Energilagringssystemer spiller en afgørende rolle i moderne kraftsystemer, især med den stigende penetration af vedvarende energikilder. De fire - quadrant -drift af energilagring er et vigtigt koncept, der beskriver effektstrømningsegenskaberne mellem energilagringssystemet og elnettet.
I henhold til GB/T 44026 - 2024 "Teknisk specifikation for præfabrikeret kabine - type lithium - ion batteri energilagringssystem", skal effektudgangen fra energilagringssystemet være justerbart i fire kvadranter1.
1. Basisk begreb om energilagring Fire kvadranter
1.1 Forståelse af effektfaktor
Der er 4 karanter, der skal overvejes.
I den første kvadrant er både den aktive effekt (P) og den reaktive effekt (Q) i energilagringssystemet større end 0. Energilagringssystemet er i en udledningstilstand, der frigiver aktiv effekt til nettet og leverer reaktiv effektkompensation på samme tid. Dette er normalt tilfældet, når gitteret har brug for yderligere aktiv effekt og reaktiv effektstøtte under top - belastningsperioder2.
I den anden kvadrant er den aktive effekt i energilagringssystemet mindre end 0, og den reaktive effekt er større end 0. Gitteret leverer aktiv effekt til energilagringssystemet, mens energilagringssystemet giver reaktiv effektkompensation til gitteret. Denne situation kan forekomme, når gitteret har en førende effektfaktor og har brug for induktiv reaktiv effektkompensation, og energilagringssystemet kan absorbere aktiv effekt til opladning, mens den giver reaktiv effekt2.
I den tredje kvadrant er både den aktive effekt og den reaktive effekt i energilagringssystemet mindre end 0. Gitteret leverer både aktiv effekt og reaktiv effekt til energilagringssystemet, og energilagringssystemet er i en opladningstilstand og absorberer reaktiv effekt udefra. Dette er den normale opladningstilstand for energilagringssystemet, når gitteret har tilstrækkelig strøm, og energilagringssystemet skal oplades2.
I den fjerde kvadrant er energilagringssystemets aktive effekt større end 0, og den reaktive effekt er mindre end 0. Energilagringssystemet leverer aktiv effekt til gitteret og absorberer reaktiv effekt udefra. Dette kan bruges til at regulere spændingen på gitteret under visse driftsbetingelser, for eksempel når gitterspændingen er for høj og har brug for kapacitiv reaktiv effektkompensation, kan energilagringssystem2.
1,2 beregning af effektfaktor
Ved hjælp af Pythagoras 'teorem kan vi beregne den 3. parameter fra alle 2 af disse parametre som følger3.
Pythagoras's sætning stater a² + b²=c²
Derudover bruger vi reglen Sohcahtoa
Sinus ϕ=modsat/hypotenuse
Cos ϕ=tilstødende/hypotenuse
Tan ϕ=modsat/tilstødende
1,3 Power Factor Angle
Kraftfaktorvinklen henvises også ofte til fasevinkel.
Udtrykket effektfaktor (PF) er simpelthen forholdet mellem reel eller "sand" magt (P) og tilsyneladende magt (er). Mens reaktiv effekt (Q) er den reaktive komponent.
Power Factor (PF)=Real Power KW (P) / tilsyneladende Power KVA (S)
For eksempel for reel magt=80 kW og reaktiv effekt=100 kva vi har
Pf=80/100=0.8
Det repræsenterer et tab på 20%!!! og kan i mange cased være meget værre3.
2. Signifikans af fire - Kvadrantoperation
Den fire - kvadrant -drift af energilagringssystemet har vigtig betydning for stabil drift og effektiv styring af elsystemet.
Først og fremmest kan det forbedre strømkvaliteten på strømnettet. Ved at justere den aktive og reaktive effekt i forskellige kvadranter, kan energilagringssystemet kompensere for effektsvingninger og spændingsinstabilitet forårsaget af vedvarende energikilder, såsom vind og solenergi. For eksempel, når vindkraftproduktionen pludselig falder, kan energilagringssystemet i den første kvadrant hurtigt frigive aktiv effekt for at opretholde stabiliteten af gitterfrekvensen og spænding4.
For det andet kan det forbedre kraftsystemets pålidelighed. I tilfælde af gitterfejl eller nødsituationer kan energilagringssystemet fungere i forskellige kvadranter for at yde nødkraftstøtte og reaktiv strømkompensation. For eksempel, under et strømnet kort - kredsløbsfejl, kan energilagringssystemet kombineret med en statisk synkron kompensator (STATCOM) injicere eller absorbere aktiv og reaktiv kraft i antipati med linjen til at dæmpe svingningerne og stabilisere kraftsystemet4.
Endelig kan det forbedre udnyttelseseffektiviteten af energilagringsenheder. De fire - kvadrantoperation gør det muligt for energilagringssystemet at oplade og udlades på forskellige tidspunkter og under forskellige effektfaktorforhold, hvilket gør fuld brug af kapaciteten på batteriet og andre energilagringsmedier4.
3.Realiseringsteknologier af fire - Kvadrantoperation
Realiseringen af de fire - kvadrant -drift af energilagringssystemet afhænger hovedsageligt af strømkonverteringssystemet (PCS) og kontrolstrategien.
For pc'erne vedtager den normalt en multi - niveau konvertertopologi, såsom den kaskaderede H - Bridge (CHB) konverter. CHB -konverteren - Baseret batterilagringssystem (Bess) kan realisere de fire - kvadrant -drift ved at kontrollere effektstrømmen mellem batteriet og gitteret5. 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 kompenseres uden at overskride mikro - cyklusser grænsen6.
Med hensyn til kontrolstrategi kræves en omfattende kontrolstrategi. 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 - Fasetilstandsudligning7.
Et andet eksempel er de fire - kvadrantkraftreguleringssystem foreslået af Tsinghua University Electrical Engineering Department og andre enheder. Dette system kombinerer energilagring og STATCOM og kan tilvejebringe strømkompensation, regulering og supportfunktioner til tilfældighed, bølgeform og usikkerhed i ny energi. Det kan reagere på gitterforsendelse i 5 millisekunder og realisere den hurtige justering af aktiv effekt fra 0 til 100% inden for 150 millisekunder8.
4. Anvendelsessager af fire - Kvadrantoperation
I nogle store - skala vind - solcellen - opbevaringsstyrkeværker kan energilagringssystemet fungere i forskellige kvadranter i henhold til output af vind og solenergi og efterspørgslen efter gitteret. Når vinden og solenergien er rigelig, kan energilagringssystemet fungere i den tredje kvadrant for at oplade og opbevare energi; Når vinden og solenergien er utilstrækkelig, kan den fungere i den første kvadrant til at udlede og levere strøm til gitteret.
I strømdistributionsnetværket kan energilagringssystemet også bruges til spændingsregulering og reaktiv effektkompensation. Ved at operere i den anden og fjerde kvadranter kan det justere spændingsnetværkets spænding og forbedre strømfaktoren på brugersiden9.
De fire - quadrant -drift af energilagringssystemer er en vigtig teknologi i moderne kraftsystemer. Det kan forbedre strømkvaliteten, forbedre systemets pålidelighed og øge udnyttelseseffektiviteten af energilagringsenheder. Med den kontinuerlige udvikling af nye energiteknologier og den stigende efterspørgsel efter strømsystemstabilitet, vil de fire - quadrant drift af energilagringssystemer spille en stadig vigtigere rolle i det fremtidige kraftsystem.
)
[2] Specialudvalg for energilagringsteknologi, introduktion til tekniske krav til strømstyring af energilagringssystemer.
[3] FASTRON ELEKTRONIK, How Power Factor Correction fungerer.
[4] douding.com, en fire - kvadrant energilagringsplanlægningsmetode til forbedring af det fotovoltaiske forbrugskapacitet og sikkerhedsnetværk.
[5] IEEE, fire - quadrant driftskontrol af Cascade H - Bridge Converter Battery Energy Storage System.
[6] Forløb af CSEE, fire - Kvadrant Operation Control Technology for High - spænding direkte - hængt stor - kapacitetssystemer med batteri energilagring og reaktiv strømkompensation.
[7] AEPS, en optimeret konfigurationsstrategi for energilagring i distributionsnetværk i betragtning af fire - kvadrant effekt.
[8] Tsinghua University News, Four - Quadrant Power Regulation System.
[9] Douding.com, Research on Direct Power + Control Strategy of Bess System.
