Resumen: el objetivo de este estudio es optimizar la configuración de la capacidad y el control coordinado de las centrales fotovoltaicas de almacenamiento de energía. al analizar el diseño estructural de las centrales fotovoltaicas, la configuración de la capacidad y las estrategias de carga y descarga de las unidades de almacenamiento de energía, así como el diseño de la red eléctrica y las unidades de carga, se construye un modelo de fiabilidad de las centrales fotovoltaicas de almacenamiento de energía. A través del análisis y comparación de los parámetros de rendimiento de los diferentes tipos de baterías de almacenamiento de energía, se propone un plan científico y razonable de configuración de optimización de capacidad. Además, el estudio también explora la estrategia de control coordinado de varios grupos de sistemas híbridos de almacenamiento de energía, diseña la función de activación de eventos y el mecanismo de ajuste correspondientes para lograr una mayor gestión energética y mejorar la estabilidad del funcionamiento del sistema. Los resultados de la investigación muestran que el rendimiento de las baterías de densidad de potencia de plomo ácido en las condiciones técnicas actuales se ha convertido en una opción ideal para optimizar la configuración de la capacidad de las centrales fotovoltaicas de almacenamiento. Al mismo tiempo, la estrategia de control optimizada mejora significativamente el rendimiento general de las centrales fotovoltaicas de almacenamiento de energía y proporciona una base de referencia importante para el diseño y funcionamiento de sistemas similares en el futuro.

Palabras clave: central fotovoltaica; Optimización de la capacidad de la batería; Control coordinado

Introducción

Como medio eficaz para resolver la intermitencia e inestabilidad de las energías renovables, las centrales fotovoltaicas de almacenamiento de energía son de gran importancia para mejorar la eficiencia energética, optimizar el funcionamiento de la red eléctrica y promover la transformación de la energía Verde. Con el desarrollo de la tecnología fotovoltaica y la reducción de costos, la proporción de la generación de energía fotovoltaica en la estructura energética mundial está aumentando. Sin embargo, la volatilidad e imprevisibilidad de la generación de energía fotovoltaica plantea desafíos para el funcionamiento estable de la red eléctrica. Por lo tanto, cómo configurar eficazmente la capacidad de las baterías de almacenamiento de energía y coordinar el control del sistema de almacenamiento de energía y la generación de energía fotovoltaica se ha convertido en un tema candente en la investigación actual. Académicos nacionales y extranjeros han llevado a cabo una gran cantidad de trabajo de investigación sobre centrales fotovoltaicas de almacenamiento de energía, que involucran la optimización de la configuración de la capacidad de la batería, estrategias de gestión energética, análisis económico y evaluación de estabilidad. La investigación existente ha mejorado en cierta medida la eficiencia y la economía del uso del sistema de almacenamiento de energía, pero todavía hay algunas deficiencias. En primer lugar, la mayoría de los estudios se centran en el análisis del rendimiento del sistema en condiciones específicas y carecen de una discusión en profundidad de la adaptabilidad en diferentes entornos y modos de funcionamiento. En segundo lugar, la investigación sobre el control coordinado del almacenamiento de energía y los sistemas fotovoltaicos no es suficiente, especialmente en términos de mecanismos de sinergia entre múltiples grupos de sistemas híbridos de almacenamiento de energía. Los modelos de optimización y las estrategias de control existentes a menudo ignoran las limitaciones técnicas y los factores de costo en la aplicación práctica, lo que dificulta la aplicación de los resultados teóricos a la práctica. En respuesta a las deficiencias de la investigación existente, este trabajo propone una nueva idea de investigación para optimizar la configuración de la capacidad de la batería y el control coordinado de las centrales fotovoltaicas de almacenamiento de energía. En primer lugar, teniendo en cuenta la incertidumbre de la generación de energía fotovoltaica y los cambios dinámicos en la demanda de carga, se establece un modelo más general de fiabilidad de las centrales fotovoltaicas de almacenamiento. Sobre esta base, se introducen indicadores clave como la tasa de penetración de potencia y la tasa de penetración de capacidad para analizar su impacto en la estabilidad de las centrales de almacenamiento óptico. Además, a través de una comparación detallada de los parámetros de rendimiento de los diferentes tipos de baterías de almacenamiento de energía, se propone un plan de configuración de optimización de capacidad. Al mismo tiempo, se diseña una estrategia de control coordinada de varios grupos de sistemas híbridos de almacenamiento de energía para lograr la gestión de la energía y mejorar la estabilidad del sistema a través de la función de activación de eventos y el mecanismo de ajuste.

Diseño estructural de la central fotovoltaica de almacenamiento de energía 1

En el diseño de la unidad fotovoltaica, se compone principalmente de módulos fotovoltaicos en serie y paralelo. Para optimizar la estrategia de control fotovoltaico, se analizan en profundidad las características de las células fotovoltaicas. Esto implica tener en cuenta el rendimiento de las células fotovoltaicas en diferentes condiciones ambientales, y a través de una comprensión profunda de estas características, se puede predecir y ajustar más la salida de las unidades fotovoltaicas para coincidir con las necesidades de las unidades de almacenamiento de energía y la situación de carga de la red eléctrica. la clave del diseño de las unidades de almacenamiento de energía radica en su configuración de capacidad y estrategia de carga y descarga. Dada la intermitencia e incertidumbre de la energía fotovoltaica, las unidades de almacenamiento de energía deben tener suficiente capacidad para almacenar el exceso de energía y liberar energía cuando la energía fotovoltaica es insuficiente para satisfacer la demanda de carga.

Para el diseño de la red eléctrica y la unidad de carga, es necesario tener en cuenta la interacción con la red eléctrica externa y los cambios dinámicos de la carga interna. Esto significa que el sistema necesita ser capaz de ajustar su salida con flexibilidad de acuerdo con las necesidades y la situación real de la carga de la red eléctrica, al tiempo que garantiza la estabilidad de la red eléctrica y la calidad del suministro de energía de la carga.

2 asignación óptima de la capacidad de las centrales fotovoltaicas de almacenamiento

2.1 establecimiento de un modelo de fiabilidad para las centrales fotovoltaicas de almacenamiento

A través de una investigación en profundidad y un análisis de datos, se encontró que el impacto de la penetración fotovoltaica en la estabilidad del sistema eléctrico no puede ser ignorado. cuando la capacidad instalada fotovoltaica supera un cierto umbral, la red de distribución regional puede enfrentar el desafío de no poder absorber la electricidad que genera, lo que conduce a una intensificación de La situación de la energía fotovoltaica invertida a la red eléctrica. Especialmente cuando las centrales fotovoltaicas de alta penetración están integradas en la red eléctrica, este fenómeno es más significativo. Una vez que la carga neta excede la Potencia del sistema, las unidades de la red eléctrica local pueden verse obligadas a dejar de funcionar, lo que representa una amenaza para la estabilidad del sistema eléctrico.

Para hacer frente a este desafío, este estudio propone la penetración fotovoltaica como indicador clave para evaluar la asignación de almacenamiento de energía de las centrales fotovoltaicas. Teniendo en cuenta la capacidad instalada fotovoltaica, la capacidad de absorción de la red de distribución regional y los requisitos de estabilidad del sistema eléctrico, la configuración de almacenamiento de energía de la central fotovoltaica se puede planificar razonablemente para garantizar el funcionamiento estable del sistema eléctrico en situaciones de alta penetración. Al mismo tiempo, esto también proporciona una base científica para la construcción y operación de centrales fotovoltaicas y ayuda a lograr una situación beneficiosa para todos entre los beneficios económicos y la estabilidad del sistema eléctrico.

En el proceso de construcción de un modelo integrado de fotovoltaica y almacenamiento de energía, este estudio considera el sistema fotovoltaico y el dispositivo de almacenamiento de energía como una unidad integrada. El modelo se construyó prestando especial atención a dos indicadores clave: la tasa de penetración de Potencia (pp) y la tasa de penetración de capacidad (cp).

La penetración de potencia se define como la relación entre la electricidad generada por el sistema fotovoltaico distribuido en un momento determinado y la carga total en ese momento. Si la relación supera el 100%, indica que la generación de energía fotovoltaica supera la demanda de carga instantánea en ese momento, y el exceso de energía eléctrica se transmitirá de nuevo a la red eléctrica.

La tasa de penetración de la capacidad es evaluar la relación entre la generación acumulada anual de energía fotovoltaica y la carga anual en la red de distribución de una región. Este indicador refleja la saturación potencial de la instalación de sistemas fotovoltaicos, es decir, la proporción de la capacidad de generación de energía fotovoltaica en relación con la carga eléctrica regional.

En el proceso de análisis de penetración fotovoltaica e investigación de configuración de almacenamiento de energía, este trabajo se basa en una serie de hipótesis. En primer lugar, se supone que la energía fotovoltaica no tiene pérdidas durante el proceso de transmisión. Esta hipótesis tiene como objetivo simplificar el proceso de cálculo y lograr una eficiencia de transmisión de energía del 100%. En segundo lugar, el estudio ignora las diferencias entre los diferentes fabricantes de convertidores fotovoltaicos y el impacto de los cambios ambientales en la salida del sistema fotovoltaico.

A escala de tiempo, no se trata de un problema transitorio de la producción fotovoltaica, sino que la producción fotovoltaica se evalúa en horas como unidad de medida. Además, el modelo de red de distribución se simplifica a un solo nodo de carga, sin tener en cuenta la interacción entre los alimentadores. Esta simplificación puede reducir efectivamente la complejidad del modelo y hacer que el análisis y el cálculo sean más complicados, al tiempo que garantiza que los resultados del estudio tengan una expresión lingüística estandarizada.

2.2 optimización de la capacidad del sistema de almacenamiento fotovoltaico

A través de un estudio en profundidad de la Potencia de funcionamiento del sistema de centrales eléctricas de almacenamiento óptico, se encontró que el sistema puede satisfacer la demanda de una carga media horaria de 198,54 kwh. este artículo requiere configurar una capacidad instalada fotovoltaica de 837 kW y una capacidad instalada de almacenamiento de energía de 2998 kW · H. Con esta configuración, el sistema fotovoltaico genera una media de 198,78 kWh por hora, lo que es suficiente para satisfacer las necesidades de carga de la red de distribución.

En la práctica, debido a las diferencias entre la generación de energía fotovoltaica y la carga debido a los cambios trimestrales, es necesario realizar un análisis de penetración fotovoltaica para optimizar la configuración de las centrales de almacenamiento óptico. De acuerdo con la curva de penetración anual, en condiciones meteorológicas soleadas, la fotovoltaica también enviará energía a la red eléctrica mientras satisface la carga de la red de distribución. Además, la tasa de penetración fotovoltaica en el cuarto trimestre es básicamente ligeramente superior a la calculada bajo la curva típica, lo que indica que el rendimiento de las centrales fotovoltaicas en funcionamiento real es mejor de lo esperado, pero también destaca la Dependencia del sistema de almacenamiento de energía y la necesidad de ajustar las estrategias de gestión energética en diferentes estaciones.

Al analizar y comparar los parámetros de rendimiento de estos diferentes tipos de baterías de almacenamiento de energía, se puede comprender mejor su rendimiento en diferentes escenarios de aplicación y optimizar la configuración de la capacidad científica y razonable en consecuencia. Teniendo en cuenta factores como la densidad energética, la vida útil del ciclo, el costo y el impacto ambiental de varias baterías, el estudio encontró que las baterías de densidad de potencia de plomo ácido mostraron un rendimiento en las condiciones técnicas actuales. Esta batería no solo tiene ventajas en términos de salida de potencia, sino que también es más prominente en términos de economía y madurez, convirtiéndola en una opción ideal para optimizar la configuración de la capacidad de la central de almacenamiento fotovoltaico.

3 control coordinado de los sistemas fotovoltaicos y de almacenamiento de energía

En la investigación sobre la configuración óptima de la capacidad de la batería y el control coordinado de las centrales fotovoltaicas de almacenamiento de energía, la estrategia de control coordinado de varios grupos de sistemas híbridos de almacenamiento de energía es uno de los contenidos centrales. Debido a la limitación de la capacidad de una sola unidad de almacenamiento de energía y el convertidor electrónico de potencia, el almacenamiento híbrido de energía de un solo grupo a menudo no puede satisfacer las mayores necesidades de regulación energética. Por lo tanto, se logra una mayor gestión energética a través de la participación conjunta y el control coordinado de varios grupos de almacenamiento híbrido de energía.

Para lograr este objetivo, este artículo primero diseñó una función de activación de eventos de coordinación de almacenamiento de energía híbrido múltiple. El objetivo principal de esta función es asignar racionalmente la Potencia de carga y descarga de diferentes unidades de almacenamiento de energía híbridas para garantizar que el rendimiento general del sistema alcance el Estado. En el proceso de diseño se adopta el principio de control de caída, a través del cual se pueden calcular los valores de referencia de voltaje de salida y la corriente de salida de varios grupos de sistemas de almacenamiento de energía híbridos. En este trabajo se introduce el concepto de observador de voltaje promedio, que puede monitorear los cambios de voltaje de cada unidad de almacenamiento de energía en tiempo real y ajustar el valor de referencia del voltaje de salida de acuerdo con esta información. Además, este artículo también utiliza un mecanismo de regulación de corriente proporcional. Este mecanismo puede ajustar el valor de referencia del voltaje de salida de acuerdo con el cambio de la corriente real, haciendo que el voltaje de salida esté más cerca de la calificación.

Bajo este complejo modo de funcionamiento, varios grupos de sistemas de almacenamiento de energía híbridos estarán en constante cambio dinámico, lo que requiere un ajuste periódico del Controlador Superior para garantizar la coordinación y estabilidad de todo el sistema. Con el fin de reducir la carga de comunicación del Controlador Superior y mejorar la eficiencia operativa del sistema, se estableció la función de evento desencadenante de ajuste de almacenamiento de energía híbrido correspondiente. Esta función está diseñada para reducir las operaciones de ajuste innecesarias, juzgando inteligentemente el Estado del sistema y activando solo las instrucciones de ajuste si es necesario. Esto no solo optimiza el uso de los recursos de comunicación, sino que también mejora la velocidad general de respuesta y la fiabilidad del sistema.

En comparación con los métodos de control tradicionales, la estrategia muestra ventajas significativas en muchos aspectos. En primer lugar, reduce efectivamente las fluctuaciones de potencia del sistema en Estado dinámico y estable y mejora la calidad de la energía. En segundo lugar, debido a que esta estrategia puede optimizar el Estado de trabajo de la unidad de almacenamiento de energía, el número de desencadenamientos del control coordinado de almacenamiento de energía híbrido de varios grupos se reduce, lo que a su vez prolonga la vida útil del equipo y reduce los costos de mantenimiento.

Además, al reducir los ciclos innecesarios de carga y descarga frecuentes, la estrategia también mejora la eficiencia y fiabilidad general del sistema. Al final, estas mejoras hacen que todo el sistema funcione de manera más estable, pueda hacer frente mejor a diversas condiciones de trabajo complejas y necesidades de carga, y proporcionar a los usuarios más servicios eléctricos.

4 Plataforma de gestión de Energía inteligente ankerie

4.1 Plataforma de gestión de Energía inteligente ancori

La Plataforma de gestión de Energía inteligente acerems es una plataforma de gestión de eficiencia energética para la microred empresarial, monitoreo en tiempo real, predicción inteligente y asignación dinámica de las condiciones de funcionamiento de las fuentes de energía distribuidas, las fuentes de energía municipales, los sistemas de almacenamiento de energía, las instalaciones de carga y todo tipo de cargas AC y DC de La microred empresarial, optimización de estrategias, diagnóstico y alerta, interacción ordenada de las cargas de origen y análisis panorámico de energía, que satisface las necesidades de digitalización de la gestión de eficiencia energética de la microred empresarial, análisis inteligente de seguridad, ajuste de la dinámica de control y visualización del análisis panorámico, completa la interacción flexible y el funcionamiento económico entre los recursos de almacenamiento de luz bajo diferentes estrategias, reduce los costos energéticos de los usuarios y mejora la eficiencia operativa de la micro La Plataforma de gestión de Energía inteligente acerlems puede aceptar instrucciones de despacho y respuesta a la demanda de centrales eléctricas virtuales, y es un subsistema empresarial de la Plataforma de centrales eléctricas virtuales.

Figura 1 interfaz principal de la Plataforma de gestión de Energía inteligente acerems

4.2 estructura de la plataforma

El sistema cubre todos los eslabones de la "fuente - Red - carga - almacenamiento - carga" de la microred empresarial, recoge dispositivos de medición y control, fotovoltaica, almacenamiento de energía, pilas de carga, datos de carga convencionales a través de pasarelas inteligentes, optimiza el control de acuerdo con los cambios de carga y el despacho de la red eléctrica, promueve el consumo de nueva energía al tiempo que reduce la gran demanda de la red eléctrica para que funcione de manera segura.

Figura 2 Estructura de la Plataforma de gestión de Energía inteligente acerems

4.3 Funciones de la plataforma

4.3.1. exhibición digital de energía

Comprender rápidamente el funcionamiento de la energía mostrando la electricidad municipal, fotovoltaica, eólica, almacenamiento de energía, pilas de carga y otros datos de carga en tiempo real en la pantalla grande.

4.3.2. optimización del control

Muestra intuitivamente la producción y el flujo de energía, incluidos los procesos de carga y consumo de energía municipal, fotovoltaica, almacenamiento de energía, mejorando el consumo de nueva energía optimizando el control del almacenamiento de energía y la carga controlable, cortando picos y llenando valles, suavizando la producción del sistema y mostrando la comparación de la curva energética antes y después de la optimización.

4.3.3. predicción inteligente

En combinación con los datos meteorológicos, los datos históricos predicen la potencia fotovoltaica y eólica y la Potencia de carga, y los comparan y analizan con la Potencia real, optimizando el despacho a través del sistema de almacenamiento de energía y el control de carga, reduciendo la demanda y el costo de la electricidad.

4.3.4. análisis del consumo de energía

Recoger el consumo de electricidad, agua, gas natural, frío / calor y otros medios energéticos de las empresas, compararlos con el mismo mes anterior, mostrar el flujo de energía, comparar el consumo de energía y convertir el carbón estándar o las emisiones de carbono.

4.3.5. carga ordenada

El sistema admite el acceso a pilas de carga AC - DC y el control vinculado con la tasa de carga del transformador de acuerdo con la carga de la empresa y la capacidad del transformador para guiar a los usuarios a cargar de manera ordenada y garantizar la seguridad del funcionamiento de la microred eléctrica de la empresa.

4.3.6 inspección de operaciones y mantenimiento

El sistema apoya la gestión de tareas, los registros de inspección / defectos / eliminación de policía / reparación de emergencia y la gestión de órdenes de trabajo de notificación, y realiza la gestión de circuito cerrado del proceso de operación y mantenimiento rastreando la trayectoria del personal de operación y mantenimiento a través del posicionamiento beidou.

4.4 selección de equipos

Además de la Plataforma de gestión de energía inteligente, también cuenta con sensores de campo, pasarelas inteligentes y otros equipos, formando un sistema completo de digitalización de energía "nube - borde - extremo", que incluye productos integrales de protección y monitoreo de la distribución de alta y baja tensión, dispositivos de monitoreo en línea de la calidad de la energía, gestión de la calidad de la energía, control de iluminación, pilas de carga, soluciones eléctricas contra incendios, etc., que pueden proporcionar una capacidad de servicio integral para el sistema de gestión de energía a nivel empresarial de la central eléctrica virtual.

Las soluciones del sistema ankeri también incluyen soluciones del sistema como la plataforma en la nube de transporte y mantenimiento de energía, la Plataforma de gestión de facturación integral de energía, la plataforma en la nube de supervisión de energía respetuosa con el medio ambiente, la plataforma en la nube de operación y gestión de pilas de carga, la plataforma inteligente en la nube de incendios, el sistema de monitoreo de energía eléctrica, el sistema de gestión de energía de microred, el sistema de control de iluminación inteligente, el sistema de control de calidad de energía eléctrica, el sistema de protección contra incendios eléctricos y el sistema de monitoreo de aislamiento de energía de aislamiento, que cubren todos los eslabones de la microred eléctrica de la empresa y crean un sistema

5 Conclusiones

Después de una investigación y análisis en profundidad, este estudio ha logrado resultados notables en la asignación óptima y el control coordinado de la capacidad de las células de las centrales fotovoltaicas de almacenamiento de energía. Al construir un modelo de fiabilidad de las centrales de almacenamiento fotovoltaico que tenga en cuenta la incertidumbre de la generación de energía fotovoltaica y los cambios dinámicos de la demanda de carga, e introducir indicadores clave como la penetración de potencia y la penetración de capacidad, se evalúa efectivamente la estabilidad de las centrales de almacenamiento fotovoltaico. Al mismo tiempo, se propone un plan científico y razonable de optimización de la capacidad para comparar cuidadosamente los parámetros de rendimiento de los diferentes tipos de baterías de almacenamiento de energía. Además, se diseñan estrategias de control coordinadas de varios grupos de sistemas híbridos de almacenamiento de energía, que logran la gestión energética y la mejora de la estabilidad del sistema a través de la función de activación de eventos y el mecanismo de ajuste. Estos resultados de la investigación no solo proporcionan orientación práctica para el diseño y funcionamiento de las centrales fotovoltaicas de almacenamiento de energía, sino que también sientan una base sólida para la amplia aplicación y el desarrollo sostenible de las energías renovables en los sistemas energéticos. A la luz de la situación real, es necesario considerar más restricciones técnicas y factores de costo en el futuro, y cómo equilibrar la economía y la tecnología para lograr la asignación todavía necesita ser estudiado en profundidad.

Referencias:

[1] he qi, Xiang jiaqiang, Guo zhenxing, Zhou feng, Wei jijun. Estudio sobre la configuración óptima y el control coordinado de la capacidad de las baterías de las centrales fotovoltaicas de almacenamiento de energía

[2] Wang youxin. Análisis del diseño eléctrico del sistema de generación de energía fotovoltaica y la central eléctrica

[3] manual de diseño y aplicación de microredes empresariales de ankeri. edición 2022.05