74
Применение систем накопления
электроэнергии для повышения
коэффициента использования
установленной мощности электростанций
на базе возобновляемых источников
энергии в составе электрических систем
УДК 621.311:621.354
Данная
статья
посвящена
применению
системы
накопления
электроэнергии
(
СНЭ
)
для
повышения
коэффициента
использования
установленной
мощности
(
КИУМ
)
электро
–
станции
(
ЭС
)
на
базе
возобновляемых
источников
энергии
(
ВИЭ
),
интегрированной
в
электрическую
систему
.
В
работе
показана
разработка
методики
,
позволяющей
опре
–
делять
мощность
и
емкость
аккумуляторной
СНЭ
для
повышения
КИУМ
с
учетом
ограни
–
чений
,
вызванных
особенностями
работы
электростанции
на
базе
ВИЭ
и
СНЭ
.
Разрабо
–
танная
методика
была
применена
на
простейшей
модели
реальной
электрической
сети
,
содержащей
ветряную
электростанцию
(
ВЭС
).
В
конце
статьи
проведен
анализ
получен
–
ных
результатов
.
Булатов
Р
.
В
.,
аспирант кафедры
Электроэнергетических систем
ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»
Насыров
Р
.
Р
.,
к.т.н., доцент кафедры
Электроэнергетических систем
ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»
Бурмейстер
М
.
В
.,
ассистент кафедры
Электроэнергетических систем
ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»
Ключевые
слова
:
система накопления
электроэнергии,
возобновляемые источники
энергии, коэффициент
использования установленной
мощности, коэффициент
состояния заряда
В
настоящее время в мире и, в частности, в России находят все
более широкое применение возобновляемые источники электро-
энергии (ВИЭ). В электроэнергетические системы (ЭЭС) активно
внедряется генерация электроэнергии ветроэлектрическими стан-
циями (ВЭС) и солнечными электростанциями (СЭС) [1–3]. Согласно отче-
ту международного агентства по возобновляемым источникам энергии [1]
установленная мощность ЭС на базе ВИЭ в период с 2011 по 2020 годы
увеличилась более чем в два раза — до 2799 ГВт. Согласно [2], на текущий
момент сооружение объектов генерации на основе энергии ветра и солн-
ца является самым распространенным решением почти на всех основных
мировых рынках, так как многим странам, включая Китай, Индию и боль-
шую часть Европы, становится дешевле создавать объекты генерации на
основе ВИЭ с нуля, чем эксплуатировать существующие угольные и газо-
вые электростанции. Темпы ввода генерирующих объектов ВИЭ на основе
ветра и солнца в рамках программ ДПМ ВИЭ 1.0 и 2.0 на основе данных [3]
представлены на рисунке 1.
Рис
. 1.
Показатели
величин
объемов
ввода
установленной
мощности
генерирую
–
щих
объектов
ВИЭ
на
основе
ветра
и
солнца
в
РФ
У
ст
анов
ленная мощность, МВ
т
Год
2035
2024
5175,1
10035
2789
1601
1007
662
СЭС
ВЭС
137
55
8
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ
ЭНЕРГЕТИКА
75
Основной проблемой при внедрении ЭС на базе
ВИЭ в энергосистему является нестабильность са-
мих источников, приводящая к большим колебаниям
выходной мощности и, как следствие, низкому по-
казателю КИУМ ввиду невозможности реализации
всей доступной энергии. Влияние колебаний вы-
ходной мощности электростанций на базе ВИЭ тем
больше, чем выше мощность или доля энергии, про-
изводимой такими электростанциями, во всей энер-
госистеме [4].
Одним из эффективных решений вышеописан-
ной проблемы является применение СНЭ [5–8].
К концу 2020 года в мире в процессе строительства
или разработки находится 1638 проектов с примене-
нием СНЭ. В 507 проектах СНЭ используются для
обеспечения эффективной работы электрических
станций на базе ВИЭ [7]. СНЭ в данных проектах
выполняют функции регулирования колебаний мощ-
ности и напряжения, максимизации используемой
энергии ЭС на базе ВИЭ, смещения пика нагрузки,
повышения устойчивости параллельной работы ге-
нераторов сис темы и т.д. На основе анализа базы
данных можно сделать вывод о том, что наибольшее
распространение для обеспечения эффективной ра-
боты электрических станций на базе ВИЭ получили
электрохимические СНЭ, в частности, аккумулятор-
ные системы накопления энергии (АСНЭ). Это объ-
ясняется тем, что данные технологии являются наи-
более освоенными современной промышленностью,
а также постоянным снижением удельной стоимости
таких типов СНЭ [9–10].
Важной задачей в области применения СНЭ яв-
ляется выбор ее параметров. СНЭ состоит из мно-
жества элементов [11], однако, как правило, под вы-
бором ее параметров подразумевается определение
мощности и емкости накопителя [11–15].
Анализ российской научно-технической литера-
туры, посвященной вопросам применения СНЭ, по-
казал отсутствие методик выбора параметров СНЭ
для повышения КИУМ ЭС на базе ВИЭ в составе
электрических сетей [11, 14, 15]. Определение пара-
метров СНЭ в работах, как правило, производится
для задач, связанных с применением ВИЭ в изоли-
рованных энергосистемах, а также для сглажива-
ния пиков нагрузки и регулирования напряжения.
При этом критериями оптимальности выступают:
минимизация ежегодных расходов изолированной
энергосистемы, содержащей ЭС на базе ВИЭ, мак-
симизация доступной мощности технологического
присоединения, обеспечение требуемого уровня
напряжения в узлах сети с наибольшими положи-
тельными или отрицательными отклонениями на-
пряжения.
В зарубежной литературе представлено большое
количество работ, посвященных выбору оптималь-
ных параметров СНЭ и места их установки в энер-
госистемах, содержащих ЭС на базе ВИЭ, при этом
в подавляющем большинстве случаев определение
параметров производится с помощью различных
методов оптимизации. Критериями оптимальности
в таких работах выступают: минимизация затрат на
установку и эксплуатацию СНЭ, минимизацию актив-
ных потерь электроэнергии, максимизация использо-
вания энергии ВИЭ [12,13, 16–18].
Стоит отметить, что в работах, в которых основ-
ная задача представляет собой максимизацию ис-
пользования энергии ВИЭ, в большинстве случае
задача сводится к снижению колебаний выходной
мощности либо к сглаживанию пиков выдачи мощ-
ности, при этом критерий максимизации КИУМ не
рассматривается. Также во многих работах преобла-
дает сценарный подход, то есть случайным образом
формируется множество вариантов (сценариев) па-
раметров СНЭ на основе случайных данных о пара-
метрах режима и схеме сети. В работах, в которых
критериями оптимальности выступают различные
экономические характеристики, не производится
анализ фактических графиков нагрузки и графиков
выдачи мощности при указании доли ВИЭ в обеспе-
чении соответствующей нагрузки. Также в работах не
учитывается, что увеличение КИУМ ЭС на базе ВИЭ,
особенно удаленных от центров питания в распреде-
лительных сетях, позволяет уменьшить вероятность
возникновения обратных перетоков мощности, кото-
рые могут привести к некорректной работе релейной
защиты и автоматики на центрах питания, а также
к срабатыванию технологических защит вследствие
повышения напряжения сверх нормативного в узле
присоединения ЭС на базе ВИЭ и в узлах сети, при-
легающих к ней.
Целью данного исследования является разра-
ботка методики выбора параметров СНЭ в составе
ЭС на базе ВИЭ, интегрированной в энергосистему,
для максимизации использования энергии ВИЭ, на
основе анализа графика нагрузки и выдачи мощно-
сти, который учитывает такой критерий оптималь-
ности, как максимизация КИУМ электростанции
на базе ВИЭ. При этом ограничениями выступают
состояние заряда накопителя, изменение выдава-
емой мощности ЭС на базе ВИЭ, связанное с нали-
чием связи с единой энергосистемой, а также огра-
ничение на обратный переток мощности в сети и на
центрах питания. Для достижения цели требуется
математическое описание методики, а также про-
ведение практических расчетов на математической
модели участка электрической сети, содержащей
ЭС на базе ВИЭ.
ОПИСАНИЕ
МЕТОДИКИ
Для определения параметров СНЭ был разработан
алгоритм, состоящий из нескольких этапов. Блок-
схема алгоритма представлена на рисунке 2. На
первом этапе происходит определение требуемой
мощности и емкости СНЭ для поглощения избыточ-
ной мощности ВИЭ. На втором этапе выходная ком-
бинированная мощность ВИЭ и СНЭ, представляю-
щая собой их сумму, корректируется в соответствии
с ограничениями на ее изменение. На третьем этапе
с помощью коэффициента состояния заряда (КСЗ)
корректируется мощность и емкость СНЭ. На чет-
вертом этапе полученный график выходной комби-
нированной мощности сглаживается с помощью ал-
горитма на основе адаптивного линейного нейрона,
эффективность которого была продемонстрирована
№
6 (69) 2021
76
ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ
ЭНЕРГЕТИКА
Старт
Конец
Считывание исходных данных
Вывод данных
Расчет верхней и нижней границ 10%-го ограничения, наложенного на комбинированную мощность
Определение требуемых параметров СНЭ для поглощения избыточной энергии ВИЭ
Выходной мощности
присваивается
верхняя граница
Выходной мощности присваивается
нижняя граница
Сглаживание комбинированной выходной мощности
с помощью адаптивного линейного нейрона
Проверка ограничений на комбинированную выходную мощность
Использование коэффициента
изменения разряда батареи
Использование коэффициента
изменения заряда батареи
Мощность разряда СНЭ = 0
Мощность разряда СНЭ = 0
Расчет коэффициента состояния заряда (КСЗ)
Определение мощности и емкости СНЭ
Перерасчет емкости батареи
Батарея
заряжается?
КСЗ = 1?
КСЗ < 0,3?
Уровень
заряда меньше
40%?
Уровень
заряда больше
60%?
Нет
Нет
Нет
Нет
Нет
Нет
Нет
Да
Да
Да
Да
Да
Да
Да
Рис
. 2.
Блок
–
схема
алгоритма
Комбинированная
мощность больше верхней
границы?
Комбинированная
мощность меньше нижней
границы?
77
в работе [19]. На последнем этапе проводится
контроль выходной комбинированной мощнос-
ти ВИЭ и СНЭ с учетом всех ограничений.
Определение требуемой мощности и емко-
сти СНЭ для обеспечения максимального КИУМ
осуществляется путем сравнения графиков вы-
дачи мощности ЭС на базе ВИЭ и графика на-
грузки. При превышении графика выдачи мощ-
ности ВИЭ
P
ВИЭ
(
t
) графика нагрузки
P
нагр
(
t
), то
есть на интервале
t
зарядки
∈
{
P
ВИЭ
>
P
нагр
} СНЭ за-
ряжается и его емкость определяется, как
C
‘
СНЭ
=
T
i
=
t
(
P
ВИЭ,
i
–
P
нагр,
i
)
t
(1)
на интервале времени
t
≤
t
зарядки ≤
T
.
Мощность СНЭ определяется, как
P
‘
СНЭ
=
max
{
P
ВИЭ,
i
–
P
нагр,
i
}
(2)
при разрядке и зарядке накопителя.
Для обеспечения конкретного значения КИУМ
можно получить различные значения мощностей
и емкостей СНЭ, а также требуемый график мощ-
ности СНЭ
P
СНЭ
(
t
) и график выдачи комбинирован-
ной мощности ВИЭ и СНЭ
P
комб
(
t
), определяемой
как сумма графиков
P
ВИЭ
(
t
) и
P
СНЭ
(
t
). Очевидно, что
вышеописанные графики могут быть произвольной
формы, поэтому необходимо учитывать ограниче-
ния, связанные с особенностями работы как ЭС на
базе ВИЭ, так и накопителя.
В разных странах системные операторы и сете-
вые компании накладывают различные ограниче-
ния на изменение выходной мощности различных
типов ЭС на базе ВИЭ на различных временных
интервалах, особенно это касается ВЭС ввиду не-
стабильности ветрового потока [20–23]. В данной
работе ввиду особенности исходных данных (на-
личие данных о выдачи мощности ВЭС и графи-
ке нагрузки на недельном временном интервале
с 10-минутным осреднением) максимальное изме-
нение комбинированной выходной мощности при-
нято в диапазоне 10% на 10-минутном интервале,
то есть ∆
P
комб
≤ 0,1
P
ном
,
P
ном
— номинальная мощ-
ность установки на базе ВИЭ.
Для ограничения скорости изменения выходной
мощности ВИЭ используются данные о комбиниро-
ванной выходной мощности за 10-минутное окно,
рассчитанные в предыдущем этапе. Массив данных
на 10-минутном интервале выглядит следующим об-
разом:
W
10
P
комб
= {
P
t
-1
комб
,
P
t
комб
}.
(3)
Значение
P
комб
в следующий момент времени
должно быть в пределах допустимых значений. Мак-
симальное изменение мощности при этом определя-
ется следующим образом:
10
= (
max
{
W
10
P
комб
} –
min
{
W
10
P
комб
}) /
P
ном
.
(4)
Если
10
≤ 0,1, то
P
комб
∈
[
P
комб
,
P
комб
] , где
P
комб
и
P
комб
— это верхняя и нижняя допустимая граница
выдачи мощности соответственно, которые опреде-
ляются следующим образом:
P
комб
=
min
{
W
10
P
комб
} + 0,1
P
ном
,
(5)
P
комб
=
max
{
W
10
P
комб
} – 0,1
P
ном
.
(6)
Табл. 1. Значение коэффициента,
ограничивающего прием/выдачу энергии батареей
C
тек
/
C
макс
,
о.е.
Значение коэффициента
k
Заряд
Разряд
0,3
1
0
0,3–0,4
1
1 – (0,4 –
C
тек
/
C
макс
) / 0,4
0,4–0,6
1
1
0,6–1
1 – (
C
тек
/
C
макс
– 0,6) / 0,4
1
Тогда
P
комб
в момент времени
t
определяется, как
P
комб
, если
P
комб
≤
P
комб
,
P
комб
=
P
комб
, если
P
комб
∈
[
P
комб
,
P
комб
],
(7)
P
комб
, если
P
комб
≥
P
комб
,
В рамках данной работы планируется примене-
ние аккумуляторной СНЭ. Чрезмерный заряд или
разряд батареи приводит к сложностям в управле-
нии мощностью заряда-разряда АСНЭ [24], а также
наносит ей серьезный ущерб, что приводит к сни-
жению срока службы батареи [17]. В данном алго-
ритме для устранения негативных последствий
от чрезмерного заряда или разряда использует-
ся ограничение коэффициента состояния заряда
(КСЗ), представляющего собой отношение теку-
щей емкости накопителя
C
тек
к максимальной
C
макс
,
определенной по выражению (1). При приближении
КСЗ к границам полного заряда и разряда с помо-
щью коэффициентов накладываются ограничения
на прием/выдачу мощности батареи. Значение ко-
эффициента
k
в зависимости от режима работы ба-
тареи и КСЗ представлено в таблице 1.
Разница между фактической выходной мощно-
стью ЭС на базе ВИЭ и комбинированной определяет
режим работы батареи. Коэффициент накладывает-
ся на требуемую емкость батареи на соответствую-
щем этапе расчета:
C
СНЭ,
i
=
k
· (
P
ВИЭ,
i
–
P
комб,
i
) ·
t
,
(8)
где
C
СНЭ
— требуемая емкость батареи на интерва-
ле времени,
t
— интервал осреднения данных.
Если батарея работает в допустимом режиме
с точки зрения КСЗ, то определяется мощность СНЭ
по формуле:
P
‘
СНЭ,
i
=
P
ВИЭ,
i
–
C
СНЭ,
i
/
t
.
(9)
При наступлении полного заряда или разряда
СНЭ выдача или прием мощности накопителем огра-
ничивается.
Скорректированная комбинированная мощность
определяется как разность
P
ВИЭ
(
t
) и
P
‘
СНЭ
(
t
).
На следующем этапе новое значение скорректи-
рованной комбинированной мощности сглаживается
с помощью алгоритма на основе метода линейного
адаптивного нейрона, предложенного в работе [19].
Работа данного метода необходима для сглажива-
ния колебаний выходной мощности и определяет
дополнительную емкость и мощность СНЭ в случае
полного заряда накопителя по условию повышения
КИУМ. Данный алгоритм обеспечивает требования
при подключении ЭС на базе ВИЭ к электрической
№
6 (69) 2021
78
Система
Т1
Т2
ЛЭП
Инвертор
СНЭ
ВЭС
P
нагр
P
комб
P
ВЭС
P
СНЭ
сети при меньшем значении емкости. После сглажи-
вания графика комбинированной мощности прове-
ряются ограничения (5–7), корректируется значение
емкости согласно выражению (8) и мощности соглас-
но выражению (9).
Итоговая емкость СНЭ определяется, как
C
СНЭ
=
T
i
=
t
C
СНЭ,
i
,
(10)
где
T
равно всему периоду измерений мощностей.
Итоговая мощность СНЭ определяется, как
P
СНЭ
=
max
{
P
СНЭ,
i
}.
(11)
В работе описанный алгоритм применяется для
получения максимального КИУМ ЭС на базе ВИЭ,
который определяется как
КИУМ =
N
i
=
n
(
P
i
∙
t
i
/ (
P
уст
∙
T
)) ∙ 100%,
(12)
где
n
,
N
— границы рассматриваемого интервала
времени;
P
i
— фактическая мощность ЭС на базе
ВИЭ в момент времени
t
i
;
P
уст
— установленная мощ-
ность ЭС на базе ВИЭ.
ПРАКТИЧЕСКАЯ
РЕАЛИЗАЦИЯ
МЕТОДИКИ
Вышеописанная методика была применена на про-
стейшей эквивалентированной схеме сети, пред-
ставленной на рисунке 3. Исходная модель пред-
ставлена в работе [19].
Схема содержит ВЭС установленной мощностью
5,1 МВт. На каждой ВЭУ установлены преобразо-
ватели на основе IGBT-транзисторов. Напряжение
каждой ВЭУ с помощью повышающих трансформа-
торов мощностью 1875 кВ∙А преобразуется с 0,4 кВ
до 15 кВ, после чего вырабатываемая ВЭС электро-
энергия поступает в прилегающую распредели-
тельную сеть. СНЭ подключается к точке общего
присоединения через инвертор. Эквивалентная
воздушная линия электропередачи (ЛЭП) выпол-
нена маркой провода АС 70/11. ВЭС находится на
значительном удалении от центра питания [19]. На
центре питания установлены трансформаторы
110/15 кВ. График выдачи мощности ВЭС и график
нагрузки, измеренный на центре питания, пред-
ставлены на рисунке 4.
Вышеописанная методика была применена для
реальных измеренных данных о выдачи мощности
ВЭС и графике нагрузки на центре питания (систе-
ме). Алгоритм был реализован на языке программи-
рования Python, расчеты установившихся режимов
осуществлялись на 10-минутных интервалах. Для
более подробного исследования работы алгорит-
ма рассмотрим выходные данные при использова-
нии накопителя мощностью 2685,4 кВт и емкостью
10 000 кВт∙ч. КИУМ, определенный по выражению
(12), в данном случае составил 11,6%. Максималь-
но возможный КИУМ для представленных данных
о выдачи мощности ВЭС, при условии, что в на-
грузке реализуется вся мощность ВЭС, составляет
15,37%. КИУМ при отсутствии накопителя составля-
ет 10,44%.
На величину КИУМ сильно влияет характер
графиков нагрузки и выдачи мощности ВЭС. На-
пример, для этого типа данных первые дни на не-
дельном интервале наблюдалась большая актив-
ность ветрового потока, что привело к большому
набросу мощности и быстрому заряду накопителя
до максимальной емкости. На графике данная ситу-
ация представлена изменением комбинированной
выходной мощности и ее стремлением к исходной
выходной мощности ВЭС в утренние часы перво-
го дня измерений. При невоз-
можности дальнейшего на-
копления или выдачи энергии
для работы ВЭС на нагрузку
СНЭ работает на обеспечение
ограничения на изменение вы-
даваемой мощности ВЭС. При
этом в течение всего периода
моделирования КСЗ накопите-
ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ
ЭНЕРГЕТИКА
Рис
. 3.
Простейшая
схема
сети
,
содержащая
ВЭС
Рис
. 4.
Графики
нагрузки
,
комбинированной
мощности
,
мощности
ВЭС
,
СНЭ
и
системы
P
, МВ
т
День
ВЭС + СНЭ
Нагрузка
Система
ВЭС
СНЭ
1.05
2.05
3.05
4.05
5.05
6.05
7.05
8.05
3,9
3,6
3,3
3,0
2,7
2,4
2,1
1,8
1,5
1,2
0,9
0,6
0,3
0
–0,3
–0,6
–0,9
–1,2
–1,5
–1,8
–2,1
–2,4
79
ля, уровни напряжений в узлах
и загрузка оборудования были
в допустимых пределах.
Для обеспечения максималь-
ного КИУМ были проведены рас-
четы с различными емкостями
СНЭ, а также с различным исход-
ным состоянием заряда. Резуль-
таты представлены на рисунке 5.
Графики мощности СНЭ, соот-
ветствующие рассчитанным емко-
стям, представлены на рисунке 6.
Очевидно, что для повышения
КИУМ требуется большая емкость
и мощность накопителя. При этом
исходное состояние заряда нако-
пителя практически не влияет на
величину емкости для обеспече-
ния соответствующего КИУМ. Вли-
яние исходного заряда на КИУМ
происходит только при больших
значениях емкости, соизмеримых
с количеством энергии, требуе-
мой для покрытия части графика
выдачи мощности ВЭС выше гра-
фика нагрузки в первые дни изме-
рений. СНЭ позволяет добиться
увеличения КИУМ практически на
50% (с 10,44 до 15,37%).
Также в рамках работы с помо-
щью разработанного алгоритма
были проведены расчеты с целью
определить требуемую емкость
СНЭ для максимизации КИУМ
при различных долях энергии
ВЭС, реализованной в нагрузке.
Результаты представлены на ри-
сунке 7. Графики мощности СНЭ,
соответствующие рассчитанным
емкостям, представлены на ри-
сунке 8.
Так же, как и в первом случае,
для обеспечения большего зна-
чения КИУМ при одном и том же
значении доли энергии ВЭС, ре-
ализованной в нагрузке, требу-
ется большее значение емкости
и мощности СНЭ. Также стоит
отметить, что при определенном
значении емкости дальнейший
рост КИУМ прекращается вви-
ду невозможности реализации
энергии ВЭС с учетом ограни-
чений. Скачкообразное изменение мощности
СНЭ при увеличении емкости происходит вви-
ду сильной неравномерности графика выдачи
мощности ВЭС. Постепенно при увеличении
емкости предельная мощность СНЭ будет
определяться максимальной разностью между
графиком нагрузки и графиком выдачи мощно-
сти ЭС на базе ВЭС.
КИУМ, %
Рис
. 5.
График
зависимости
КИУМ
от
емкости
при
различных
исходных
состояниях
заряда
Рис
. 6.
График
зависимости
мощности
СНЭ
от
ее
емкости
при
различных
исходных
состояниях
заряда
Рис
. 7.
График
зависимости
КИУМ
от
емкости
при
различных
долях
энергии
ВЭС
,
реализованной
в
нагрузке
КИУМ, %
Емкость СНЭ, МВт·ч
Емкость СНЭ, МВт·ч
Емкость СНЭ, МВт·ч
0
0,3
0,5
0,8
1,0
Исходное
состояние
заряда, о.е
0
0,3
0,5
0,8
1,0
Исходное
состояние
заряда, о.е
180
180
100
160
160
80
90
140
140
70
120
120
60
100
100
50
80
80
40
60
60
30
40
40
20
20
20
10
0
0
0
15,5
15,0
14,5
14,0
13,5
13.0
12,5
12,0
11.5
11,0
10,5
10,0
15,5
15,0
14,5
14,0
13,5
13.0
12,5
12,0
11.5
11,0
10,5
10,0
9,5
9,0
8,5
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5
М
ощность СНЭ, МВ
т
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
ВЫВОДЫ
1. В рамках работы проанализировано текущее состо-
яние вопроса применения СНЭ для максимизации
КИУМ ЭС на базе ВИЭ.
2. Разработана методика, позволяющая определять
мощность и емкость аккумуляторной СНЭ для обеспе-
чения максимального КИУМ на основе данных о схе-
ме сети, выдачи мощности ЭС на базе ВИЭ, графиках
нагрузки и ограничений, накладываемых на режим ра-
Доля энергии
ВЭС, о.е
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
№
6 (69) 2021
80
ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ
ЭНЕРГЕТИКА
боты ЭС на базе ВИЭ и СНЭ
в составе централизованного
электроснабжения.
3. Разработанная
методика
была применена на модели
распределительной сети, со-
держащей ВЭС. Показано, что
применение СНЭ позволяет
добиться значительного уве-
личения КИУМ.
4. Методика может быть исполь-
зована при проектировании,
реконструкции и новом строи-
тельстве электрических сетей,
содержащих СНЭ в составе
ЭС на базе ВИЭ.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
1. Renewable capacity statistics 2021. The
International Renewable Energy Agency
(IRENA), 2021. URL: https://www.irena.
org/publications/2021/March/Renewable-
Capacity-Statistics-2021.
2. New Energy Outlook 2021. Bloomberg New
Energy Finance, 2021. URL: https://about.
bnef.com/new-energy-outlook/#download.
3. Ассоциация
развития
возобновляе-
мой энергетики. URL: https://rreda.ru/.
Renewable energy development associa-
tion. URL: https://rreda.ru/.
4. Liang X. Emerging Power Quality Challeng-
es Due to Integration of Renewable Energy
Sources. Proceedings of 2016 IEEE Indus-
try Applications Society (IAS) Annual Meet-
ing. URL: https://ieeexplore.ieee.org/docu-
ment/7731973.
5. Ali M.H. Wind Energy Systems: Solutions
for Power Quality and Stabilization. CRC
Press, 2017. 287 p.
6. Zhao H., Wu Q., Hu S., Xu H., Rasmussen
C.N. Review of energy storage system for
wind power integration support. Applied En-
ergy, 2015, no. 137, pp. 545-553.
7. DOE Global energy storage system data-
base. Sandia National Laboratories. URL:
https://sandia.gov/ess-ssl/gesdb/public/
projects.html.
8. Barra P.H.A., de Carvalho W.C., Menezes
T.S., Fernandes R.A.S., Coury D.V. A re-
view on wind power smoothing using high-
power energy storage systems. Renewable
and Sustainable Energy Reviews, 2020,
vol. 137, art. 110455.
9. Levelized Cost of Energy and Level-
ized Cost of Storage. Lazard, 2020. URL:
https://www.lazard.com/perspective/level-
ized-cost-of-energy-and-levelized-cost-of-
storage-2020.
10. Jülch V. Comparison of electricity storage
options using levelized cost of storage
(LCOS) method. Applied energy, 2016,
no. 183, pp. 1594-1606.
11. Гусев Ю.П., Субботин П.В. Разработка
усовершенствованной методики выбора
параметров и мест размещения систем
накопления электроэнергии в распреде-
лительных электрических сетях // Вест-
ник ЮУрГУ. Серия «Энергетика», 2019,
т. 19, № 2. С. 48–61.
Gusev Yu.P., Subbotin P.V. Development
of the improved selection procedure for pa-
rameters and locations of energy storage
systems in distribution networks // News-
letter of South Ural State University. Series
“Energy”, 2019, vol. 19, no. 2, pp. 48–61.
(In Russian)
12. Zhang F., Meng K., Xu Z., Dong Z., Zhang
L., Wan C., Liang J. Battery ESS Planning
for Wind Smoothing via Variable-Interval
Reference Modulation and Self-Adaptive
SOC Control Strategy. IEEE Transactions
on Sustainable Energy, 2017, vol. 8, no. 2,
pp. 695-707.
13. Yang X., Yue H., Ren J. Fuzzy Empirical
Mode Decomposition for Smoothing Wind
Power with Battery Energy Storage Sys-
tem. IFAC-PapersOnLine, 2017, vol. 50,
no. 1, pp. 8769-8774.
14. Балуев Д.Ю., Зырянов В.М., Кирьяно-
ва Н.Г., Пранкевич Г.А. Методика расчета
основных параметров накопителя энер-
гии по экспериментальным нагрузочным
диаграммам // Вестник ИрГТУ, 2018,
№ 5(22). С. 105–114.
Baluyev D.Yu., Zyryanov V.M., Kir’-
yanova N.G., Prankevich G.A. Calcula-
tion procedure for main parameters of an
energy storage unit by experimental load
diagrams // Newsletter of Irkutsk National
Research Technical University, 2018,
no. 5(22), pp. 105–114. (In Russian)
15. Сокольникова Т.В., Суслов К.В., Лом-
барди П. Определение оптимальных
параметров накопителя для интегра-
ции возобновляемых источников энер-
гии в изолированных энергосистемах
с активными потребителями // Вестник
ИрГТУ, 2015, № 10(105). С. 206–211.
Sokol’nikova T.V., Suslov K.V., Lombardi P.
Determination of optimal parameters
of an energy storage unit to integrate
renewable energy sources within isolated
power systems with active consumers //
Newsletter of Irkutsk National Research
Technical University, 2015, no. 10(105),
pp. 206–211. (In Russian)
16. Tushar M.H.K., Zeineddine A.W., Assi C.
Demand-Side Management by Regulating
Charging and Discharging of the EV, ESS,
and Utilizing Renewable Energy. IEEE
Transactions on Industrial Informatics,
2018, vol. 14, no. 1, pp. 117-126.
17. Liu B., Yin M., Lin Q., Lin L., Yuan S.,
Ma J., Guan T. Control strategy of BESS for
smoothing fl uctuation of photovoltaic power
based on fuzzy control theory. 2017 Chi-
nese Automation Congress. URL: https://
ieeexplore.ieee.org/document/8243242/.
18. Li X., Hui D. and Lai X. Battery Energy
Storage Station (BESS)-Based Smooth-
ing Control of Photovoltaic (PV) and Wind
Power Generation Fluctuations. IEEE
Transactions on Sustainable Energy, 2013,
vol. 4, no. 2, pp. 464-473.
19. Bulatov
R.V.,
Nasyrov
R.R.,
Bur-
meyster M.V., Polyakov M.O., Berdyshev
I.I., Bidzhiev T.A. Application of a Battery
Energy Storage System to Reduce Fluc-
tuations in the Power Output of a Wind
Farm Integrated into the Power System.
2021 International Youth Conference on
Radio Electronics, Electrical and Power
Engineering (REEPE). URL: https://www.
researchgate.net/publication/352229461.
20. IEC 61400-21:2008. Measurement and as-
sessment of power quality characteristics of
grid connected wind turbines. 2nd edition.
IEC, 2008. Geneva.
21. Power Quality Measurement Procedure
of Wind Turbines, Version 4, MEASNET,
2009. 30 p.
22. FGW (Fördergesellschaft Windenergie
e.v.). Determination of electrical character-
istics of power generating units and sys-
tems connected to MV, HV and EHV grids.
Technical Guidelines for Power Generat-
ing Units and Systems, Part 3. FGW TR3.
URL:
https://www.yumpu.com/en/docu-
ment/read/16257574/.
23. Fox B., Flynn D., Bryans L., Jenkins N.,
Milborrow D., Malley M.O. Wind power
integration: connection and system opera-
tion aspects. IET Power Energy Ser., 2007,
288 p.
24. Liu B., Lin L., Yin A., Li L., Wang Q., You D.,
Han D. Control and sizing methodology of
BESS in wind farms considering adaptive
adjustment of SOC // 2017 Chinese Auto-
mation Congress (CAC). URL: https://www.
researchgate.net/publication/322282083.
Рис
. 8.
График
зависимости
мощности
СНЭ
от
ее
емкости
при
различных
долях
энергии
ВЭС
,
реализованной
в
нагрузке
Доля энергии
ВЭС, о.е
Емкость СНЭ, МВт·ч
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
М
ощность СНЭ, МВ
т
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
100
80
90
70
60
50
40
30
20
10
0
Данная статья посвящена применению системы накопления электроэнергии (СНЭ) для повышения коэффициента использования установленной мощности (КИУМ) электростанции (ЭС) на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ), интегрированной в электрическую систему. В работе показана разработка методики, позволяющей определять мощность и емкость аккумуляторной СНЭ для повышения КИУМ с учетом ограничений, вызванных особенностями работы электростанции на базе ВИЭ и СНЭ. Разработанная методика была применена на простейшей модели реальной электрической сети, содержащей ветряную электростанцию (ВЭС). В конце статьи проведен анализ полученных результатов.
