Enerji depolama sistemleri, özellikle yenilenebilir enerji kaynaklarının artan yaygınlaşmasıyla birlikte modern güç sistemlerinde çok önemli bir rol oynamaktadır. Enerji depolamanın dört - çeyrek daire işlemi, enerji depolama sistemi ile elektrik şebekesi arasındaki güç akışı özelliklerini tanımlayan önemli bir kavramdır.
GB/T 44026 - 2024 "Prefabrik Kabin - tipi Lityum - İyon Pilli Enerji Depolama Sistemi Teknik Şartnamesi"ne göre, enerji depolama sisteminin güç çıkışı dört çeyrekte ayarlanabilir olmalıdır.1.
1.Enerji Depolamanın Temel Kavramı Dört Çeyrek
1.1Güç Faktörünü Anlamak
Dikkate alınması gereken 4 şart var.
Birinci çeyrekte enerji depolama sisteminin hem aktif gücü (P) hem de reaktif gücü (Q) 0'dan büyüktür. Enerji depolama sistemi deşarj durumunda olup aktif gücü şebekeye bırakır ve aynı zamanda reaktif güç kompanzasyonu sağlar. Bu genellikle, en yüksek - yük dönemlerinde şebekenin ek aktif güce ve reaktif güç desteğine ihtiyaç duyduğu durumdur.2.
İkinci çeyrekte enerji depolama sisteminin aktif gücü 0'dan küçük, reaktif gücü ise 0'dan büyüktür. Şebeke enerji depolama sistemine aktif güç sağlarken, enerji depolama sistemi şebekeye reaktif güç kompanzasyonu sağlar. Bu durum, şebekenin önde gelen bir güç faktörüne sahip olduğu ve endüktif reaktif güç kompanzasyonuna ihtiyaç duyduğu ve enerji depolama sisteminin reaktif güç sağlarken şarj için aktif gücü emebildiği durumlarda ortaya çıkabilir.2.
Üçüncü çeyrekte enerji depolama sisteminin hem aktif gücü hem de reaktif gücü 0'dan küçüktür. Şebeke, enerji depolama sistemine hem aktif güç hem de reaktif güç sağlar ve enerji depolama sistemi şarj durumundadır ve reaktif gücü dışarıdan emer. Bu, şebekenin yeterli güce sahip olduğu ve enerji depolama sisteminin şarj edilmesi gerektiği durumlarda enerji depolama sisteminin normal şarj durumudur.2.
Dördüncü çeyrekte enerji depolama sisteminin aktif gücü 0'dan büyük, reaktif gücü ise 0'dan küçüktür. Enerji depolama sistemi şebekeye aktif güç sağlar ve reaktif gücü dışarıdan emer. Bu, belirli çalışma koşullarında şebeke voltajını düzenlemek için kullanılabilir; örneğin, şebeke voltajı çok yüksek olduğunda ve kapasitif reaktif güç kompanzasyonu gerektirdiğinde, enerji depolama sistemi, reaktif gücü emerken aktif gücü boşaltabilir.2.
1.2 Güç Faktörünün Hesaplanması
Pisagor Teoremini kullanarak bu parametrelerden herhangi 2'sinden 3. parametreyi aşağıdaki gibi hesaplayabiliriz.3.
Pisagor Teoremi A² + B²=C²'yi belirtir
Ek olarak SOHCAHTOA kuralını kullanıyoruz
Sinüs ϕ=Karşıt/Hipotenüs
Çünkü ϕ=Komşu/Hipotenüs
Tan ϕ=Karşıt/Bitişik
1.3Güç Faktörü Açısı
Güç Faktörü Açısı aynı zamanda yaygın olarak Faz Açısı olarak da adlandırılır.
Güç Faktörü (PF) terimi basitçe Gerçek veya "Gerçek" Güç (P) ile Görünen Güç (S) arasındaki orandır. Reaktif Güç (Q) ise reaktif bileşendir.
Güç Faktörü (PF)=Gerçek Güç KW (P) / Görünen Güç KVA (S)
Örneğin Gerçek Güç=80kW ve Reaktif Güç=100kVA için elimizdekiler
PF=80/100=0.8
Bu %20'lik bir kaybı temsil ediyor!!! ve birçok durumda çok daha kötü olabilir3.
2.Dört - Çeyrek Operasyonun Önemi
Enerji depolama sisteminin dört - kadranda çalışması, güç sisteminin kararlı çalışması ve verimli yönetimi açısından önemli bir öneme sahiptir.
Her şeyden önce, elektrik şebekesinin güç kalitesini artırabilir. Enerji depolama sistemi, aktif ve reaktif gücü farklı kadranlarda ayarlayarak, rüzgar ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının neden olduğu güç dalgalanmalarını ve voltaj istikrarsızlığını telafi edebilir. Örneğin rüzgar gücü çıkışı aniden düştüğünde, ilk çeyrekteki enerji depolama sistemi, şebeke frekansının ve voltajının stabilitesini korumak için aktif gücü hızlı bir şekilde serbest bırakabilir.4.
İkincisi, güç sisteminin güvenilirliğini artırabilir. Şebeke arızası veya acil durumlarda enerji depolama sistemi, acil durum güç desteği ve reaktif güç kompanzasyonu sağlamak üzere farklı kadranlarda çalışabilmektedir. Örneğin, bir güç şebekesi kısa - devre arızası sırasında, Statik Senkron Kompansatör (StatCom) ile birleştirilmiş enerji depolama sistemi, salınımları sönümlemek ve güç sistemini stabilize etmek için hat akışlarına karşı antipati içinde aktif ve reaktif gücü enjekte edebilir veya emebilir.4.
Son olarak, enerji depolama cihazlarının kullanım verimliliğini artırabilir. Dört - çeyrek daire işlemi, enerji depolama sisteminin farklı zamanlarda ve farklı güç faktörü koşulları altında şarj ve deşarj olmasına olanak tanıyarak pilin ve diğer enerji depolama ortamının kapasitesinden tam olarak yararlanır.4.
3.Dört - Çeyrek Operasyonun Gerçekleştirilmesi Teknolojileri
Enerji depolama sisteminin dört - çeyrek daire çalışmasının gerçekleştirilmesi esas olarak güç dönüşüm sistemine (PCS) ve kontrol stratejisine bağlıdır.
PCS için genellikle basamaklı H - köprü (CHB) dönüştürücü gibi çok - düzeyli bir dönüştürücü topolojisini benimser. CHB dönüştürücü - tabanlı batarya enerji depolama sistemi (BESS), batarya ile şebeke arasındaki güç akışını kontrol ederek dört - kadran çalışmasını gerçekleştirebilir5. "Yüksek - voltajlı Trafosuz Büyük - Kapasiteli Sistemin Pil Enerji Depolamasını ve Reaktif Güç Kompanzasyonunu Entegre Eden Sistemin Dört Çeyrek Çalışma Kontrolü" makalesinde önerildiği gibi, kapalı - döngü tarafından üretilen modülasyon faz voltajının vektör ayrıştırması yoluyla, şebeke - tarafı güç faktörü korunabilir ve tüm alt - modüllerin güç faktörü, mikro - döngü sınırını aşmadan telafi edilebilir6.
Kontrol stratejisi açısından kapsamlı bir kontrol stratejisine ihtiyaç vardır. Örneğin, CHB - tabanlı BESS için önerilen kontrol stratejisi, pil akımı bileşenlerinin LC filtresiyle niceliksel ayrıştırılmasını, dört - çeyreği işlemi altında mikro - döngülerden kaçınmanın uygun aralığının elde edilmesini ve mikro - döngüleri ve iç döngüleri ortadan kaldırmayı dikkate alarak birleşik modülasyon stratejisini analiz etmeyi içerir. - fazlı yük dengeleme durumu7.
Diğer bir örnek ise Tsinghua Üniversitesi Elektrik Mühendisliği Bölümü ve diğer birimler tarafından önerilen dört - kadranlı güç düzenleme sistemidir. Bu sistem, enerji depolamayı ve StatCom'u birleştirir ve yeni enerjinin rastgeleliği, dalga biçimi ve belirsizliği için güç dengeleme, düzenleme ve destek fonksiyonları sağlayabilir. Şebeke gönderimine 5 milisaniyede yanıt verebilir ve aktif gücün 150 milisaniye içinde %0'dan %100'e hızlı bir şekilde ayarlanmasını gerçekleştirebilir.8.
4.Dört - Çeyrek Operasyonun Uygulama Durumları
Bazı büyük - ölçekli rüzgar - güneş - depolamalı enerji santrallerinde, enerji depolama sistemi rüzgar ve güneş enerjisi çıkışına ve şebekenin talebine göre farklı kadranlarda çalışabilmektedir. Rüzgar ve güneş enerjisi bol olduğunda, enerji depolama sistemi üçüncü çeyrekte enerjiyi şarj etmek ve depolamak için çalışabilir; Rüzgar ve güneş enerjisinin yetersiz kaldığı durumlarda ilk çeyrekte çalışarak şebekeye enerji deşarjı ve beslemesi yapabilmektedir.
Enerji dağıtım şebekesinde enerji depolama sistemi aynı zamanda gerilim regülasyonu ve reaktif güç kompanzasyonu amacıyla da kullanılabilmektedir. İkinci ve dördüncü kadranda çalışarak dağıtım ağının voltajını ayarlayabilir ve kullanıcı tarafının güç faktörünü iyileştirebilir.9.
Enerji depolama sistemlerinin dört - çeyrek daire işlemi, modern güç sistemlerinde önemli bir teknolojidir. Güç kalitesini artırabilir, sistem güvenilirliğini artırabilir ve enerji depolama cihazlarının kullanım verimliliğini artırabilir. Yeni enerji teknolojilerinin sürekli gelişmesi ve güç sistemi kararlılığına olan talebin artmasıyla birlikte, enerji depolama sistemlerinin dört - çeyreklik çalışması, gelecekteki güç sisteminde giderek daha önemli bir rol oynayacaktır.
[1]GB/T 44026 - 2024, Prefabrik Kabin - tipi Lityum - İyon Pil Enerji Depolama Sistemi için Teknik Şartname.
[2]Enerji Depolama Teknolojisi Özel Komitesi, Enerji Depolama Sistemlerinin Güç Kontrolüne İlişkin Teknik Gereksinimlere Giriş.
[3]Fastron Electronics, Güç Faktörü Düzeltmesi Nasıl Çalışır.
[4]Douding.com, Fotovoltaik Tüketim Kapasitesini ve Dağıtım ağlarının Güvenliğini Artırmaya yönelik dört-bölgeli bir enerji depolama planlama yöntemi.
[5]IEEE, Kademeli H-köprü dönüştürücü Pil Enerji Depolama Sisteminin Dört-bölgeli Çalışma Kontrolü.
[6]CSEE Bildirileri, Pil Enerji Depolama ve reaktif Güç Dengeleme özelliğine sahip Yüksek-Gerilim Doğrudan-büyük-Kapasiteli Sistemler için Dört-kademeli Çalışma Kontrol Teknolojisi.
[7]AEPS, dört bölgeli güç çıkışını dikkate alarak dağıtım ağlarında enerji depolamaya yönelik optimize edilmiş bir yapılandırma stratejisi-.
[8]Tsinghua Üniversitesi Haberleri, Dört-Dört Bölgeli Güç Düzenleme Sistemi.
[9]Douding.com, BESS Sisteminin Doğrudan Güç + Kontrol Stratejisi Araştırması.
