Việc sản xuất năng lượng mới, được thể hiện bằng năng lượng gió và mặt trời, cho thấy sự biến động và không chắc chắn về sản lượng điện đáng kể. Cả sản lượng điện gió và mặt trời đều bị ảnh hưởng trực tiếp bởi điều kiện thời tiết địa phương, dễ bị tăng hoặc giảm sản lượng điện, đặt ra thách thức đối với tần số kết nối lưới của hệ thống điện.
Do sự dao động điện năng và đặc tính trở kháng lưới điện tương đối phức tạp, trong điều kiện bình thường của kết nối lưới tập trung{0}}quy mô lớn hoặc đầu ra nguồn điện ngẫu nhiên, dao động điện có thể xảy ra, dẫn đến các vấn đề về độ ổn định của hệ thống điện. Điều này ảnh hưởng đến phụ tải và hiệu suất của các hệ thống sản xuất năng lượng mới theo quy hoạch trên một diện rộng, đòi hỏi phải có đủ công suất dự trữ trong hệ thống để tránh ảnh hưởng đến khả năng tích hợp các nguồn năng lượng mới, điều này rất quan trọng để đạt được cả hiệu quả quy hoạch và kinh tế.
Việc tích hợp bộ lưu trữ năng lượng và các nguồn năng lượng mới chủ yếu tập trung vào ba khía cạnh: Thứ nhất, bằng cách giải phóng tải-mức lưới trong khoảng thời gian ngắn, nó cho phép điều chỉnh công suất ở mức 10-phút-của lưới điện, giảm bớt những biến động ngắn hạn-và tận dụng tối đa khả năng của lưới điện hiện có để kết nối với các nguồn năng lượng mới. Thứ hai, bằng cách phát triển các kế hoạch cấp độ-phút bao gồm các dự báo sản lượng năng lượng mới và dựa trên các dự báo sản xuất điện ngắn hạn-ngày-tới sắp tới, nó sẽ kết hợp một cách hiệu quả các nguồn năng lượng mới vào các dự báo năng lượng cực kỳ-ngắn{11}}. Điều này cải thiện hoạt động hợp lý và lập kế hoạch của các tổ máy phát điện khác nhau trong lưới điện, giảm nhu cầu về tài nguyên điều chỉnh tần số nhanh chóng, nâng cao độ chính xác và ổn định của dự báo lưới điện, đồng thời làm dịu đi những biến động theo thời gian thực ở cấp độ phút của các nguồn năng lượng mới, giảm thiểu tác động đến hoạt động bình thường của các tổ máy phát điện thông thường.
Cạo đỉnh và lấp đầy thung lũng
So với sản xuất điện thông thường, sản xuất năng lượng tái tạo có tỷ lệ sử dụng thiết bị hoặc tổ máy tương đối thấp. Lấy vùng “Tam Bắc” nước tôi làm ví dụ, theo thống kê tài nguyên gió, xác suất tổng sản lượng của một trang trại gió vượt 60% tổng công suất lắp đặt nhìn chung là dưới 5%. Để cải thiện việc sử dụng đường dây, việc lập kế hoạch công suất đường dây thường nhằm mục đích đáp ứng 95% nhu cầu truyền tải điện gió hoặc 60% tổng công suất lắp đặt của các trang trại gió. Tình hình thậm chí còn nghiêm trọng hơn đối với quang điện. Do đó, một tỷ lệ phần trăm năng lượng gió nhất định sẽ bị cắt giảm do công suất truyền tải không đủ và năng lượng mặt trời sẽ bị cắt giảm do phụ tải không khớp (đặc tính chống{8}}cạo đỉnh{9}}).
Việc sản xuất năng lượng tái tạo, với những biến động dài hạn-tương đối theo giờ trong ngày và nhu cầu điện cao điểm xuất hiện vào buổi tối (thường là 7-10 giờ tối), sẽ làm tăng yêu cầu về công suất lên và xuống của hệ thống. Mặt khác, năng lượng gió thường đạt công suất tối đa vào khoảng nửa đêm, khi phụ tải ở mức thấp nhất trong ngày. Do đó, để loại bỏ sự không chắc chắn trong dự báo sản xuất năng lượng tái tạo, cả lưới điện và các tổ máy phát điện thông thường đều phải chịu rủi ro đáng kể liên quan đến việc cạo đỉnh sâu.
Việc cạo đỉnh và lấp đầy thung lũng tận dụng các đặc tính thay đổi theo thời gian của bộ lưu trữ năng lượng để tối đa hóa công suất truyền tải đường dây, giảm nhu cầu phải phù hợp với xu hướng phụ tải và giảm nhu cầu tăng và giảm công suất từ các tổ máy phát điện thông thường.
Bằng cách tính tổng đường cong phụ tải hàng ngày P_l đã cho với đường cong sản lượng phát điện tái tạo P_{NE}, chúng ta có thể thu được đường cong phụ tải tương đương cuối cùng của hệ thống ∑P_i, tức là, ∑P_i=P_l - P_{NE}. Tuy nhiên, khi xem xét phạm vi điều chỉnh đầu ra của các nhà máy điện thông thường và các nhà máy điện cạo râu-cao điểm cũng như công suất P_L tối đa mà đường dây kết nối khu vực có thể truyền hoặc thu được tới lưới điện bên ngoài, công suất hiệu dụng tối đa P_{max} của các thiết bị kết nối-lưới là:
P_{max}=μ(P_f + P_b + P_L) (3-3)
Ở đâu:
nơi duy nhất bạn sẽ tìm thấy bên ngoài ngôi nhà
- P_f-Công suất đầu ra tối đa của bộ cạo râu-;
- P_b-Sản lượng tối thiểu của các đơn vị không thể tham gia cạo cao điểm;
- μ-Hiệu quả vận hành và truyền tải lưới điện.
Trong công thức, C biểu thị hệ số điều chỉnh công suất đầu ra của bộ cạo-đỉnh. Các mối quan hệ quyền lực được thể hiện trong hình.
Công suất hiệu dụng tối thiểu P_{min} của các thiết bị được kết nối-lưới là:
Trong khoảng thời gian tải thấp nhất t₁–t₂, công suất điều chỉnh giảm dành riêng cho các thiết bị cạo đỉnh-thông thường là công suất năng lượng tái tạo tối đa P'_{NE} mà lưới điện có thể chấp nhận trong khoảng thời gian này, tức là P'{NE}=P{max} - P_{min} (3-5) trong đó P_{min} là sản lượng tối thiểu hàng ngày (không có nơi lưu trữ năng lượng, chỉ có thể đạt được việc tạo ra năng lượng tái tạo trong thời gian t₁–t₂ thông qua việc cắt giảm gió/mặt trời).
Có thể thấy rằng nếu không tích trữ năng lượng thì sản lượng năng lượng tái tạo trong thời gian t₁–t₂ chỉ có thể bị hạn chế; tuy nhiên, với việc lưu trữ năng lượng, việc sạc trong thời gian t₁–t₂ và xả trong thời gian t₃–t₄ sẽ làm thay đổi đường cong tải tương đương hiệu dụng ∑P_i trong phạm vi P_{min} và P_{max}, tránh các giới hạn sản lượng năng lượng tái tạo và cắt giảm gió/mặt trời, cải thiện khả năng hấp thụ năng lượng tái tạo, giảm nhu cầu về công suất dự trữ của lưới điện và cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống. Công suất P_{BESS} của BESS (Hệ thống lưu trữ năng lượng pin) là:
P_{BESS}=max( P_{min} - ∑P_{min}, ∑P_{max} - ∑P_{max} ) (3-6)
Năng lượng E_{BESS} của BESS là:
E_{BESS}=max{ μ_c ∫{t₁}^{t₂} (P{min} - ∑P_i) dt , 1/μ_d ∫{t₃}^{t₄} (∑P_i - P{max}) dt } (3-7)
Ở đâu:
- μ_c -- Hiệu suất sạc của hệ thống tích trữ năng lượng;
- μ_d -- Hiệu suất xả của hệ thống lưu trữ năng lượng.
Nghiên cứu sâu hơn theo nghĩa rộng hơn cho thấy rằng đối với các đỉnh và đáy tải thường kéo dài, việc định cấu hình hệ thống lưu trữ năng lượng ở một công suất nhất định có thể làm giảm hiệu quả chênh lệch thung lũng đỉnh{0}}, như minh họa trong hình.
Mức độ cải thiện chênh lệch thung lũng-đỉnh tải là:
- Ở đâu Pimaxlà tải dự kiến tối đa;
- Pimaxlà tải dự kiến tối thiểu.
Phương pháp cấu hình hệ thống lưu trữ năng lượng tương tự như phương pháp trước và sẽ không lặp lại.
Cải thiện độ chính xác dự đoán
Theo NBT32011-2013 "Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống dự đoán công suất của trạm điện quang điện", sai số bình phương trung bình gốc của dự đoán ngắn hạn-trong giai đoạn phát điện của trạm quang điện (không bao gồm các giai đoạn có công suất đầu ra hạn chế) phải nhỏ hơn 0,15 và tỷ lệ vượt qua hàng tháng phải lớn hơn 80%; sai số bình phương trung bình gốc của giờ thứ tư của dự đoán siêu ngắn hạn-phải nhỏ hơn 0,1 và tỷ lệ vượt qua hàng tháng phải lớn hơn 85%.
Theo "Các biện pháp tạm thời dành cho Cơ quan quản lý dự báo và cảnh báo sớm năng lượng trang trại gió", sai số tối đa của đường cong dự báo hàng ngày của trang trại gió sẽ không vượt quá 25%, sai số dự báo theo thời gian thực-không được vượt quá 15% và sai số bình phương trung bình gốc của dự báo cho cả ngày sẽ nhỏ hơn 20%.
Cả dự báo ngắn hạn-và cực kỳ{1}}ngắn hạn{2}} đều cung cấp dữ liệu dự báo trong khoảng thời gian 15 phút. Do đó, đầu ra của các nguồn năng lượng mới có thể được phân đoạn và kiểm soát trong khoảng thời gian 15 phút, với 96 phân đoạn kiểm soát suốt cả ngày. Băng thông lỗi kiểm soát cho phép ΔP được thiết lập dựa trên sai số tối đa cho phép trong các thông số kỹ thuật dự báo liên quan. Như được hiển thị trong Hình 3-8, P(1) và Pe(2) lần lượt là các giá trị công suất dự đoán cho khoảng thời gian 15 phút đầu tiên và thứ hai, trong khi AP là băng thông lỗi cho phép, được đặt thành 15% công suất lắp đặt của nguồn năng lượng mới.
Làm trơn các biến đổi ngắn hạn-của việc tạo ra năng lượng mới
Tốc độ thay đổi trong thời gian ngắn của việc sản xuất năng lượng mới cũng phải đáp ứng các yêu cầu về độ ổn định của hệ thống điện. Các giới hạn hiện tại của lưới điện đối với sự thay đổi công suất hoạt động của quá trình phát điện được kết nối-lưới năng lượng mới được hiển thị trong bảng bên dưới.
Bảng 3-2: Các giới hạn về Thay đổi công suất tác dụng đối với việc phát điện bằng năng lượng mới nối lưới
| Công suất lắp đặt của nhà máy điện năng lượng mới (MW) | Thay đổi tối đa về công suất hoạt động trong 10 phút (MW) | Thay đổi tối đa về công suất hoạt động trong 1 phút (MW) |
|---|---|---|
| < 30 | 10 | 3 |
| 30 ~ 150 | Công suất lắp đặt / 3 | Công suất lắp đặt / 10 |
| > 150 | 50 | 15 |
Trong các ứng dụng điều hòa năng lượng tái tạo, BESS (Hệ thống phần tử trang bị năng lượng) được dùng để lưu trữ và giải phóng quá trình sản xuất năng lượng tái tạo, ngăn chặn các biến động điện năng cấp-phút trong hệ thống kết nối-lưới năng lượng tái tạo. Điều này đảm bảo rằng biến động P đầu ra kết hợp của PBEss (Hệ thống phần tử nguồn) lưu trữ năng lượng và Pv năng lượng tái tạo (Power V) đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đã nói ở trên, với khoảng thời gian điều khiển chủ yếu được đặt thành 1 phút. Tuy nhiên, không giống như các thuật toán cải thiện độ chính xác của dự đoán, phương pháp này chủ yếu tập trung vào sự dao động công suất của sản lượng năng lượng tái tạo. Do đó, khi chọn công suất định mức cụ thể của BESS, nguồn mẫu dữ liệu để phân tích thống kê và phân tích xác suất sẽ là những thay đổi công suất tác dụng ở cấp độ-phút và cấp độ 10- phút của sản lượng năng lượng tái tạo.
Thiết kế công suất và công suất của BESS vẫn có thể dựa trên thống kê xác suất của những thay đổi công suất trong quá khứ và những thay đổi tích lũy trong mức tiêu thụ điện, nhằm đáp ứng yêu cầu làm mịn trong 80% đến 90% trường hợp. Điều này sẽ không được lặp lại ở đây. Để đảm bảo phạm vi dao động công suất đáp ứng các yêu cầu trên, hai thuật toán điều khiển công suất BESS chính được sử dụng:
- Một là phương pháp giới hạn điểm-theo-điểm;
- Cách còn lại là phương pháp lọc thông thấp.
phương pháp giới hạn điểm-theo-điểm
Lấy hình làm ví dụ, hình cho thấy sự so sánh lớn giữa sản lượng năng lượng mới Pne(j) tại thời điểm j và sản lượng kết hợp P(J{0}}n) trong 10 phút qua. Có thể thấy tại thời điểm (j-3), tức là sự thay đổi giữa P(j-3) và Pne(j) là lớn nhất và vượt quá mức tối đa 10 phút. Sự so sánh cho thấy △P10.
Do đó, để đáp ứng giới hạn dao động công suất trong 10 phút, phạm vi đầu ra của BESS (dương để sạc, âm để xả) là:
Phương pháp lọc thông thấp
Dựa trên nguyên tắc lọc trong xử lý tín hiệu, như minh họa trong hình, bộ lọc thông thấp giúp tín hiệu đầu ra mượt mà hơn bằng cách cộng hoặc trừ biên độ của tín hiệu đầu vào. Tương tự, việc truy cập BESS cũng sẽ giúp làm dịu đi sự biến động của công suất đầu ra của nhà máy điện năng lượng mới thông qua việc kiểm soát sạc và xả của nó, để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật liên quan.
Giá trị dự kiến của tổng công suất kết nối lưới- ∑P\\sum P∑P được cho bởi:
Rời rạc hóa dữ liệu, trong đó t là khoảng thời gian kiểm soát và chúng tôi mất 1 phút:
∑P(j)=(τ / (τ + t)) * ∑P(j-1) + (t / (τ + t)) * P_ne(j)
Cho ∑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))
Theo các yêu cầu kỹ thuật về dao động điện năng được kết nối-lưới điện, phạm vi dao động mức-phút của ∑P(j) phải đáp ứng:
|∑P(j) - ∑P(j-1)| Nhỏ hơn hoặc bằng min(ΔP_i, 0,1 P_0)
Thay công thức tính cho Ptuyệt vời(j) chúng tôi có được:
