Modułowy system przekształtnikowy z dedykowanym zasobnikiem bateryjnym

Wzrost udziału energii elektrycznej generowanej w rozproszonych układach energetyki odnawialnej oraz ograniczenia możliwości przesyłowych systemu elektroenergetycznego doprowadziły do konieczności wprowadzenia nowych rozwiązań technicznych zapewniających ciągłą i stabilną prace systemu dystrybucji.

Jednym z tych rozwiązań jest budowa magazynów energii elektrycznej pozwalających na zrównoważenie systemu, zapewnienie jego stabilnej pracy oraz efektywne zarządzanie energią w dynamicznych stanach zmiany obciążenia. Potrzeba magazynowania energii wynika też z cyklu dobowych zmian generacji i zapotrzebowania na moc. Jest to spowodowane rosnącym udziałem energii pochodzącej z paneli fotowoltaicznych działających w czasie dnia. Do zmian dobowych cykli poboru mocy może też przyczynić się rozwój pojazdów elektrycznych, których szybkie ładowanie odbywać się będzie podczas szczytów komunikacyjnych w dużych miastach. Kolejnym argumentem przemawiającym za magazynowaniem energii elektrycznej jest walka ze zmianami klimatu oraz zanieczyszczeniem powietrza, która zakłada odejście od spalania węgla i innych ciał stałych na rzecz odnawialnych źródeł energii, takich jak energetyka wiatrowa i panele fotowoltaiczne. Generacja z tych źródeł jest zależna od aktualnych warunków atmosferycznych i nie jest dostosowana do obecnych potrzeb systemu. Rozwiązaniem powyższych problemów jest zastosowanie magazynu o odpowiedniej pojemności, który przechowa nadmiar energii wygenerowanej np. w szczycie nasłonecznienia i odda ją w momencie zwiększonego zapotrzebowania (rys. 1). Dla pełnego wykorzystania możliwości magazynu należy zastosować nowoczesny, wysokosprawny układ energoelektroniczny zapewniający pełną kontrolę nad przepływem mocy oraz dostosowanie jej parametrów do wymagań stawianych przez operatora systemu. W niniejszym artykule zaprezentowany zostanie modułowy system przekształtnikowy dedykowany do sprzęgnięcia elektrochemicznego zasobnika energii z siecią elektroenergetyczną.

Rys. 1. Przykład instalacji ModMAG21 w systemie OZE

Opis układu

Modułowy system przekształtnikowy ModMAG21 przeznaczony jest do obsługi magazynów energii o szerokim zakresie napięciowym od 600 V DC do 900 V DC. Przekształtnik integruje obwody prądu stałego DC i prądu przemiennego AC, umożliwia dwukierunkowy przepływ energii z zachowaniem separacji galwanicznej. Układ sterowania zapewnia stabilizację napięcia AC z dużą dokładnością, kompensację mocy biernej oraz harmonicznych prądu, a także ładowanie i rozładowanie magazynu bateryjnego z zachowaniem wymaganych charakterystyk (rys. 2). Konstrukcję przekształtnika stanowi moduł typu RACK dostosowany do zabudowy w szafie. W celu zwiększenia wymaganej mocy dopuszcza się równolegle łączenie do 33 przekształtników. Przewidziano dwa rodzaje rozwiązań konstrukcyjnych: wewnętrzne oraz zewnętrzne odporne na warunki atmosferyczne. System może być konfigurowany z opcją chłodzenia cieczowego lub powietrznego. Cały system przekształcania energii został oparty o najnowsze technologie półprzewodnikowe, dzięki czemu uzyskano zwartą, kompaktową konstrukcję, przebiegi o wysokich parametrach jakościowych oraz wysokie sprawności. W zależności od aktualnych potrzeb układ może pracować w następujących trybach:

  • Ładowanie magazynu energii z zachowaniem przebiegu charakterystyk ogniw elektrochemicznych.
  • Rozładowanie magazynu z zapewnieniem parametrów wymaganych przez operatora systemu elektroenergetycznego.
  • Kompensacja energii biernej i wyższych harmonicznych prądu sieci.
  • Symulacja sieci (praca wyspowa) w miejscu bez dostępu do systemu elektroenergetycznego.
Rys. 2. Zmiana trybu pracy zasobnika bateryjnego

Typowe aplikacje

System ModMAG21 jest idealnym rozwiązaniem stabilizującym parametry sieci energetycznej w przypadku instalacji OZE. Jego zastosowanie w pobliżu farm fotowoltaicznych, elektrowni wiatrowych oraz wodnych zapewnia zwiększoną efektywną wydajność wymienionych instalacji. Z drugiej strony magazyn można wykorzystać w lokalizacjach charakteryzujących się nierównomiernym obciążeniem w cyklu dobowym. Przykładem mogą być punkty ładowania pojazdów elektrycznych, w których zastosowano szybkie ładowarki o mocach 50 kW i większych. Coraz więcej takich punktów powstaje w Polsce przy autostradach i dużych arteriach komunikacyjnych, ale również na osiedlach mieszkaniowych, stacjach benzynowych oraz w centrach handlowych. System ModMAG21 przynosi wymierne korzyści dla wszystkich instalacji z odbiornikami o wysokiej wartości szczytowej mocy w stosunku do średniego zapotrzebowania. Dzięki modułowej budowie w łatwy sposób możemy dostosowywać zarówno moc, jak i pojemność zasobnika bateryjnego, dlatego system idealnie sprawdza się w aplikacjach mikrosieci.

Podsumowanie

Zastosowanie zasobników bateryjnych przy rosnących cenach energii elektrycznej przynosi wymierne korzyści, zwiększając wydajność OZE oraz stabilizując parametry sieci energetycznej. Istotne jest wykorzystanie systemów zapewniających pełną modułowość, która pozwala na dobór mocy oraz pojemności zasobnika w zależności od potrzeb aplikacji. System ModMAG21, łącząc wszystkie wymienione korzyści, pozwala na łatwe projektowanie i zarządzanie magazynami energii.

Zobacz również

ModMAG21 – modułowy magazyn energii

Radosław Sobieski 22 czerwca 2021

Modułowy magazyn energii stabilizuje sieć prądu stałego lub przemiennego w chwilach dynamicznych zmian obciążenia. Sprzęgnięty z odnawialnymi źródłami energii OZE (np. farmy fotowoltaiczne i wiatrowe) kompensuje…

Proton-Electrotex – jednoelementowe moduły diodowe i tyrystorowe serii B0.

Rafał Piętka 18 czerwca 2021

Proton-Electrotex – rosyjski lider w projektowaniu i produkcji półprzewodników mocy, w tym diod, tyrystorów i modułów IGBT, a także radiatorów, tłumików napięcia, rezystorów i aparatury pomiarowej,…

Nowe narzędzie symulacyjne od Hitachi!

Radosław Sobieski 01 czerwca 2021

Narzędzie symulacyjne umożliwia wyznaczanie strat mocy oraz temperatur złącza modułów półprzewodnikowych dla różnych topologii przekształtników. Więcej informacji w linku poniżej: https://pdd.hitachi.eu/simulations