Energilagringssystem spelar en avgörande roll i moderna kraftsystem, särskilt med den ökande penetrationen av förnybara energikällor. De fyra - Kvadranten av energilagring är ett viktigt koncept som beskriver kraftflödesegenskaperna mellan energilagringssystemet och kraftnätet.
Enligt gb/t 44026 - 2024 "Teknisk specifikation för prefabricerad hytt - typ litium - ion batterilagringssystem", bör energilagringssystemet vara justerbart i fyra kvadranter1.
1.Basiskt koncept för energilagring Fyra kvadranter
1.1 Understanding Power Factor
Det finns fyra karanter som måste beaktas.
I den första kvadranten är både den aktiva effekten (P) och reaktiv effekt (q) för energilagringssystemet större än 0. Energilagringssystemet är i ett urladdande tillstånd, släpper aktiv effekt till nätet och ger reaktiv effektkompensation samtidigt. Detta är vanligtvis fallet när nätet behöver ytterligare aktiv kraft och reaktivt kraftstöd under topp - Lastperioder2.
I den andra kvadranten är energilagringssystemets aktiva kraft mindre än 0, och den reaktiva kraften är större än 0. Nätet ger aktiv kraft till energilagringssystemet, medan energilagringssystemet ger reaktiv effektkompensation till nätet. Denna situation kan inträffa när nätet har en ledande effektfaktor och behöver induktiv reaktiv effektkompensation, och energilagringssystemet kan absorbera aktiv kraft för laddning samtidigt som reaktiv effekt ger reaktiv kraft2.
I den tredje kvadranten är både den aktiva kraften och den reaktiva kraften i energilagringssystemet mindre än 0. Nätet ger både aktiv kraft och reaktiv effekt till energilagringssystemet, och energilagringssystemet är i laddningstillstånd och absorberar reaktiv effekt från utsidan. Detta är det normala laddningstillståndet för energilagringssystemet när nätet har tillräcklig kraft och energilagringssystemet måste laddas2.
I den fjärde kvadranten är energilagringssystemets aktiva kraft större än 0, och den reaktiva kraften är mindre än 0. Energilagringssystemet levererar aktiv kraft till nätet och absorberar reaktiv effekt från utsidan. Detta kan användas för att reglera nätets spänning under vissa driftsförhållanden, till exempel när nätspänningen är för hög och behöver kapacitiv reaktiv effektkompensation, kan energilagringssystemet lossna aktiv effekt medan den absorberar reaktiv kraft2.
1.2 kalkulerande effektfaktor
Med hjälp av Pythagoras sats kan vi beräkna den tredje parametern från alla två av dessa parametrar enligt följande3.
Pythagoras sats stater A² + B²=C²
Dessutom använder vi regeln Sohcahtoa
Sinus ϕ=motsatt/hypotenus
Cos ϕ=intilliggande/hypotenus
Tan ϕ=motsatt/intilliggande
1,3 kraftfaktorvinkel
Kraftfaktorvinkeln hänvisas också ofta till fasvinkeln.
Termen Power Factor (PF) är helt enkelt förhållandet mellan verklig eller "sann" effekt (P) och uppenbara effekt (er). Medan reaktiv effekt (q) är den reaktiva komponenten.
Power Factor (PF)=Real Power KW (P) / Appetal Power KVA (S)
Till exempel för verklig kraft=80 kw och reaktiv kraft=100 kva vi har
Pf=80/100=0.8
Representerar en förlust på 20%!!! och kan i många kaster vara mycket värre3.
2. Signification av fyra - Kvadrantoperation
De fyra - Kvadranten av energilagringssystemet har viktig betydelse för den stabila driften och effektiv hanteringen av kraftsystemet.
Först och främst kan det förbättra kraftkvaliteten på kraftnätet. Genom att justera den aktiva och reaktiva kraften i olika kvadranter kan energilagringssystemet kompensera för kraftfluktuationer och spänningsinstabilitet orsakad av förnybara energikällor, såsom vind- och solenergi. Till exempel, när vindkraften plötsligt minskar, kan energilagringssystemet i den första kvadranten snabbt frigöra aktiv kraft för att bibehålla stabiliteten i nätfrekvensen och spänningen4.
För det andra kan det förbättra kraftsystemets tillförlitlighet. Vid rutfel eller nödsituationer kan energilagringssystemet fungera i olika kvadranter för att ge akutkraftsstöd och reaktiv kraftkompensation. Till exempel, under en kraftnätskort - kretsfel, kan energilagringssystemet kombinerat med en statisk synkron kompensator (STATCOM) injicera eller absorbera aktiv och reaktiv kraft i antipati med linjen för att dämpa svängningarna och stabilisera kraftsystemet4.
Slutligen kan det förbättra användningseffektiviteten för energilagringsenheter. De fyra - Kvadranten gör det möjligt för energilagringssystemet att ladda och urladdas vid olika tidpunkter och under olika effektfaktorförhållanden, vilket utnyttjar batteriets kapacitet och andra energilagringsmedier4.
3. Realization Technologies of Four - Kvadrantoperation
Förverkligandet av de fyra - kvadranten av energilagringssystemet beror huvudsakligen på kraftkonverteringssystemet (PCS) och kontrollstrategin.
För datorerna antar den vanligtvis en multi - nivåomvandlare topologi, såsom den kaskade h - bridge (CHB) -omvandlaren. CHB -omvandlaren - baserat batterilagringssystem (BESS) kan inse de fyra - kvadrantoperationen genom att kontrollera kraftflödet mellan batteriet och rutnätet5. As proposed in the paper "Four Quadrants Operation Control of High - voltage Transformerless Large - capacity System Integrating Battery Energy Storage and Reactive Power Compensation", by vector decomposition of the closed - loop generated modulation phase voltage, the grid - side power factor can be maintained and all sub - Moduler Power Factor kan kompenseras utan att överskrida mikro - Cycles Boundary6.
När det gäller kontrollstrategi krävs en omfattande kontrollstrategi. For example, the control strategy proposed for the CHB - based BESS includes quantitative decomposition of battery current components with LC filter, obtaining the feasible range of avoiding micro - cycles under four - quadrant operation, and analyzing the unified modulation strategy considering eliminating micro - cycles and inner - Fasstatus för laddningsutjämning7.
Ett annat exempel är fyra - Kvadrant Power Regulation System som föreslagits av Tsinghua University Electrical Engineering Department och andra enheter. Detta system kombinerar energilagring och STATCOM och kan tillhandahålla kraftkompensation, reglering och stödfunktioner för slumpmässighet, vågform och osäkerhet om ny energi. Det kan svara på rutnätsändningen i 5 millisekunder och inse den snabba justeringen av aktiv kraft från 0 till 100% inom 150 millisekunder8.
4. Application -fall av fyra - Kvadrantoperation
I vissa stora - skala vind - Solar - lagringskraftverk kan energilagringssystemet fungera i olika kvadranter enligt utgången från vind- och solkraft och efterfrågan på nätet. När vinden och solen är riklig kan energilagringssystemet fungera i den tredje kvadranten för att ladda och lagra energi; När vinden och solen är otillräcklig kan den fungera i den första kvadranten som släpps ut och levererar kraft till nätet.
I kraftfördelningsnätverket kan energilagringssystemet också användas för spänningsreglering och reaktiv effektkompensation. Genom att arbeta i den andra och fjärde kvadranterna kan den justera spänningen för distributionsnätverket och förbättra användarens effektfaktor9.
De fyra - Kvadranten av energilagringssystem är en viktig teknik i moderna kraftsystem. Det kan förbättra kraftkvaliteten, förbättra systemets tillförlitlighet och öka användningseffektiviteten för energilagringsenheter. Med den kontinuerliga utvecklingen av nya energiteknologier och den ökande efterfrågan på kraftsystemstabilitet kommer de fyra - kvadranten av energilagringssystem att spela en allt viktigare roll i det framtida kraftsystemet.
[1] gb/t 44026 - 2024, Teknisk specifikation för prefabricerad hytt - typ litium - ion batterilagringssystem.
[2] Specialkommittén för energilagringsteknik, introduktion till tekniska krav för kraftkontroll av energilagringssystem.
[3] Fastron Electronics, How Power Factor Correction fungerar.
[4] douning.com, en fyra - kvadrant energilagringsplaneringsmetod för att förbättra den fotovoltaiska konsumtionskapaciteten och säkerheten för distributionsnätverk.
[5] IEEE, fyra - Kvadrant driftskontroll av kaskad h - Bridge Converter Battery Energy Storage System.
[6] Proceedings of the CSEE, fyra - Kvadrant Operation Control Technology för hög - spännings direkt - hängde stora - Kapacitetssystem med batterilagring och reaktiv effektkompensation.
]
[8] Tsinghua University News, fyra - Kvadrant Power Regulation System.
[9] Douning.com, Forskning om direkt kraft + kontrollstrategi för BESS -systemet.