(PME) w projekcie GEKON. Idea oraz opis

(PME) w projekcie GEKON. Idea oraz opis

Politechnika
Śląska
Centrum Energetyki
Prosumenckiej
Wydział Elektryczny
Konwersatorium Inteligentna Energetyka
Rewitalizacja prosumenckich mikroinstalacji energoelektrycznych Warsztaty
Idea i opis interfejsu energoelektronicznego
dla prosumenckiej mikroinstalacji
energoelektrycznej PME
dr inż. Jarosław Michalak
Gliwice, 24 listopada 2015
Idea działania interfejsu energoelektronicznego
• Realizacja zadań związanych z dopasowaniem profilu mocy w
punkcie przyłączenia do zadanego (moc czynna, moc bierna)
• Integracja źródeł OZE (z pracą w trybach on-grid i off-grid)
• Autonomiczne śledzenie mocy maksymalnej produkowanej przez
źródeł OZE i sterowanie energią zasobnika
• Redukcja negatywnego wpływu odbiorników AC (moc bierna,
harmoniczne prądu), możliwość zasilania odbiorników DC
• Zasilanie odbiorników w trybie wyspowym off-grid
• Integracja na szynie DC – niższy koszt rozwiązania
2
Budowa interfejsu energoelektronicznego dla PME
Modularność –
dopasowanie pod
konkretne potrzeby
Skalowalność –
rozwiązanie 1 i 3 fazowe,
różnych mocy
Funkcjonalność i cena
zależna od konfiguracji
Jedno rozwiązanie dla
pracy on-grid i off-grid
(sterowanie prądem lub
napięciem)
3
Funkcje
przekształtników w
interfejsie
Wyłącznik sieciowy (opcja)
– odłączanie od sieci przy
pracy off-grid
Przekszt. sieciowy PS –
realizacja mocy zadanej,
kompensacja wpływu
odbiorników AC, zasilanie
odbiorników AC
Przekszt. odbiornikowy PO
(opcja) – zasilanie
wydzielonych odbiorników
4
prądu stałego
Funkcje
przekształtników w
interfejsie
Przekszt. solarny PG1 –
współpraca z panelami PV,
algorytm MPPT
Przekszt. wiatrowy PG2
(opcja) – współpraca z
mikroturbiną wiatrową
mTW, algorytm MPPT
Przekszt. zasobnikowy PZ
(opcja) – bilansowanie i
buforowanie energii,
praca off-grid
5
Wybrane topologie
interfejsu
energoelektronicznego
Rozwiązanie
ekonomiczne
Praca on-grid, sterowanie
odbiornikami OAC w celu
dopasowania do produkcji
z OZE
6
Wybrane topologie
interfejsu
energoelektronicznego
Rozwiązanie
premium
Praca on-grid/off-grid,
zasilanie odbiorników
AC/DC, realizacja
zadanych profili mocy,
sterowanie odbiornikami,
reagowanie na taryfy
cenowe, praca semi-off
grid
7
Algorytmy działania instalacji PME
a)
OAC PV
OAC PV
SZ
+
+
ZE
SZ
+
+
ZE
ODC µTW
ODC µTW
brak przesyłu energii z/do sieci
SZ
WS
OAC
1
5
brak magazynowania energii
AC
DC
2
DC
DC
DC
DC
DC
AC
DC
DC
6
ODC
magazynowanie energii
PV
3
µTW
ZE
7
sprzedaż energii
4
8
8
Algorytmy działania instalacji PME
SZ
Brak przesyłu energii z/do sieci
PSZ = 0
OAC PV
SZ
+
+
ZE
ODC µTW
WS
OAC PV
SZ
+
+
ZE
ODC µTW
OAC
AC
1
DC
DC
ODC
DC
DC
PV
DC
DC
µTW
AC
5
1
DC
DC
ZE
5
PZE  POAC  PODC  PPV  PmTW
Zasobnik energii pełni rolę buforującą
|PODB|-|POZE| < 0 ładowanie (1)
|PODB|-|POZE| > 0 rozładowywanie (5)
9
Algorytmy działania instalacji PME
SZ
Sprzedaż energii
4 8
OAC PV
SZ
+
+
ZE
ODC µTW
WS
OAC PV
SZ
+
+
ZE
ODC µTW
OAC
4
AC
8
DC
DC
ODC
DC
DC
PV
DC
Sprzedaż energii ma najwyższy priorytet
|PODB|-|POZE|-PSZ < 0 ładowanie zas. (4)
DC
µTW
AC
8
PZE  POAC  PODC  PPV  PmTW  PSZ
|PODB|-|POZE|-PSZ > 0 rozładowanie zas. (8)
4
DC
DC
ZE
10
Przykład - przekształtnik sieciowy PS (AC-DC)
Sieć
zasilająca
Wyłącznik
sieciowy
(tyrystorowy)
Odbiorniki
prądu
przemiennego
Filtr sieciowy
LC
iO
LN 
iS
uS
iF
C
2
LF
3
Czterogałęziowy przekształtnik Obwód
sieciowy
dc
udc
LF
iA
iB
iC
iN
LN
iF1
Przekształtnik AC-DC pracuje jako trzy niezależne źródła prądu
Filtr LC zapewnia poprawną pracę w trybach off-grid i on-grid,
W trybie on-grid przekształtnik synchronizuje się z siecią i generuje
zadane
wartości
prądówwidoczne
w każdej
fazie związane z przełączeniami
W prądach
falownika
są tętnienia
tranzystorów,
tłumione sągeneruje
dzięki filtrowi
LC, praktycznie
utraty
W trybie
off-grid które
przekształtnik
zadane
wartościbez
napięcia
dynamikiwkształtowania
odbiornika,
algorytmieprądu
regulacji uwzględniane są prądy odbiornika
11
Strategie sterowania przekształtnika sieciowego PS
Strategia sterowania 0 - tryb off-grid
W strategii sterowania 0 wymagany jest zasobnik energii. Układ regulacji kontroluje
napięcia odbiornika. Dzięki odpowiedniemu układowi sterowania (sprzężenia od
prądów odbiornika) możliwa poprawna praca przy odbiorniku nieliniowym i
niesymetrycznym.
Strategia sterowania 1 - tryb on-grid z zasobnikiem energii
W strategii sterowania 1 wymagany jest zasobnik energii. Przekształtnik zasobnikowy
kontroluje napięcie w obwodzie DC, a przekształtnik sieciowy realizuje zadane
moce/prądy sieci. Dodatkowo redukowany jest negatywny wpływ odbiorników AC
na sieć zasilającą. Pozwala to na kształtowanie profili w punkcie przyłączenia w
oparciu o wolnozmienne pomiary.
Strategia sterowania 2 - tryb on-grid bez zasobnika energii
W strategii sterowania 2 nie występuje zasobnik energii. Z powodu braku możliwości
magazynowania energia ze źródeł OZE musi być przekazana do sieci/odbiorników.
Przekształtnik sieciowy PS kontroluje napięcie obwodu pośredniczącego. Dodatkowo
przekształtnik AC-DC realizuje zadane wartości mocy biernej.
12
Tryb off-grid - strategia sterowania 0
Napięcia i prądy odbiorników dla trybu pracy off-grid
13
Tryb on-grid - strategia sterowania 1
Realizacja zadanej mocy czynnej (20-60 ms) i mocy biernej (60-100 ms), jest
niezależne od zmian prądu odbiorników
14
Tryb on-grid - strategia sterowania 2
W przypadku odbiorników nieliniowych, a zwłaszcza niesymetrycznych w napięciu
DC pojawiają się oscylacje, które nie powinny być wzmacniane przez regulator PI.
15
Możliwe jest zastosowanie regulatora nieliniowego.
Tryb on-grid - strategia sterowania 2
Reakcja na skokową zmiany mocy ze źródeł OZE i praca w stanie ustalonym przy
16
odbiorniku niesymetrycznych i regulatorze nieliniowym PI napięcia DC.