Wat is de black-starttechnologie van een energieopslagsysteem en wat zijn de functie en het principe ervan
2025-09-18
Een energieopslagsysteem (ESS) is een systeem dat elektrische energie opslaat en levert, waardoor soepele overgangen, piek- en dalverschuivingen, en frequentie- en spanningsregeling mogelijk zijn. Het kan de output van zonne- en windenergie afvlakken, waardoor de invloed van willekeur, onderbreking en volatiliteit op het net en de gebruikers wordt verminderd. Opladen tijdens daluren en ontladen tijdens piekuren kan de elektriciteitsrekening van gebruikers verlagen. Tijdens een uitval van het hoofdnet kan een ESS in een geïsoleerde eilandmodus werken, waardoor een ononderbroken stroomvoorziening wordt gegarandeerd.
Omdat energieopslagsystemen kunnen worden geïntegreerd in elk aspect van het elektriciteitssysteem — van opwekking, transmissie, distributie tot gebruik — verbeteren ze niet alleen de traditionele energieopwekking, maar de ontwikkeling en toepassing van opslagtechnologie zal ook een revolutie teweegbrengen in de planning, het ontwerp, de indeling, de werking, het beheer en het gebruik van slimme netten.
1.Frequentiestabiliteit
De systeeminertie neemt af, het vermogen tot frequentie-regeling neemt af, en het risico dat de frequentie de grens overschrijdt neemt toe.
2. Spanningsstabiliteit
Nieuwe energie wordt op lage spanning op het net aangesloten, en de mogelijkheden voor spanningsondersteuning en -regeling zijn zwak; intermitterende vermogensschommelingen leiden tot spanningsfluctuaties op knooppunten.
3. Vermogenshoekstabiliteit
Het gelijktijdig bestaan van vermogenssynchronisatie en spanningssynchronisatie maakt de stabiliteitskenmerken van de vermogenshoek complexer en vergroot de onzekerheid.
4. Breedband-oscillatie
De koppeling tussen omvormers en regelingen, omvormereenheden, omvormers en lijnen is toegenomen, en problemen zoals breedband-oscillaties zijn prominenter geworden.
Een “black start” van een energieopslagsysteem verwijst naar het proces van het opnieuw opstarten van het elektriciteitsnet door gebruik te maken van het opslagsysteem als noodstroombron na een grootschalige stroomuitval of storing. In dit geval is het net volledig uitgevallen, een zogenaamd “zwart” toestand, en levert het energieopslagsysteem de nodige energie om geleidelijk de normale werking te herstellen.
Ⅰ. De rol van black starts van energieopslagsystemen
In de afgelopen jaren hebben zich wereldwijd talrijke grootschalige stroomuitvallen voorgedaan. Hoewel de ontwikkeling van slimme netwerken de zelfherstellende capaciteit van energiesystemen kan verbeteren, maken de vele factoren die stroomuitval veroorzaken het onrealistisch om grootschalige black-outs volledig te voorkomen. Daarom is het ontwikkelen van effectieve en betrouwbare herstelplannen om het systeem na een grote uitval snel te herstellen cruciaal om verliezen te minimaliseren.
Een black start van een energiesysteem omvat het proces waarbij het hele systeem opnieuw van stroom wordt voorzien door zelfstartende generatoren binnen het net in te schakelen om zo de stroomopwekking van niet-zelfstartende eenheden op gang te brengen. Eenvoudig gezegd is het doel van een black start om snel meer energiebronnen te activeren en daarmee meer opwekkingscapaciteit te herstellen.
Ⅱ. Principes van black starts van energieopslagsystemen
Als actieve energieopslagapparatuur kunnen energieopslagstations tijdens piekbelasting stroom aan het net leveren, waardoor zij de stroomvoorzieningslast van het regionale net helpen verlichten. Tijdens daluren laadt het net het energieopslagstation op, waarbij overtollige energie wordt opgeslagen. Wanneer het net korte- of langdurige storingen ervaart, of volledig uitvalt, gaat het energieopslagstation over in de overeenkomstige bedrijfsmodi: kortetermijnsynchronisatie, langetermijnsynchronisatie en eilandbedrijf.
Na het herstel van de korte- of langdurige storing wordt het energieopslagstation naadloos opnieuw gesynchroniseerd met het net. In eilandbedrijf vertrouwt het energieopslagstation volledig op de opgeslagen energie om zijn eigen werking in stand te houden en kan het kritieke belastingen in de regio van stroom voorzien.
Een typisch black start-proces bestaat uit drie fasen:
1) Initialisatie: Het energieopslagsysteem gebruikt zijn interne batterijen om zichzelf te starten en een stabiele DC-busspanning op te bouwen.
2) Herconfiguratie van het net: Het herstellen van de stroomvoorziening naar onderstations krijgt prioriteit, waarbij het leveringsgebied geleidelijk wordt uitgebreid door middel van lus-sluitoperaties.
3) Herstel van de belasting: Volgens het principe “kritieke eerst, daarna algemene” worden kritieke belastingen zoals ziekenhuizen en communicatiestations achtereenvolgens hersteld.
Ⅲ. Principais Tecnologias de Black Start:
1) Controle Coordenado Multimáquina: Utilizando um algoritmo de coordenação distribuída, o sistema alcança 100% de sincronização de tensão entre múltiplos conversores de armazenamento de energia e >99% de supressão de corrente de circulação.
2) Controle Baseado na Rede: Com a tecnologia de Gerador Síncrono Virtual (VSG), o sistema simula a resposta de inércia de geradores síncronos, obtendo uma precisão de regulação de frequência de ±0,01 Hz.
3) Resistência a Choques: Por meio de um algoritmo de amortecimento ativo, o sistema suporta choques de até 10 vezes a corrente nominal sem se desconectar da rede.
Ⅳ. Projeto de Black Start com Sistema de Armazenamento de Energia
No passado, geradores a diesel (DGEs) eram frequentemente utilizados como fonte de energia para black start. Do ponto de vista ambiental, os DGEs causam ruído significativo e poluição atmosférica, enquanto os sistemas de armazenamento de energia oferecem operação silenciosa, sem poluição e com economia de energia.
Do ponto de vista econômico, embora os sistemas de armazenamento de energia exijam um investimento inicial relativamente alto, eles podem participar do mercado de regulação de frequência e gerar receita sustentável por meio de serviços auxiliares de regulação. Em termos de velocidade de resposta, os sistemas de armazenamento de energia conseguem atingir carga total em poucos segundos como fonte de energia para black start, enquanto os DGEs precisam de cerca de 30 segundos. Portanto, os sistemas de armazenamento de energia apresentam vantagens claras para aplicações de black start.
Ⅴ. Considerações de Projeto para Black Start:
Um black start fornece essencialmente uma fonte VF off-grid adicional (uma fonte de energia fora da rede para a usina).
1) Primeiro, selecionar a bateria (capacidade) e a potência do PCS com base na curva real de carga, projetando o PCS para suportar a potência máxima.
2) Para a fonte VF, existem dois principais modos de controle: controle por “droop” e controle mestre-escravo.
3) Sequência de partida.
4) Potência de partida de cada nó e seleção da potência de pico.
5) Duração da partida (duração da potência de pico) de cada nó.
6) Plano de comutação da fonte de energia após a conclusão da partida.
Devido ao black start, a potência da carga geralmente varia de mais de dez megawatts a algumas dezenas de megawatts, mas a potência máxima atual de um único equipamento PCS é de 2,5 MW. Portanto, é necessário conectar vários dispositivos PCS em paralelo para realizar o black start.
Ⅵ. Tecnologia de Controle Paralelo de Equipamentos PCS:
1. Controle por “Droop”
Princípio: Cada unidade inversora detecta sua própria potência de saída e utiliza a característica de “droop” para determinar a frequência e a amplitude da tensão de saída. Cada inversor então ajusta finamente sua amplitude e frequência de saída em fases opostas para alcançar a distribuição equilibrada de potência ativa e reativa. Se a impedância do sistema for indutiva e houver uma pequena diferença de amplitude e fase entre as tensões de saída de dois inversores off-grid, o inversor com a fase adiantada assumirá mais potência ativa, enquanto o inversor com a maior amplitude assumirá mais potência reativa. O controle por droop estabelece relações entre frequência e potência ativa, e entre amplitude e potência reativa, respectivamente. Isso garante que inversores com maior potência ativa tenham frequências menores (reduzindo a antecipação de fase), e aqueles com maior potência reativa tenham amplitudes menores, alcançando assim a distribuição equilibrada de potência entre os inversores.
Diagrama de Blocos de Controle: Inclui o laço de droop de potência (detectando potência ativa e desvio de amplitude), o laço de tensão CA, o laço de corrente do indutor, a modulação SVM e o laço de bloqueio de fase (com um ângulo definido internamente). A detecção da amplitude de tensão e do desvio de fase gera parâmetros de controle (ganho proporcional e ganho integral) através do laço de tensão. Isso é então controlado por um laço de corrente (para regulação rápida e precisa da corrente) e pela modulação SVM (modulação de largura de pulso vetorial espacial), que finalmente emite pulsos de disparo para os IGBTs, garantindo o equilíbrio de potência.
2. Controle Mestre-Escravo
Princípio: Um módulo inversor é designado como mestre, enquanto os outros atuam como escravos. O mestre utiliza controle duplo em malha fechada de tensão e corrente, enquanto os escravos utilizam apenas a malha de corrente. Os comandos de corrente dos escravos são derivados da saída do laço de tensão do mestre. É necessária comunicação em alta velocidade para a troca de dados entre o mestre e os escravos.
Diagrama de Blocos de Controle: O mestre inclui o laço de tensão CA, o laço de corrente do indutor, a modulação SVM e o laço de bloqueio de fase (com um ângulo definido internamente). Já os escravos incluem o laço de corrente do indutor, a modulação SVM e o laço de bloqueio de fase (com o ângulo enviado pelo mestre ou bloqueado à fase de tensão do mestre).
De verschillen tussen PQ-, VF-, droop- en VSG-regelstrategieën van energieopslag-PCS.
De drielaagse architectuur van energieopslag-BMS: BAU, BCU, BMU
Gerelateerd artikel
