에너지 저장 시스템은 특히 재생 가능 에너지원의 보급이 증가함에 따라 현대 전력 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 에너지 저장의 4개 - 사분면 작동은 에너지 저장 시스템과 전력망 사이의 전력 흐름 특성을 설명하는 중요한 개념입니다.
GB/T 44026 - 2024 "조립식 캐빈 - 유형 리튬 - 이온 배터리 에너지 저장 시스템에 대한 기술 사양"에 따르면 에너지 저장 시스템의 전력 출력은 4개 사분면에서 조정 가능해야 합니다.1.
1.에너지 저장 4사분면의 기본 개념
1.1역률의 이해
고려해야 할 4가지 영역이 있습니다.
1사분면에서는 에너지저장시스템의 유효전력(P)과 무효전력(Q)이 모두 0보다 크다. 에너지저장시스템은 방전상태로, 유효전력을 그리드로 방출함과 동시에 무효전력 보상을 제공한다. 이는 일반적으로 피크 - 부하 기간 동안 그리드에 추가 유효 전력 및 무효 전력 지원이 필요한 경우입니다.2.
제2사분면에서는 에너지저장시스템의 유효전력이 0보다 작고, 무효전력이 0보다 크다. 그리드는 에너지저장시스템에 유효전력을 공급하고, 에너지저장시스템은 그리드에 무효전력 보상을 제공한다. 이러한 상황은 그리드가 주요 역률을 갖고 유도성 무효 전력 보상이 필요할 때 발생할 수 있으며, 에너지 저장 시스템은 무효 전력을 제공하면서 충전을 위해 유효 전력을 흡수할 수 있습니다.2.
제3사분면에서는 에너지저장시스템의 유효전력과 무효전력이 모두 0보다 작다. 그리드는 에너지저장시스템에 유효전력과 무효전력을 모두 공급하고, 에너지저장시스템은 충전상태에 있어 외부로부터 무효전력을 흡수한다. 이는 그리드에 충분한 전력이 있고 에너지 저장 시스템을 충전해야 할 때 에너지 저장 시스템의 정상적인 충전 상태입니다.2.
4사분면에서는 에너지저장시스템의 유효전력이 0보다 크고, 무효전력이 0보다 작다. 에너지저장시스템은 그리드에 유효전력을 공급하고 외부로부터 무효전력을 흡수한다. 이는 특정 작동 조건에서 그리드의 전압을 조절하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어 그리드 전압이 너무 높아 용량성 무효 전력 보상이 필요한 경우 에너지 저장 시스템은 무효 전력을 흡수하는 동안 유효 전력을 방전할 수 있습니다.2.
1.2역률 계산
피타고라스의 정리를 사용하면 다음과 같이 두 매개변수 중 세 번째 매개변수를 계산할 수 있습니다.3.
피타고라스의 정리는 A² + B²=C²를 나타냅니다.
또한 SOHCAHTOA 규칙을 사용합니다.
사인 ф=대/사변
Cos ф=인접/빗변
Tan ф=반대/인접
1.3역률각
역률각은 일반적으로 위상각이라고도 합니다.
역률(PF)이라는 용어는 단순히 실제 또는 "실제" 전력(P)과 피상 전력(S) 사이의 비율입니다. 무효 전력 (Q)은 무효 구성 요소입니다.
역률(PF)=실제 전력 KW(P) / 피상 전력 KVA(S)
예를 들어 실제 전력=80kW 및 무효 전력=100kVA의 경우
PF=80/100=0.8
이는 20%의 손실을 나타냅니다!!! 그리고 많은 경우에 훨씬 더 나쁠 수도 있습니다3.
2. 4개 - 사분면 작업의 중요성
에너지저장시스템의 4개 -사분면 작동은 전력계통의 안정적인 운영과 효율적인 관리에 있어 중요한 의미를 갖는다.
우선, 전력망의 전력 품질을 향상시킬 수 있습니다. 다양한 사분면에서 유효 전력과 무효 전력을 조정함으로써 에너지 저장 시스템은 풍력 및 태양광 발전과 같은 재생 에너지원으로 인해 발생하는 전력 변동 및 전압 불안정성을 보상할 수 있습니다. 예를 들어, 풍력 출력이 갑자기 감소하는 경우 1사분면의 에너지 저장 시스템은 유효 전력을 신속하게 방출하여 그리드 주파수 및 전압의 안정성을 유지할 수 있습니다.4.
둘째, 전력계통의 신뢰성을 높일 수 있다. 계통 오류 또는 비상 상황이 발생하는 경우 에너지 저장 시스템은 여러 사분면에서 작동하여 비상 전력 지원 및 무효 전력 보상을 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 전력망 단락 - 회로 오류 발생 시 StatCom(정적 동기 보상기)과 결합된 에너지 저장 시스템은 선로 흐름에 반하여 유효 및 무효 전력을 주입하거나 흡수하여 진동을 감쇠시키고 전력 시스템을 안정화할 수 있습니다.4.
마지막으로 에너지 저장 장치의 활용 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 4개 - 사분면 작동을 통해 에너지 저장 시스템은 다양한 시간과 다양한 역률 조건에서 충전 및 방전할 수 있어 배터리 및 기타 에너지 저장 매체의 용량을 최대한 활용할 수 있습니다.4.
3.4{1}}사분면 연산 구현 기술
에너지 저장 시스템의 4개 - 사분면 작동 실현은 주로 전력 변환 시스템(PCS) 및 제어 전략에 따라 달라집니다.
PCS의 경우 일반적으로 계단식 H- 브리지(CHB) 변환기와 같은 다중 - 레벨 변환기 토폴로지를 채택합니다. CHB 변환기 - 기반 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)은 배터리와 그리드 사이의 전력 흐름을 제어하여 4개 - 사분면 작동을 실현할 수 있습니다.5. "배터리 에너지 저장 및 무효 전력 보상을 통합한 고- 전압 무변압기 대용량 - 용량 시스템의 4사분면 작동 제어" 논문에서 제안된 바와 같이, 폐쇄 - 루프 생성 변조 위상 전압의 벡터 분해를 통해 그리드 - 측 역률을 유지하고 모든 하위 - 모듈에 전력을 공급할 수 있습니다. 마이크로 - 사이클 경계를 초과하지 않고 계수를 보상할 수 있습니다.6.
통제전략 측면에서는 종합적인 통제전략이 필요하다. 예를 들어, CHB - 기반 BESS에 대해 제안된 제어 전략에는 LC 필터를 사용하여 배터리 전류 성분을 정량적으로 분해하고, 4개의 - 사분면 동작에서 마이크로 - 사이클을 회피할 수 있는 실행 가능한 범위를 얻고, 마이크로 - 사이클 및 내부 사이클 제거를 고려한 통합 변조 전략을 분석하는 것이 포함됩니다. - 위상 충전 상태 균등화7.
또 다른 예는 칭화대학교 전기공학과 및 기타 부서에서 제안한 4개 - 사분면 전력 조절 시스템입니다. 이 시스템은 에너지 저장 장치와 StatCom을 결합하여 새로운 에너지의 무작위성, 파형 및 불확실성에 대한 전력 보상, 조절 및 지원 기능을 제공할 수 있습니다. 5밀리초 내에 그리드 파견에 응답할 수 있으며 150밀리초 이내에 유효 전력을 0%에서 100%까지 빠르게 조정하는 것을 실현합니다.8.
4.4-사분면 연산의 적용 사례
일부 대규모 - 규모의 풍력 - 태양광 - 저장 발전소에서 에너지 저장 시스템은 풍력 및 태양광 발전의 출력과 그리드 수요에 따라 다양한 사분면에서 작동할 수 있습니다. 풍력과 태양광 발전이 풍부할 때 에너지 저장 시스템은 3사분면에서 작동하여 에너지를 충전하고 저장할 수 있습니다. 풍력 및 태양광 발전이 불충분할 경우 1사분면에서 작동하여 그리드에 전력을 방전 및 공급할 수 있습니다.
배전망에서 에너지 저장 시스템은 전압 조정 및 무효 전력 보상에도 사용될 수 있습니다. 2사분면과 4사분면에서 동작함으로써 배전망의 전압을 조절하고 사용자측 역률을 향상시킬 수 있다.9.
에너지 저장 시스템의 4개 - 사분면 작동은 현대 전력 시스템에서 중요한 기술입니다. 이는 전력 품질을 향상시키고, 시스템 신뢰성을 향상시키며, 에너지 저장 장치의 활용 효율성을 높일 수 있습니다. 새로운 에너지 기술의 지속적인 개발과 전력 시스템 안정성에 대한 요구 증가로 인해 에너지 저장 시스템의 4개 - 사분면 작동은 미래 전력 시스템에서 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다.
[1]GB/T 44026 - 2024, 조립식 캐빈 - 유형 리튬 - 이온 배터리 에너지 저장 시스템에 대한 기술 사양.
[2]에너지 저장 기술 특별 위원회, 에너지 저장 시스템의 전력 제어를 위한 기술 요구 사항 소개.
[3] Fastron Electronics, 역률 보정 작동 방식.
[4]Douding.com, 태양광 소비 용량 및 배전망 안전성 향상을 위한 4사분면 에너지 저장 계획 방법.
[5]IEEE, 캐스케이드 H-브리지 컨버터 배터리 에너지 저장 시스템의 4사분면 작동 제어.
[6]배터리 에너지 저장 및 무효 전력 보상 기능을 갖춘 고{2}}전압 직접-걸이형 대용량-용량 시스템을 위한 4사분면 작동 제어 기술인 CSEE 간행물.
[7]AEPS는 4사분면 전력 출력을 고려한 배전망의 에너지 저장을 위한 최적화된 구성 전략입니다.
[8]Tsinghua University News, 4개-사분면 전력 조절 시스템.
[9]Douding.com, BESS 시스템의 직접 전력 + 제어 전략 연구.