CC BY
5ANALYSIS OF THE OF SMOOTHING METHODS POWER FLUCTUATIONS OF THE PHOTOELECTRIC PLANT USING BESS
Malogulko Yu.,
associate professor, PhD Kovalchuk N., student Lastivka V.
student
Vinnitsa national technical university
АНАЛ1З МЕТОД1В ЗГЛАДЖУВАННЯ КОЛИВАНЬ ПОТУЖНОСТ1 ФОТОЕЛЕКТРОСТАНЦП З
ВИКОРИСТАННЯМ BESS
Малогулко Ю.В.
к.т.н., доцент Ковальчук Н.С. Студент Ласлвка В.Б.
студентка
Втницький нацгональний техтчний утверситет https://doi.org/10.5281/zenodo.7377447
Abstract
The paper analyzes several methods of smoothing power fluctuations of photovoltaic plants with an battery energy storage system, namely: Simple Moving Average (SMA), Double Moving Average (DMA), Exponential Moving Average (EMA), and Modified Ramp Rate (MRR).
Анотащя
В робол проведено аналiз к!лькох методiв згладжування коливань потужносл фотоелектричних ста-нцiй з системою накопичення електрично! енергii, а саме: Simple Moving Average (SMA), Double Moving Average (DMA), Exponential Moving Average (EMA), та Modified Ramp Rate (MRR).
Keywords: battery energy storage system, power fluctuations, photovoltaic plant..
K^40Bi слова: система накопичення енергп, коливання потужносл, фотоелектростанщя.
Ввдновлюваш джерела енергп (ВДЕ) стають важливою часткою виробництва електроенергii' [1]. Незважаючи на те, що вони дуже кориснi для на-вколишнього середовища, ix нестабiльнiсть, викли-кана погодними умовами, може призвести до проблем з як!стю електроенергп пiд час пiдключення до електрично! мережi. Щоб мiнiмiзувати цi коливання потужносл, можна пiдключити систему накопичення енергп батаре!, яка забезпечуе або пог-линае енерпю [2].
Останнiм часом електрична енерпя, вироблена фотоелектричними станцiями (ФЕС) стр!мко зрос-тае [3]. Проте коливання потужносл, спричиненi погодними умовами, може призвести до р!зномаш-тних техшчних проблем, таких як якiсть електроенергп, захист, диспетчерське керування генеращею та надiйнiсть, що робить фотоелектричш станцii пе-рiодичним i ненадшним джерелом [4].
Для тдтримки стабiльностi мережi з метою згладжування вихщного сигналу джерела викорис-товують системи накопичення електрично! енергп (BESS), як! в свою чергу будуть забезпечувати або поглинати необxiдну потужшсть, щоб змiна, яку спостерiгае мережа, залишалася в прийнятному дь апазон! 1снуе чимало методiв згладжування коли-
вань потужносл фотоелектричних станцш з системою накопичення електрично! енергп, розглянемо основш з них, а саме: просте ковзне середне (SMA), подвшне ковзне середне (DMA), експоненщальне ковзне середне (EMA) i модифжована швидк!сть змши (MRR) [5].
Метод простого ковзного середнього (SMA)
Цей метод застосовуеться для плавних вих!д-них потужностей i в!домий своею простотою розра-хунк!в. В!н складаеться з додавання останн!х зна-чень сонячно! вих!дно! потужност!, PPV, а полм дь лення !х на к!льк!сть пер!од!в часу в розрахунковому д!апазон!. Таким чином, потужшсть, згладжена простим ковзним середн!м, Psma, у k-й момент визначаеться як (1).
р _ Z£0 1Ppv(k-i) пл
rSMA — „, (2)
Сдиним параметром SMA е к!льк!сть елемен-т!в w, яка також називаеться розм!ром часового ро-зриву. Незалежно в!д погодних умов, довший ште-рвал призведе до бшьш плавно! криво!, але також буде бшьшою енергоемн!сть, яка необхщна акуму-лятору. Тому розм!р зазору слщ вибирати вщпо-в!дно до вимог оператора комунального шдприем-ства.
Метод подвшного ковзного середнього (DMA)
Щоб посилити згладжування потужносп алгоритму SMA застосовують метод подвшного ковзного середнього (DMA), спочатку до вихщних да-них а попм до результату. Осшльки ковзш середш значения можна отримати лише тсля перших w елементiв, то при застосуванш DMA доведеться усереднювати лише половину елементiв для пор!в-няння з однаковим розмiром часового промiжку.
Метод експоненцiального ковзного середнього (EMA)
Основна вщмшшсть мiж методами експонен-цiального ковзного середнього i простим полягае в чутливостi кожного з них до раптових коливань. EMA надае бiльшу вагу останшм значенням поту-жностi, тодi як SMA призначае однакову вагу. Отже, на додаток до параметра розмiру штервалу, цей алгоритм також покладаеться на вагу а, яка за-звичай дорiвнюе 2/(n + 1).
Р„
a)lPPV(k-i)]
(2)
Метод модифжованоЧ швидкостi змти (MRR) Цей метод е модифжащею методу наростання, який спрямований на контроль (state of charge -SoC) акумуляторно! батаре!. Вона заряджаеться або розряджаеться разом з мережею, щоб досягти бажа-ного значення SoC, коли змiна знаходиться в межах встановленого лiмiту. Тобто, якщо вих1дна потуж-нiсть зросла вщносно попередньо! згладжено! вихь дно! потужносп настiльки, що перевищила грани-чну швидк1сть, то акумулятори споживають час-тину ще! потужностi, перезаряджаючись, щоб шдтримувати змiну в мереж1, в допустимих межах, i навпаки.
Однак, якщо змша знаходиться в межах (тобто обмеження не перевищено), BESS може викону-
вати функцiю повернення до щеального стану заряду, що е вхвдним параметром системи. 1ншими словами, якщо SoC вище идеального, акумуляторна батарея розряджатиметься стшьки, ск1льки необхь дно, якщо вона не перевищуе лiмiт. I якщо SoC ни-жче iдеального, акумуляторна батарея заряджатиме необх1дне, доки в мереж! е доступна потужнють i лiмiт не перевищено.
Для експерименту було обрано пiдприемство, яке розташоване на територи площею 1700 м2 у сшьськш мiсцевостi, i яке живиться вщ 5 фотоелек-трично! системи (810 модул!в !з загальною потуж-шстю 307,8 кВт, 5 фотоелектричних iнвертори ма-ють номшальну потужнють 252 кВт). Було також обрано 8-кроковий часовий пром!жок, даш збира-лися впродовж 6 шсящв, часовий iнтервал стано-вить 1 хвилину. Була також змодельована BESS по-тужнютю 200 кВт/500 кВтгод без урахування до-пом1жного споживання (тобто це система без втрат). Сонячш системи та системи збертання щд-ключеш до окремих iнверторiв i мають одну точку тдключення до мереж1 (з'еднання змшного струму). Порiвняемо розглянуп методи, щоб визна-чити найб!льш тдходящий споаб пом'якшити ко-ливання потужносп та подовжити термш служби акумулятора.
Змта потужностi впродовж доби
Проведемо огляд продуктивносп кожного методу за один день. На рис. 1 показано застосування методу SMA, а на рис. 2 - DMA. Незважаючи на той самий 8-кроковий загальний часовий розрив, гра-фж DMA дещо вщр!зняеться через процес розбиття середнього на дв! частини, кожна з 4-крокових ш-тервал1в у цьому випадку.
Рисунок 1 - Потужшсть ФЕС згладжена методом SMA
Рисунок 2 - Потужнгсть ФЕС згладжена методом DMA
З !ншого боку, рис. 3, що представляе резуль- генерацш ФЕС. Це означае, що акумуляторна бата-
тат EMA, !люструе, наскшьки цей метод реагуе на рея споживатиме велику к!льк!сть енергп, щоб згла-
раптов! коливання. Б!льшу частину доби потуж- дити живлення через EMA. н!сть, яку спостертае мережа, е значно нижчою за
Рисунок 3 - Потужтсть ФЕС згладжена методом EMA
Рисунок 4 - Потужмсть ФЕС згладжена методом MRR
Здатнють обмежити швидшсть змши е найважлившим KprnepieM nopiBHHHHH, оск1льки деяк1 органи управлшня електроенергiею можуть стягувати штрафи за перевищення обмеження. Таким чином, розгля-немо методи, коливання яких залишаються в межах [-10%, 10%] на хвилину. Результати прийнятi для максимально! варiацii в перiод 6 мюящв представлено в таблицi 1.
Таблиця 1
Можливють обмежувати швидкiсть змши потужносп
Метод SMA DMA EMA MRR
Amax , % 10.7 18,2 50,8 10,0
Три з чотирьох проаналiзованих методiв ви-явилися неефективними в цьому аспектi, переви-щуючи межу абсолютно! варiацii' 10% за хвилину. Алгоритми перемiщення (SMA, DMA, EMA) не га-рантують, що вибiр часового промiжку пiдiйде для кожно! ситуацi!. Чим бiльша дослвджувана вибiрка з рухомими алгоритмами, тим точшшим буде ви-бiр. Доречно щдкреслити, що ця продуктивнiсть рухомих алгоршшв не призводить до висновку про те, що метод не може залишатися в бажаних межах, а про те, що параметри встановлеш неправильно. Щоб виконати це коригування, необх1дно збшь-шити часовий пром1жок, що вимагае бiльшоi емно-стi системи зберiгання, що означае бiльшi витрати.
Однак MRR розглядае це обмеження, доки доступно SoC. Той факт, що швидшсть варiацii е вх1-дним параметром для цього алгоритму, е великою перевагою, особливо в тих областях, де законодав-ство не дозволяе перевищувати цю межу.
Висновок. Провiвши аналiз, що метод модифь ковано! швидкостi наростання позитивно видм-еться серед шших методiв. Його алгоритм гарантуе, що гранична швидк1сть змши не буде перевищена, i, о^м значно меншо! потреби у використанш аку-муляторно! батаре!, вiн дозволяе BESS працювати циклiчно при поверненш для заданого рiвня SoC. Крiм того, його формула дозволяе значно скоро-тити часовi промiжки (затримки), оскiльки результат вiдображаеться в порiвняннi м1ж поточними да-ними та даними попереднього моменту, що знову
призводить до зменшення використання акумуля-торно! батаре!.
Список лiтератури:
1. Буришн О.Б. Оптимальне керування ввдновлювальними джерелами електроенергi! у ло-кальних електричних системах [Текст] / Бурик1н О.Б., HYPERLINK "http://malogulkoyv.vk.vntu.edu.ua/file/d2612dbecd5a f874b5d4b46619a1314e .pdf"Томашевський Ю.В., Малогулко Ю.В., Радзiевська Н.В. // Вiсник ВП1. Енергетика та електротехшка. - 2016. - №4. - С. 6974. -ISSN: 1997-9274.
2. Малогулко Ю.В. ДОСЛ1ДЖЕННЯ СУЧАСНИХ ТЕХНОЛОГ1Й СИСТЕМ НАКОПИЧЕННЯ ЕНЕРГП / Малогулко Ю. В., Ласпвка В. Б. // Znanstvena misel journal. №65/2022, рр. 65-68. ISSN 3124-1123.
3. IRENA (2020), «Renewable Capacity Statistics 2020» International Renewable Energy Agency (IRENA), Abu Dhabi, 2020.
4. H.Ahn and N.Park, «Deep RNN-Based Photovoltaic Power Short-Term Forecast Using ower IoT Sensors» Energies, vol.14, no.2, 2021.
5. Aline L.P., Felipe O.R., Martins M.B., Rafael N.L., Libina G.S., A. Washington «A review and comparison of smoothing methods for solar photovoltaic power fluctuation using battery energy storage systems» 2021 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference - Latin America (ISGT Latin America).
