenamento de energia).
O método de configuração é instalar o SVG centralizado no ponto de conexão da grade da usina de energia de armazenamento de energia ou integrar SVG de pequena capacidade distribuída em cada módulo PCS para obter uma compensação de energia reativa no local.
2. Otimização de controle do conversor de armazenamento de energia (PCS)
Adicione um loop externo de potência reativa à estratégia de controle dos PCs e calcule o valor de referência de energia reativa exigido em tempo real, detectando a tensão e a corrente da grade, para que os PCs possam gerar ativamente ou absorver potência reativa e manter um fator de potência de 1.
3. Design de hardware e correspondência de parâmetros
Otimize os parâmetros de filtragem:Projetar parâmetros de filtro PCS (como indutância e valores de capacitância) com base nas características de impedância da rede de energia, evitando frequências de ressonância;
Escolha dispositivos de alto fator de potência:Use dispositivos semicondutores amplos de banda de banda, como o carboneto de silício (SIC) e o nitreto de gálio (GaN) para reduzir as perdas de comutação e os requisitos de energia reativa;
Compensação distribuída para armazenamento de energia distribuído:Para armazenamento de energia distribuído (como sistemas de armazenamento fotovoltaico do lado do usuário), pequenos dispositivos de compensação de energia reativa (como capacitores de comutação do tiristor TSC) podem ser instalados no local em cada unidade de armazenamento de energia para reduzir a transmissão de energia reativa na grade de energia.
4 sugestões de implementação
1. Plantas de armazenamento de energia em larga escala
Adotando um esquema de combinação de "Controle de potência reativa do inversor+compensação dinâmica SVG+controle harmônico do filtro ativo".
2. Sistema de armazenamento de energia do lado do usuário (armazenamento de energia industrial e comercial)
A prioridade deve ser dada para otimizar a estratégia de controle do inversor (como definir um valor de fator de potência fixo), em conjunto com os pequenos bancos de capacitores para compensação de energia reativa estática.
3. Cenário da micro -martiga
Adotando controle de controle e compensação de potência reativa adaptativa, combinada com as características de carga local para ajustar dinamicamente a saída de potência reativa, para garantir o fator de potência estável acima 0. 9 durante a operação de grade off.
5 Conclusão
A integração dos sistemas de armazenamento de energia na rede de energia leva a uma diminuição no fator de potência, o que é essencialmente o resultado dos efeitos combinados das características reativas de potência, poluição harmônica e problemas de correspondência de parâmetros do sistema de equipamentos eletrônicos de energia. Usando dispositivos de compensação de energia reativa dinâmica (como SVG), otimizando estratégias de controle de PCs e coordenando a programação da grade de energia, o fator de potência pode ser efetivamente melhorado.