ГОСТ Р 58092.3.1-2020 (IEC TS 62933-3-1:2018). Национальный стандарт Российской Федерации. Системы накопления электрической энергии (СНЭЭ). Проектирование и оценка рабочих параметров. Общие требования

Приложение A

(справочное)

 

ПРИМЕРЫ ПРИЛОЖЕНИЙ СНЭЭ

 

A.1 Управление резервом

 

A.1.1 Общие положения

СНЭЭ может быть предназначена для снижения потребления органического топлива, когда она выполняет приложение резервирования функции первичного регулирования частоты сети. Особо важные аспекты применения СНЭЭ для этой цели (экономические, экологические, управление ресурсами и др.) возложены на проектировщика локальной энергосистемы. Для их оценки проектировщик должен оценить затраты на инвестирование (капитальные затраты) и эксплуатационные затраты (операционные затраты), включая изменение рабочих характеристик на протяжении срока службы СНЭЭ, а также ожидаемую экономию средств, которой можно достигнуть, не инвестируя в другие объекты (передача, распределение, генерация электроэнергии) и не неся соответствующих эксплуатационных затрат.

A.1.2 Приложение резервирования функции первичного регулирования частоты сети

СНЭЭ должна выполнять приложение резервирования функции первичного регулирования частоты сети в случае внезапной потери генерации или нагрузки. Например, СНЭЭ может отдавать нормированную активную мощность в течение 30 с, бездействовать в течение 29,5 мин (см. рисунок A.1), а затем снова быть использована в том же режиме на протяжении 2 ч или до момента достижения нижнего предела СЗ СНЭЭ. Примеры значений требуемого рабочего цикла в случае внезапной потери генерирующей мощности приведены в таблице A.1, а пример значений времени восстановления для первичного регулирования частоты - в таблице A.2. Для приложения резервирования функции первичного регулирования частоты сети первоначальное значение СЗ может быть установлено на максимальном значении для внезапной потери генерации и на минимальном для внезапной потери нагрузки.

 

 

Рисунок A.1 - Пример рабочего цикла приложения

резервирования функции первичного

регулирования частоты сети [5]

 

Таблица A.1

 

Пример параметров рабочего цикла

при внезапной потере генерирующей мощности

 

Параметр рабочего цикла	Значение
Общая продолжительность, ч	2
Начальное содержание энергии, СЗ, %	100
Содержание энергии в конце рабочего цикла, СЗ, %	>= 0
Максимальное значение активной выходной мощности, % от нормированного значения	100
Максимальное значение активной входной мощности	Не применимо (снижение мощности нагрузки не рассматривают)
Периодичность изменения значений активной мощности в час	4
Периодичность переключений между активной входной и выходной мощностью	Не применимо (снижение мощности нагрузки не рассматривают)
Максимальная выходная энергия за рабочий цикл, , %
Максимальная входная энергия за рабочий цикл	Не применимо (снижение мощности нагрузки не рассматривают)
Максимальная реактивная выходная мощность	Не применимо
Максимальная реактивная входная мощность	Не применимо
Периодичность изменения значений реактивной мощности	Не применимо
Периодичность переключений между реактивной входной и выходной мощностью	Не применимо

 

Таблица A.2

 

Пример параметров времени восстановления

для первичного регулирования частоты в случае

внезапного снижения генерирующих мощностей

 

Параметр рабочего цикла	Значение
Продолжительность, ч	12
Диапазон допустимых значений активной выходной мощности	Не применимо
Диапазон допустимых значений активной входной мощности, % от нормированного значения	100 (кратковременно)
Диапазон допустимых значений реактивной выходной мощности	Не применимо
Диапазон допустимых значений реактивной входной мощности	Не применимо
Максимально допустимая скорость изменения активной и реактивной мощности, % от нормированного значения в с	50
Допустимый диапазон значений коэффициента мощности в основной ТПН	Не применимо

 

A.1.3 Приложение резервирования функции вторичного регулирования частоты сети

В режиме выполнения приложения резервирования функции вторичного регулирования частоты сети СНЭЭ может непрерывно отдавать мощность, например, в течение 20 мин, бездействовать в течение 40 мин, а затем снова быть использована в том же режиме на протяжении 3 ч или до момента достижения нижнего предела СЗ СНЭЭ (см. рисунок A.2 и таблицу A.3). Это применимо и к выходной мощности (при потере генерирующей мощности), и к входной мощности (при потере мощности нагрузки). Первоначальное значение СЗ может быть установлено на максимальном значении для внезапной потери генерации и на минимальном - для внезапной потери мощности нагрузки.

 

 

Рисунок A.2 - Пример рабочего цикла приложения

резервирования функции вторичного

регулирования частоты сети [4]

 

Таблица A.3

 

Пример параметров рабочего цикла

при внезапной потере генерирующей мощности

 

Параметр рабочего цикла	Значение
Общая продолжительность, ч	3
Начальное содержание энергии, СЗ, %	100
Содержание энергии в конце рабочего цикла, СЗ, %	>= 0
Максимальное значение активной выходной мощности, % от нормированного значения	100
Максимальное значение активной входной мощности	Не применимо (снижение мощности нагрузки не рассматривают)
Периодичность изменения значений активной мощности в час	2
Периодичность переключений между активной входной и выходной мощностью	Не применимо (снижение мощности нагрузки не рассматривают)
Максимальная выходная энергия за рабочий цикл, , %
Максимальная входная энергия за рабочий цикл	Не применимо (снижение мощности нагрузки не рассматривают)
Максимальная реактивная выходная мощность	Не применимо
Максимальная реактивная входная мощность	Не применимо
Периодичность изменения значений реактивной мощности	Не применимо
Периодичность переключений между реактивной входной и выходной мощностью	Не применимо

 

A.1.4 Приложение непрерывного регулирования частоты сети

В качестве примера приложения непрерывного регулирования частоты сети могут быть рассмотрены данные по изменению частоты энергосистемы для четырех времен года, полученные от энергетической компании. При помощи алгоритма, подобного показанному на рисунке 6, могут быть получены графики изменения входной и выходной мощности СНЭЭ во времени (см. рисунок A.3). Мощность СНЭЭ на рисунке приведена к нормированному значению. Поскольку рабочий цикл содержит как фазу заряда, так и фазу разряда, первоначальная СЗ должна быть установлена достаточно далеко от максимального или минимального предела, чтобы они не были нарушены во время работы. Предполагается, что для приложения непрерывного регулирования частоты начальная СЗ должна быть установлена на уровне 50%. В таблице A.4 приведен пример параметров рабочего цикла для приложения непрерывного использования регулирования частоты.

 

 

Рисунок A.3, лист 1 - Пример значений входной и выходной

мощности СНЭЭ в режиме выполнения приложения непрерывного

регулирования частоты сети для четырех сезонов года [5]

 

 

 

 

Рисунок A.3, лист 2

 

Таблица A.4

 

Пример параметров рабочего цикла

для динамического регулирования частоты

 

Параметр рабочего цикла	Значение
Общая продолжительность, ч	24
Начальное содержание энергии, СЗ, %	50
Содержание энергии в конце рабочего цикла, СЗ, %	>= 20
Максимальное значение активной выходной мощности, % от нормированного значения	100
Максимальное значение активной входной мощности, % от нормированного значения	100
Периодичность изменения значений активной мощности	Непрерывное изменение
Периодичность переключений между активной входной и выходной мощностью	Максимально возможная скорость изменения мощности СНЭЭ
Максимальная выходная энергия за рабочий цикл, , %	30
Максимальная входная энергия за рабочий цикл, , %	30
Максимальная реактивная выходная мощность	Не применимо
Максимальная реактивная входная мощность	Не применимо
Периодичность изменения значений реактивной мощности	Не применимо
Периодичность переключений между реактивной входной и выходной мощностью	Не применимо

 

A.2 Использование с возобновляемыми источниками энергии

 

A.2.1 Общие положения

СНЭЭ может быть использована для управления неравномерностью графика генерации ВИЭ. СНЭЭ способна выровнять график генерации и повысить устойчивость энергосистемы, а также поглотить избыток выработанной энергии для срезания пиков нагрузок.

В зависимости от вида приложений СНЭЭ (управление неравномерностью графика генерации ВИЭ, покрытие пиковых нагрузок) должны быть выбраны соответствующие значения энергоемкости и длительности рабочего цикла. В случае покрытия пиковых нагрузок время отклика будет зависеть от конкретного графика изменения мощности и времени покрытия пиковых нагрузок.

В обоих случаях мощность заряда-разряда и способность накопления и хранения энергии СНЭЭ рассчитывают в зависимости от конкретных целей применения и от типа оборудования, используемого для накопления энергии.

A.2.2 Приложение обеспечения поддержки возобновляемых источников энергии

СНЭЭ могут выполнять приложение обеспечения поддержки ВИЭ в течение определенного периода времени, например в течение 1 ч. То есть в таком режиме может быть гарантирована отдача в энергосистему установленного (находящегося в предварительно определенных пределах) количества энергии в течение каждого часа (или средней мощности в течение 1 ч), генерируемое ВИЭ. В случае превышения генерируемой мощности от ВИЭ в течение часа СНЭЭ использует энергию для заряда. В случае снижения генерируемой мощности СНЭЭ обеспечивает компенсацию дефицита мощности путем разряда. На рисунке A.4 показан график входной и выходной мощности СНЭЭ для обеспечения надежности фотоэлектрической генерации. Разница между изменяющимся средним значением и целевым значением энергии в течение часа определяет входную или выходную мощность СНЭЭ. Мощность СНЭЭ приведена к нормированному значению, где положительный знак представляет собой входную мощность, а отрицательный знак - выходную мощность. Пример значений рабочего цикла для приложения обеспечения поддержки ВИЭ приведен в таблице A.5.

 

 

Рисунок A.4 - Пример графика входной и выходной мощности

СНЭЭ для приложения обеспечения надежности работы

фотоэлектрической генерации [5]

 

Таблица A.5

 

Пример параметров рабочего цикла СНЭЭ для обеспечения

надежности работы фотоэлектрической генерации

 

Параметр рабочего цикла	Значение
Общая продолжительность, ч	12
Начальное содержание энергии, СЗ, %	70
Содержание энергии в конце рабочего цикла, СЗ, %	40
Максимальное значение активной выходной мощности, % от нормированного значения	100
Максимальное значение активной входной мощности, % от нормированного значения	100
Периодичность изменения значений активной мощности	Непрерывное изменение
Периодичность переключений между активной входной и выходной мощностью в час	<= 3
Максимальная выходная энергия за рабочий цикл, , %	40
Максимальная входная энергия за рабочий цикл, , %	45
Максимальная реактивная выходная мощность	Не применимо
Максимальная реактивная входная мощность	Не применимо
Периодичность изменения значений реактивной мощности	Не применимо
Периодичность переключений между реактивной входной и выходной мощностью	Не применимо

 

A.2.3 Приложение сглаживания мощности возобновляемых источников энергии

СНЭЭ способна уменьшить резкие колебания мощности от ВИЭ за счет поглощения или выдачи мощности в требуемые моменты времени, определяемые системой управления. На рисунке A.5 показан график мощности, которой оперирует СНЭЭ для сглаживания мощности, генерируемой фотоэлектрической панелью. Разница между изменяющимся средним значением и целевым значением мощности определяет входную или выходную мощность СНЭЭ. Мощность СНЭЭ приведена к нормированному значению, где положительный знак представляет собой входную мощность, а отрицательный знак - выходную мощность.

 

 

Рисунок A.5 - Пример графика входной и выходной мощности

СНЭЭ для приложения сглаживания графика

мощности фотоэлектрической панели [5]

 

A.3 Приложения поддержания напряжения и активной мощности в сети

 

A.3.1 Приложение регулирования реактивной мощности для поддержания напряжения

Как описано в 5.5.9.3, СНЭЭ может поддерживать напряжение сети, выдавая или поглощая реактивную мощность в ТПН. На этапе проектирования следует учитывать, что СНЭЭ может быть неспособна обеспечить нормированную реактивную мощность для регулирования напряжения при наименьшем уровне напряжения в ТПН. Поскольку неясно, применимо ли это ко всем СНЭЭ, значение мощности может быть приведено к наименьшему значению максимальной реактивной мощности, доступной в рассматриваемом диапазоне напряжения сети. В качестве примера минимальное и максимальное ограничение напряжения для режима регулирования Q(U) установлено на 0,94 и 1,06 от номинального напряжения в ТПН <1>. Режим регулирования Q(U) обеспечивает отбор и выдачу реактивной мощности в зависимости от режима напряжения сети. Если предположить, что СНЭЭ выполняет только режим Q(U), то для приложения поддержания напряжения может быть использована полная нормированная мощность СНЭЭ.

--------------------------------

<1> Далее для обозначения значения таких относительных величин реактивной мощности и напряжения использованы относительные единицы (о. е.).

 

Типичная характеристика регулирования Q(U) представлена на рисунке 10. В рассматриваемом в A.3.1 примере реактивная мощность СНЭЭ меняется линейно от 0 до 1 о. е. при изменениях уровня напряжения в ТПН в диапазонах от 0,99 до 0,94 о. е. и от 1,01 до 1,06 о. е. При изменении уровня напряжения в диапазоне от 0,99 до 1,01 о. е. реактивная мощность СНЭЭ была установлена равной нулю. Применяя указанную характеристику регулирования к примеру графика изменения напряжения сети, представленному на рисунке A.6, получим график отдачи и отбора реактивной мощности СНЭЭ, представленный на рисунке A.7. Очевидно, что максимальное напряжение близко к 1,06 о. е., а минимальное - к 0,94 о. е.

 

 

Рисунок A.6 - Пример изменения напряжения в ТПН [5]

 

 

 

 

Рисунок A.7 - Пример изменения

реактивной мощности СНЭЭ в ТПН [5]

 

Пример параметров рабочего цикла для режима регулирования Q(U) приведен в таблице A.6. Поскольку рассмотрен пример без обмена активной мощности между СНЭЭ и электрической сетью (только потери мощности), то нет ограничений на начальную СЗ. Хотя ожидается, что СЗ не будет сильно изменяться, но упомянутые потери мощности могут снизить энергоемкость СНЭЭ, и СЗ в конце рабочего цикла может быть ниже начального значения.

 

Таблица A.6

 

Пример параметров рабочего цикла

для режима регулирования Q(U)

 

Параметр рабочего цикла	Значение
Общая продолжительность, ч	24
Начальное содержание энергии, СЗ, %	50
Содержание энергии в конце рабочего цикла, СЗ, %	47
Максимальное значение активной выходной мощности, % от нормированного значения	0
Максимальное значение активной входной мощности, % от нормированного значения	0
Периодичность изменения значений активной мощности	Не применимо
Периодичность переключений между активной входной и выходной мощностью	Не применимо
Максимальная выходная энергия за рабочий цикл	Не применимо
Максимальная входная энергия за рабочий цикл	Не применимо
Максимальное значение реактивной выходной мощности, % от нормированного значения	100
Максимальное значение реактивной входной мощности, % от нормированного значения	100
Периодичность изменения значения реактивной мощности	Максимально возможная
Периодичность переключений между реактивной входной и выходной мощностью	Максимально возможная

 

A.3.2 Приложение поддержания качества электрической энергии при помощи регулирования отдачи активной мощности СНЭЭ в зависимости от уровня напряжения

Как изложено в 5.5.9.5, режим снижения активной мощности в зависимости от уровня напряжения может обеспечить предотвращение отключения СНЭЭ от электрической сети. СНЭЭ также может устранить просадку напряжения в ТПН за счет выдачи активной мощности в сеть в течение нескольких десятков секунд, тем самым предотвращая ухудшение качества напряжения. В рамках этого приложения рассматривают только способность СНЭЭ обеспечить потребителей достаточной мощностью на время отсутствия напряжения сети длительностью, к примеру, не более 10 мин. В рассматриваемом случае рабочий цикл может состоять из непрерывной отдачи нормированной мощности, например в течение 1, 5 и/или 10 мин. Во время этого или этих циклов выходная активная мощность СНЭЭ увеличивается до требуемого значения и поддерживается на этом уровне в течение заданного периода времени. Пример рабочего цикла общей длительностью 12 ч, во время которого СНЭЭ отдает нормированную активную мощность в течение 5 мин каждые 45 мин, представлен на рисунке A.8, а параметры рабочего цикла - в таблице A.7. По окончании каждого рабочего цикла СЗ СНЭЭ должна быть восстановлена до начального уровня.

 

Таблица A.7

 

Пример параметров рабочего цикла для режима

поддержания качества электрической энергии

 

Параметр рабочего цикла	Значение
Общая продолжительность, ч	12
Начальное содержание энергии, СЗ, %	100
Содержание энергии в конце рабочего цикла, СЗ, %	0
Максимальное значение активной выходной мощности, % от нормированного значения	100
Максимальное значение активной входной мощности	Не применимо
Периодичность изменения значения активной мощности в час	2 - 4
Периодичность переключений между активной входной и выходной мощностью	Не применимо
Максимальная выходная энергия за рабочий цикл, , %	100
Максимальная входная энергия за рабочий цикл	Не применимо
Максимальное значение реактивной выходной мощности	Не применимо
Максимальное значение реактивной входной мощности	Не применимо
Периодичность изменения значения реактивной мощности	Не применимо
Периодичность переключений между реактивной входной и выходной мощностью	Не применимо

 

 

Рисунок A.8 - Пример рабочего цикла в режиме выполнения

приложения поддержания качества электрической энергии

при помощи регулирования отдачи активной мощности

в зависимости от уровня напряжения [5]

 

Диапазон СЗ СНЭЭ должен быть определен на этапе проектирования. Поскольку режим регулирования предполагает выдачу активной мощности, начальная СЗ может быть установлена на уровне 100%, а в конце цикла - 0%. Для некоторых СНЭЭ устанавливают как можно более высокую начальную СЗ, чтобы гарантировать отдачу пиковой мощности при минимальной СЗ.