Energieopslagsystemen spelen een cruciale rol in moderne energiesystemen, vooral met de toenemende penetratie van hernieuwbare energiebronnen. De vier - kwadrantenwerking van energieopslag is een belangrijk concept dat de eigenschappen van de energiestroom tussen het energieopslagsysteem en het elektriciteitsnet beschrijft.
Volgens GB/T 44026 - 2024 "Technische specificatie voor geprefabriceerde cabine - type Lithium - ion batterij-energieopslagsysteem", moet het uitgangsvermogen van het energieopslagsysteem in vier kwadranten instelbaar zijn1.
1. Basisconcept van energieopslag Vier kwadranten
1.1 Inzicht in de arbeidsfactor
Er zijn 4 quarantaines waarmee rekening moet worden gehouden.
In het eerste kwadrant zijn zowel het actieve vermogen (P) als het reactieve vermogen (Q) van het energieopslagsysteem groter dan 0. Het energieopslagsysteem bevindt zich in een ontladende toestand, waarbij actief vermogen aan het elektriciteitsnet wordt vrijgegeven en tegelijkertijd reactief vermogen wordt gecompenseerd. Dit is meestal het geval wanneer het net extra actief vermogen en blindvermogen nodig heeft tijdens piekperioden van - belasting2.
In het tweede kwadrant is het actieve vermogen van het energieopslagsysteem kleiner dan 0 en het reactieve vermogen groter dan 0. Het net levert actief vermogen aan het energieopslagsysteem, terwijl het energieopslagsysteem blindvermogencompensatie aan het net levert. Deze situatie kan zich voordoen wanneer het elektriciteitsnet een leidende arbeidsfactor heeft en inductieve blindvermogencompensatie nodig heeft, en het energieopslagsysteem actief vermogen kan absorberen voor opladen terwijl het blindvermogen levert.2.
In het derde kwadrant zijn zowel het actieve vermogen als het reactieve vermogen van het energieopslagsysteem kleiner dan 0. Het net levert zowel actief vermogen als reactief vermogen aan het energieopslagsysteem, en het energieopslagsysteem bevindt zich in een oplaadstatus en absorbeert reactief vermogen van buitenaf. Dit is de normale laadtoestand van het energieopslagsysteem wanneer het elektriciteitsnet voldoende stroom heeft en het energieopslagsysteem moet worden opgeladen2.
In het vierde kwadrant is het actieve vermogen van het energieopslagsysteem groter dan 0 en het reactieve vermogen kleiner dan 0. Het energieopslagsysteem levert actief vermogen aan het elektriciteitsnet en absorbeert reactief vermogen van buitenaf. Dit kan worden gebruikt om de spanning van het net te regelen tijdens bepaalde bedrijfsomstandigheden. Wanneer de netspanning bijvoorbeeld te hoog is en capacitieve blindvermogencompensatie nodig is, kan het energieopslagsysteem actief vermogen ontladen terwijl het blindvermogen absorbeert.2.
1.2 Vermogensfactor berekenen
Met behulp van de stelling van Pythagoras kunnen we de derde parameter als volgt uit twee van deze parameters berekenen3.
De Stelling van Pythagoras luidt: A² + B²=C²
Daarnaast gebruiken we de regel SOHCAHTOA
Sinus ϕ=Tegenover/hypotenusa
Cos ϕ=Aangrenzend/hypotenusa
Geelbruin ϕ=Tegenover/aangrenzend
1.3 Vermogensfactorhoek
De Power Factor-hoek wordt ook vaak fasehoek genoemd.
De term Power Factor (PF) is eenvoudigweg de verhouding tussen werkelijk of ‘echt’ vermogen (P) en schijnbaar vermogen (S). Terwijl reactief vermogen (Q) de reactieve component is.
Vermogensfactor (PF)=Werkelijk vermogen kW (P) / schijnbaar vermogen KVA (S)
Voor werkelijk vermogen=80kW en reactief vermogen=100kVA hebben we bijvoorbeeld
PF=80/100=0.8
Dit vertegenwoordigt een verlies van 20%!!! en kan in veel gevallen nog veel erger zijn3.
2. Betekenis van vier-{1}} kwadrantwerking
De vier - kwadrantenwerking van het energieopslagsysteem heeft een belangrijke betekenis voor de stabiele werking en het efficiënte beheer van het energiesysteem.
In de eerste plaats kan het de stroomkwaliteit van het elektriciteitsnet verbeteren. Door het actieve en reactieve vermogen in verschillende kwadranten aan te passen, kan het energieopslagsysteem de stroomschommelingen en spanningsinstabiliteit compenseren die worden veroorzaakt door hernieuwbare energiebronnen, zoals wind- en zonne-energie. Wanneer de windenergieproductie bijvoorbeeld plotseling afneemt, kan het energieopslagsysteem in het eerste kwadrant snel actief vermogen vrijgeven om de stabiliteit van de netfrequentie en -spanning te behouden.4.
Ten tweede kan het de betrouwbaarheid van het energiesysteem vergroten. In geval van netstoringen of noodsituaties kan het energieopslagsysteem in verschillende kwadranten werken om noodstroomondersteuning en blindvermogencompensatie te bieden. Tijdens een kortsluiting in het elektriciteitsnet - kan het energieopslagsysteem in combinatie met een statische synchrone compensator (StatCom) bijvoorbeeld actief en reactief vermogen injecteren of absorberen in antipathie met de lijnstromen om de oscillaties te dempen en het energiesysteem te stabiliseren.4.
Ten slotte kan het de gebruiksefficiëntie van energieopslagapparaten verbeteren. Dankzij de vier - kwadrantenwerking kan het energieopslagsysteem op verschillende tijdstippen en onder verschillende arbeidsfactoromstandigheden opladen en ontladen, waarbij volledig gebruik wordt gemaakt van de capaciteit van de batterij en andere energieopslagmedia4.
3. Realisatietechnologieën van vier - kwadrantoperaties
De realisatie van de vier - kwadrantenwerking van het energieopslagsysteem hangt vooral af van het stroomconversiesysteem (PCS) en de regelstrategie.
Voor het PCS gebruikt het gewoonlijk een convertertopologie met meerdere --niveaus, zoals de gecascadeerde H - bridge (CHB)-converter. Het op een CHB-converter - gebaseerde batterij-energieopslagsysteem (BESS) kan de vier - kwadrantenwerking realiseren door de stroomstroom tussen de batterij en het elektriciteitsnet te regelen5. Zoals voorgesteld in het artikel "Four Quadrants Operation Control of High - voltage Transformerless Large - Capacity System Integrating Battery Energy Storage and Reactive Power Compensation", kan door vectorontleding van de gesloten - lus gegenereerde modulatiefasespanning de net-- arbeidsfactor worden gehandhaafd en kan alle sub-- De arbeidsfactor van de modules kan worden gecompenseerd zonder de micro-grens van - cycli te overschrijden6.
In termen van controlestrategie is een alomvattende controlestrategie vereist. De regelstrategie die wordt voorgesteld voor de op CHB - gebaseerde BESS omvat bijvoorbeeld kwantitatieve ontleding van batterijstroomcomponenten met LC-filter, het verkrijgen van het haalbare bereik van het vermijden van micro-- cycli onder vier - kwadrantoperaties, en het analyseren van de uniforme modulatiestrategie waarbij rekening wordt gehouden met het elimineren van micro-- cycli en interne - fasetoestand van ladingsegalisatie7.
Een ander voorbeeld is het energieregelsysteem met vier - kwadranten, voorgesteld door de afdeling Electrical Engineering van de Tsinghua University en andere eenheden. Dit systeem combineert energieopslag en StatCom en kan stroomcompensatie-, regel- en ondersteuningsfuncties bieden voor de willekeur, golfvorm en onzekerheid van nieuwe energie. Het kan binnen 5 milliseconden reageren op netverzending en binnen 150 milliseconden een snelle aanpassing van het actieve vermogen van 0 tot 100% realiseren8.
4. Toepassingsgevallen van vier - kwadrantwerking
In sommige grote windenergiecentrales op - schaal - zonne-energie - kan het energieopslagsysteem in verschillende kwadranten werken, afhankelijk van de opbrengst aan wind- en zonne-energie en de vraag van het elektriciteitsnet. Wanneer de wind- en zonne-energie overvloedig aanwezig zijn, kan het energieopslagsysteem in het derde kwadrant werken om energie op te laden en op te slaan; wanneer de wind- en zonne-energie onvoldoende zijn, kan het in het eerste kwadrant opereren om stroom te ontladen en aan het net te leveren.
In het stroomdistributienetwerk kan het energieopslagsysteem ook worden gebruikt voor spanningsregeling en blindvermogencompensatie. Door in het tweede en vierde kwadrant te opereren, kan het de spanning van het distributienetwerk aanpassen en de arbeidsfactor aan de gebruikerszijde verbeteren9.
De vier - kwadrantenwerking van energieopslagsystemen is een belangrijke technologie in moderne energiesystemen. Het kan de stroomkwaliteit verbeteren, de systeembetrouwbaarheid vergroten en de gebruiksefficiëntie van energieopslagapparaten verhogen. Met de voortdurende ontwikkeling van nieuwe energietechnologieën en de toenemende vraag naar stabiliteit van het energiesysteem zal de vier - kwadrantenwerking van energieopslagsystemen een steeds belangrijkere rol spelen in het toekomstige energiesysteem.
[1]GB/T 44026 - 2024, technische specificatie voor geprefabriceerde cabine - type lithium - ionenbatterij-energieopslagsysteem.
[2]Speciaal Comité voor energieopslagtechnologie, Inleiding tot de technische vereisten voor energiebeheer van energieopslagsystemen.
[3]Fastron Electronics, hoe arbeidsfactorcorrectie werkt.
[4]Douding.com, een vier- kwadrantenplanningsmethode voor energieopslag voor het verbeteren van de fotovoltaïsche verbruikscapaciteit en veiligheid van distributienetwerken.
[5]IEEE, vier- kwadrantbediening van cascade H-brugconverter batterij-energieopslagsysteem.
[6]Proceeding of the CSEE, Vier-kwadrant Operation Control-technologie voor hoog-directe spanning-systemen met grote-capaciteit, batterij-energieopslag en reactieve stroomcompensatie.
[7]AEPS, een geoptimaliseerde configuratiestrategie voor energieopslag in distributienetwerken waarbij rekening wordt gehouden met vier- kwadrantenvermogen.
[8]Tsinghua University News, Vier-Kwadrantenvermogensregelsysteem.
[9]Douding.com, Onderzoek naar de Direct Power + Control-strategie van het BESS-systeem.
