تخزين طاقة البطارية باستخدام التحكم الكهربائي التنبئي

أهمية تخزين طاقة البطارية باستخدام التحكم الكهربائي التنبئي

في توليد الطاقة المتجددة، يتم تطوير واستخدام طاقة الرياح على نطاق واسع بسبب خصائص التركيب المرن، كما يمكن للتنقيب عن طاقة الرياح على نطاق واسع أن يحل مشكلة نقص الطاقة العالمية والملوثات البيئية، ومع ذلك تظهر طاقة الرياح خصائص متقطعة بسبب عوامل طبيعية مثل المناخ، مما يقلل من قابلية انتشار الطاقة النشطة في مزارع الرياح.

وبالنظر إلى الاختراق المتزايد لطاقة الرياح في نظام الطاقة؛ فإن تقليل الطاقة القابلة للتشتت سيزيد بدوره من المخاطر التشغيلية ويؤثر على استخدام كفاءة طاقة الرياح، مما أدى تطوير تقنيات تخزين الطاقة والكترونيات القدرة إلى إنشاء نظام تخزين طاقة البطارية (BESS) بسعة معينة مدمجة في مزرعة الرياح بالإضافة إلى استراتيجية تحكم ذات صلة لتعويض الانحراف بين أمر الإرسال والقيمة الفعلية الطاقة النشطة لمزرعة الرياح، وبالتالي تحسين تبديد الطاقة التفاعلية لمزرعة الرياح.

كما تركز غالبية الأبحاث المتعلقة باستخدام (BESS) لتنعيم طاقة الرياح النشطة على التخلص من المكونات العشوائية من خلال استخدام توربينات الرياح عالية التردد ومزارع الرياح، بحيث كانت الطرق المطبقة على نطاق واسع هي خوارزمية المرشح الكهربائي، مثل مرشح تمرير منخفض ومرشح المرحلتين، كما تم اقتراح طريقة “مرشح كالمان” المنفصلة المبنية على الضبابي لتسهيل تذبذب طاقة الرياح.

ومع ذلك، يهدف قسم مشغل نظام النقل (TSO) إلى توليد مخرجات مزارع الرياح التي تضخ طاقة نشطة ثابتة في الشبكة وفقاً لمنحنيات الإرسال لفاصل زمني للإرسال بطريقة مشابهة لمحطات الطاقة الكهرومائية التقليدية والطاقة الحرارية، كما تتطلب حالة شحن BESS (SoC) وعمق الشحن والتفريغ وقيود أوقات الدورات استراتيجية تحكم (BESS) التي تحل مشاكل التحكم المثلى مع قيود متعددة غير مؤكدة.

أيضاً تم استخدام وحدة التحكم التنبؤية النموذجية (MPC) في وقت مبكر لـ (BESS) لتنعيم طاقة الرياح النشطة من مزرعة الرياح الموجودة قبل ساعة من نتائج التنبؤ بطاقة الرياح والحفاظ على ناتج النظام الهجين الذي يتكون من تخزين الرياح والبطارية لتتبع طاقة الرياح القصوى المتوقعة وإرسال طاقة الرياح في سوق الكهرباء.

ونظراً لأن (MPC) هو نهج تحكم في الوقت الفعلي ومثالي؛ فلا يزال يستخدم على نطاق واسع لقمع تقلبات طاقة الرياح من خلال (BESS)، بحيث تم اقتراح إطار ثنائي الحلقة لـ (BESS) لتنعيم طاقة الرياح، حيث تكون الحلقة الخارجية لتحديد قدرة نقطة الضبط والحلقة الداخلية لبناء القيد التشغيلي بواسطة (MPC).

دمج محطات الرياح مع نظام تخزين طاقة مزدوج البطارية

تظهر الشبكات ذات الاختراق العالي لطاقة الرياح مخرجات متقطعة لطاقة الرياح، مما يهدد تشغيل الشبكة وبالتالي يحد من كفاءة استخدام طاقة الرياح، كما يؤدي دمج (BESS) في مزرعة الرياح وتصميم استراتيجية تحكم معقولة إلى توليد إجمالي الناتج النشط للنظام الهجين لتخزين الرياح في البطارية الذي يلبي متطلبات كل من مركز الإرسال وشواغل السلامة المرتبطة به، وبالتالي تحسين قابلية انتشار (a) مزرعة الرياح إلى حد ما.

وصف نظام الرياح ونظام (DBESS) الهجين

يتم عرض هيكل النظام الهجين الرياح و (DBESS) في الشكل التالي (1)، والذي يتكون من مزرعة الرياح (BESS1 ، BESS2) محول ونظام إدارة الطاقة (PMS)، كما أن النظام متصل بالشبكة الرئيسية من خلال خط نقل، بحيث يتم توصيل (DBESS) بالشبكة عند نقطة التوصيل المشترك (PCC) ويقوم بشحن وتفريغ الطاقة تحت تحكم المحول لتسهيل تقلب طاقة الرياح.

الهدف من الدراسة هو تحسين قابلية إرسال مزرعة الرياح من خلال تمكين نظام الرياح و (DBESS) الهجين ليتم إرساله بطريقة مشابهة لمحطات الطاقة الحرارية التقليدية، وبالتالي تتبع ترتيب الإرسال المطلوب في فترة الإرسال وتحسين العمر في نفس الوقت من البطارية، وبمعنى آخر يتتبع خرج نظام الرياح و(DBESS) الهجين منحنى الإرسال المطلوب (PD) قدر الإمكان في أوقات شحن أو تفريغ البطارية المنخفضة.

ومن أجل تحقيق هذا الهدف؛ فإنه يتم توقع طاقة الرياح المستقبلية بخطوة (H) في كل نقطة عينات من خلال نموذج التنبؤ بطاقة الرياح، حيث تحدد هذه القيم المتوقعة ترتيب الإرسال. للتعويض عن الانحراف بين أمر الإرسال (PD) وطاقة الرياح الفعلية (PW)، كما تم حساب الإجراءات المعقولة للبطاريتين (uk1 و uk2) بناءً على استراتيجية التحكم في (PMS)، وبموجب هذه الاستراتيجية، لذلك اتبعت طاقة الشبكة المحقونة أي الناتج الإجمالي للنظام الهجين (PG) وترتيب الإرسال الذي حدده (TSO).

طريقة تشغيل (DBESS): تحقق البحث السابق من أهمية وقت التبديل بين حالات الشحن أو التفريغ للبطارية وعمق التفريغ (DoD) كعاملين رئيسيين فيما يتعلق بعمر البطارية، كما تتطلب التحسينات في عمر البطارية ترددات تحويل أقل بين حالات الشحن أو التفريغ للبطارية وتقليل الشحن الزائد للبطارية أو الإفراط في تفريغها.

لذلك يتطلب تقليل أوقات تبديل شحن أو تفريغ البطارية في (DBESS) إما شحناً ثابتاً للبطارية أو تفريغها قبل أن تنتقل أي من البطاريتين إلى عمق التفريغ، والذي تم وصفه بواسطة وضعي (DBESS) التشغيليين:

• الوضع (A): شحن البطارية [1] (PB1≥0)، تفريغ البطارية [2] (PB2≤0)، وفي الوضع (A)، وعندما يكون خرج طاقة الرياح (PW) أكبر من أمر الإرسال (PD)؛ فإن (PW − PD> 0) و (PB1> 0) و (PB2 = 0)، وعندما يكون خرج طاقة الرياح (PW) أصغر من أمر الإرسال (PD)؛ فإن (PW − PD <0) و (PB1 = 0) و (PB2 <0).

• الوضع (B): تفريغ البطارية [1] (PB1≤0)، شحن البطارية [2] (PB2≥0)، بحيث يتم تنفيذ الوضع (B) عكسياً إلى الوضع (A)، بحيث عندما يكون خرج طاقة الرياح (PW) أكبر من أمر الإرسال (PD)، لذلك؛ فإن (PW − PD> 0) و (PB1 = 0) و (PB2> 0)، وعندما يكون خرج طاقة الرياح (PW) أصغر من أمر الإرسال (PD)؛ فإن (PW − PD <0) و (PB1 <0) و (PB2 = 0).

كما يتم تشغيل (DBESS) في فترة (T1) باستخدام الوضع (A)، كما هو موضح في الشكل التالي (2)، بينما يتم تشغيل (DBESS) في فترة (T2) باستخدام الوضع (B).

ولتجنب عمليات البطارية المفرطة الشحن والمفرطة الشحن، كما تم تقييد (SoC) لكلتا البطاريتين بشكل صارم بين (SoCU) و (SoCL) وتم تبديل أوضاع التشغيل في أوقات معقولة، كما تم تقدير (SoC) لفترة الإجراء التالية وفقاً للمعلومات الحالية، والتي تتضمن (SoC) لكل من البطاريات ووضع التشغيل وطاقة الرياح المتوقعة وترتيب الإرسال لفاصل الإجراء التالي، وذلك لتحديد وضع تشغيل (DBESS) في فترة العمل التالية.

كما خصصت عملية الوضع (A- DBESS BESS- 1) لشحن الطاقة و (BESS 2) لتفريغ الطاقة الكهربائية، بحيث يمكن وصف (SoC) المقدرة لكلتا البطاريتين في فترة الإجراء التالية على النحو التالي:

حيث أن:

كما قدرت عملية الوضع (B- DBESS) لكلا البطاريتين في فترة الإجراء التالية على النحو التالي:

كما يوضح الشكل التالي (3) استراتيجية تبديل الوضع التشغيلي لـ (DBESS)، حيث يحدد “الوضع” وضع التشغيل ويمثل (الوضع = 1)، وهي عملية الوضع (A DBESS)، كما ويمثل (الوضع = 2)، وهي عملية الوضع (B DBESS)؛ فإنه تم اكتشاف وضع تشغيل (DBESS) في فترة التحكم الحالية لأول مرة، وبعد ذلك تم اعتبار طاقة الرياح المتوقعة وترتيب الإرسال لتقدير (SoC) لكلتا البطاريتين في فترة الإجراء التالية: