PT3054550T

PT3054550T - Método para controlar rampas de flutuação de potência com sistemas de armazenamento de energia em instalações para a geração de energia intermitente

Info

Publication number: PT3054550T
Application number: PT138020789T
Authority: PT
Inventors: Asunción Padros María; Rabal Daniel; Berazaluce Iñigo; Cuesta David; Marroyo Luís; Marcos Javier
Original assignee: Acciona Energia Sa
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2018-02-28
Also published as: MA38933A1; MX2016003844A; MA38933B1; EP3054550A1; ES2657375T3; EP3054550B1; US10291031B2; AU2019202751B2; AU2019202751A1; MX354888B; PL3054550T3; HRP20180188T1; WO2015044466A1; US20160241041A1; AU2013401409A1; RS57064B1

Description

DESCRIÇÃO

MÉTODO PARA CONTROLAR RAMPAS DE FLUTUAÇÃO DE POTÊNCIA COM SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA EM INSTALAÇÕES PARA A GERAÇÃO DE ENERGIA INTERMITENTE

OBJECTO DA INVENÇÃO A presente invenção pode ser incluída no campo técnico dos processos para o controlo de potência de flutuação de rampas com os sistemas de armazenamento de energia em instalações de produção de energia intermitente. 0 objectivo da presente invenção é um método para o controlo de rampas de flutuação de potência com sistemas de armazenamento de energia em centrais de produção de energia renováveis intermitentes, tais como por exemplo uma central solar fotovoltaica, o que reduz o tamanho dos sistemas de armazenamento necessários para satisfazer a exigência de uma rampa de flutuação de potência máxima, reduzindo assim os custos de investimento na planta e / ou realizando uma utilização racionalizada do sistema de armazenamento de energia, de modo a que, para alcançar a mesma rampa de flutuação máxima, é feito um uso menor do sistema de armazenamento de energia, estendendo sua vida útil e, portanto, reduzindo os custos operacionais da instalação.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A produção de energia solar fotovoltaica depende da radiação global disponível, o que depende, para um determinado local, do dia do ano e da hora do dia, mas também sobre os efeitos meteorológicos, como nuvens ou aerossóis na localização particular os painéis fotovoltaicos.

Portanto, ao longo de qualquer dia, a energia solar fotovoltaica variará de forma importante. Em um dia ensolarado, por exemplo, mostrará uma variação previsível devido aos diferentes níveis de radiação ao longo do dia e, devido aos diferentes ângulos, e por causa dos diferentes ângulos que o sol vai formar durante o dia com os painéis solares fotovoltaicos em função do tipo de capacidade de rastreamento que eles possuem.

Em um dia nublado, a produção irá mostrar variações adicionais que podem ser muito mais rapidas dependendo do tamanho da planta fotovoltaica e a velocidade a que as nuvens se movem sobre ela, em que as curvas de potência vão ser completamente diferentes para um dia claro, uma dia parcialmente nublado e dia completamente nublado. A nebulosidade é difícil de prever e rápida em relação aos seus efeitos, por isso pode causar flutuações na produção de plantas fotovoltaicas que causam problemas na estabilidade do sistema elétrico. Os operadores da grade elétrica realizaram várias pesquisas sobre os efeitos das flutuações, uma vez que, como não podem ser previstas, a grade deve ter uma capacidade de controlo suficiente para absorvê-las. As variações de potência máxima em plantas fotovoltaicas podem até chegar a 90% em intervalos de tempo muito curtos, de menos de um minuto.

No caso de um parque eólico, o recurso eólico obtido também é variável dependendo das condições meteorológicas, de modo que os efeitos são semelhantes aos presentes em plantas fotovoltaicas, embora com diferentes dinâmicas e horários.

Uma das maneiras de resolver as flutuações de energia é controlar a geração, limitando a velocidade máxima da variação de potência, tipicamente com o valor de rampa máximo que a variação de potência pode ter em cada ciclo de controlo. Isso exige prever flutuações e atuar antecipadamente limitando a produção da planta. Para prever as flutuações, seria necessário avaliar com precisão as modificações dos parâmetros meteorológicos que os causam. Uma má previsão das variáveis meteorológicas e seus efeitos sobre a produção da planta podem causar grandes perdas neste processo e podem justificar o investimento em sistemas de armazenamento de energia. A maneira como os regulamentos estabelecidos lidam com esse problema é, ao definir as rampas máximas de variação de potência para a energia que está sendo alimentada na grade pelas plantas de geração intermitente. Desta forma, pode-se assegurar que a variação de potência de uma planta, ou um grupo de plantas, não exceda a dinâmica com a qual outras plantas no sistema podem aumentar ou reduzir o poder, de modo que o equilíbrio de produção e consumo não seja alterado em cada momento.

Para definir esses valores, a possível velocidade de variação de energia para usinas térmicas, entre 2,5% -4% de sua potência nominal por minuto, sendo parte da geração gerenciável, geralmente é usada como referência. Por isso, é assegurado que o resto do sistema, se for fornecido com capacidade de controlo suficiente, pode responder a perdas de energia rápidas nas plantas intermitentes de geração de energia. Outra opção é considerar que a agregação de plantas nas proximidades produzirá uma variação no poder obtido como uma soma de todos eles, que é menor do que a potência de cada planta individual, por isso é possível definir uma rampa máxima para cada planta superior à rampa que pode ser gerenciada com a capacidade de controlo disponível, por exemplo 10% da potência nominal por minuto.

As plantas com armazenamento de energia podem controlar a velocidade de variação da saída por meio de carga e descarga de energia dos sistemas de armazenamento. Por exemplo, uma instalação de 1. 2MWp pode ser adicionada com um sistema de bateria de 1 MW-560kWh com o qual as variações de potência de saída da planta podem ser controladas de acordo com uma rampa máxima determinada pelo sistema de controlo.

Existem diferentes estratégias conhecidas a partir do estado da arte utilizada em plantas de geração solar e eólica e possuindo várias tecnologias de armazenamento de energia, onde a maneira habitual para se controla as flutuações de energia é, de armazenar o excesso no armazenamento ou transferência do défice do armazenamento, de modo que, quando forem produzidos incrementos de energia, a bateria é carregada de modo que a produção que está sendo alimentada na grade não tenha grandes oscilações, enquanto que quando ocorrem gotas de energia, a bateria fornece energia para acompanhar a produção sendo alimentada a grade sem grandes oscilações, onde este procedimento pode ser realizado de diferentes maneiras, obtendo resultados diferentes. A maneira imediata de fazer isso, referida como rampas, é com um algoritmo de controlo que, no ciclo de tempo que está sendo definido, define um valor de carga ou descarga para a bateria, de modo que no próximo ciclo não há valor com um desvio maior do que o permitido pela rampa máxima de flutuação de energia. Isso pode ser visto na Figura 4.

Um exemplo de limitação de rampa de potência é descrito em JP 2008 259357.

Um outro modo de controlo conhecido a partir do estado da técnica é o assim chamado controlo de atraso, que define uma janela de tempo e prossegue com a entrega de acordo com as condições iniciais da planta no inicio da referida janela de tempo.

Diferentes estratégias de usar a bateria de maneiras diferentes, de modo que quando a bateria está a menos profundamente ciciada, que resulta em uma vida de trabalho mais longa da bateria e o contrário.

Uma estratégia de atraso permite dimensionar a bateria mais pequena, mas será usada em maior extensão, resultando em uma vida útil mais curta e maior perda de energia por causa da entrada e saida de energia através da bateria, o que sempre envolve uma menor eficiência da unidade. Portanto, o cálculo económico requer ambas as considerações.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO A presente invenção resolve o problema técnico indicado, por meio de um método para o controlo de rampas de flutuação de potência com sistemas de armazenamento de energia em centrais de produção intermitentes, o que reduz o tamanho do sistema de armazenamento de energia necessária para satisfazer os requisitos de uma potência máxima de flutuação da rampa, o que reduz o tamanho dos sistemas de armazenamento necessários para atender a exigência de uma rampa de flutuação de potência máxima, reduzindo assim os custos de investimento na planta e / ou realizando uma utilização racionalizada do sistema de armazenamento de energia, de forma a que, para alcançar a mesma rampa de flutuação máxima, é feito um menor uso do sistema de armazenamento de energia, estendendo sua vida útil e, portanto, reduzindo os custos operacionais da planta.

Em qualquer uma das estratégias mencionadas no fundo da seção da invenção, à medida que o controlo da saida de energia da planta é realizado carregando ou descarregando um sistema de armazenamento de capacidade finita, é necessário levar o estado de carga (SOC) a uma definição valor, isto é, um alvo SOC. Assim, o sistema de armazenamento não atingirá seu máximo e os valores técnicos mínimos são permitidos, e assegurará que o sistema de armazenamento tenha capacidade de carregamento e potência suficiente suficiente para alcançar a sua funcionalidade. A estratégia que carrega o sistema de armazenamento quando o SOC diminui de um valor determinado e descarregando a bateria quando o SOC sobe do valor determinado, será referido como algoritmo para o estado da carga; ou como um componente de carga e descarga que depende do espaçamento entre SOC em cada momento e o alvo SOC.

Portanto, o projeto do sistema de armazenamento a ser incorporado em uma planta de geração intermitente é realizado determinando, em primeiro lugar, a estratégia de operação global. Até agora, foram mencionadas estratégias para controlo de rastreamento de rampas máximas de flutuação e atraso de rampa. A partir das flutuações do recurso solar ou do vento previsto e da estratégia a seguir, será determinada a capacidade de carga e descarga que o sistema de armazenamento associado à planta de geração exigirá. Assim, a capacidade de energia total do sistema de armazenamento de energia e um alvo SOC serão medidos, de modo que a bateria possa fornecer a capacidade de carga e descarga especificada. Uma estratégia será incluída para que, durante a operação, o sistema de armazenamento SOC não se desvie demais do alvo, de modo que a realização da funcionalidade necessária seja assegurada ao longo do tempo. 0 método para o controlo de rampas poder de flutuação com sistemas de armazenamento de energia do presente invento, que pode ser aplicado a, por exemplo, uma central solar fotovoltaica, e onde o sistema de armazenamento de energia é, por exemplo, uma bateria, compreende uma fase de definir uma rampa máxima de variação de potência para a energia que está sendo alimentada na grade pela planta de geração de potência intermitente. 0 invento leva em consideração que tanto as condições para o controlo de flutuação de potência de saída da planta como as condições do estado de carga do sistema de armazenamento podem ser dinâmicas de forma que variam de acordo com outros parâmetros. Os registos de variação fazem sentido ao conhecer a aplicação e como funcionam as plantas de geração intermitente renováveis, objeto da presente invenção. A fase de configuração de uma rampa máxima de variação de potência para a alimentação sendo alimentada na grade pela planta de geração de energia intermitente é realizada, no método da presente invenção, por meio de: uma subestrutura de configuração do componente dinâmico da rampa definida como a inclinação com a qual a potência na planta deve ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga do sistema de armazenamento de energia (SOC).

Além disso, pode ser realizada por meio de uma subestrutura de ajuste dinâmico do estado alvo de carga (SOC tar ) do sistema de armazenamento de energia, de acordo com a energia instantânea gerada pela planta e / ou a sua previsão por meio da previsão do tempo.

Uma vez que o estágio de configuração da rampa máxima de variação de potência para a potência que está sendo alimentada na grade pela planta de geração de energia intermitente, é realizado por meio da subestrutura de configuração do componente dinâmico definido como a inclinação com a qual a potência de saída na planta é variável em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga do sistema de armazenamento de energia (SOC), é assegurado que a variação de potência de uma planta ou de um grupo de plantas não exceda a dinâmica máxima permitida; fixado de forma a que outras plantas no sistema possam aumentar ou reduzir o poder, de modo que o equilíbrio de produção e consumo de todo o sistema não seja alterado em cada momento.

Assim, se o estado de carga estiver abaixo de um valor de referência, as inclinações serão modificadas de modo a ajudar o sistema de armazenamento a ser carregado. Se o estado de carga do sistema de armazenamento for maior que o valor de referência, as inclinações são modificadas de modo a ajudar a descarregar o sistema de armazenamento, sempre alcançando as encostas máximas permitidas.

Assim, o uso do sistema de armazenamento de energia é reduzido (número de carga / descarga ciclos, no caso de uma bateria) , uma vez que por meio da utilização dinâmica limitando rampas máximas de variação de potência, de acordo com o estado de carga da energia sistema de armazenamento, a bateria se desvia o mínimo possível do estado de carga configurado como alvo.

No caso da fase de definição de no máximo da rampa variação de potência para a alimentação a ser introduzida na grade pela planta de geração de energia intermitente, é adicionalmente realizado por meio da subestrutura de definir o estado alvo de carga ( SOC tar ) de o sistema de armazenamento de energia de forma dinâmica, de acordo com a potência instantânea gerada pela planta e / ou prevendo-se por meio da previsão do tempo, é assegurado que, se a planta estiver gerando uma potência próxima da potência nominal, o SOC alvo será aumentado, uma vez que a flutuação que pode ocorrer irá gerar a descarga do sistema de armazenamento de energia, enquanto que se a potência gerada for uma potência reduzida, o alvo SOC também será reduzido.

Assim, o sistema de armazenamento de energia é dimensionado de uma maneira mais ótima, reduzindo o seu uso e ampliando sua vida útil. Definir dinamicamente o estado de carga de destino (SOC tar ) do sistema de armazenamento de energia permitirá, essencialmente, reduzir o tamanho do sistema de armazenamento de energia necessário para alcançar uma rampa máxima. A combinação de ambas as subsequências de configuração atinge um ótimo dependendo da sua aplicação.

Opcionalmente, a subestrutura inferior de fixação da componente dinâmica rampa definida como a inclinação com que a potência em que a planta é para ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga do sistema de armazenamento de energia (SOC), compreende um fase de filtragem das rampas dinâmicas para que elas não funcionem se a energia da planta for muito baixa ou se estiver muito perto da potência nominal.

Isso ocorre porque, nas condições acima mencionadas de energia geradas pela planta, podem ocorrer grandes flutuações na produção da planta, que pode atingir 90%. Esta condição nunca, logicamente, ocorrerá se a planta gerar 40 ou 60% de sua potência nominal. Esta filtragem fará com que as rampas dinâmicas sejam aplicáveis apenas dentro de uma faixa de potência gerada por planta (de preferência entre 30 e 70% da potência nominal), e as limitações máximas da rampa são aplicadas.

Bem como as duas subestruturas descritas acima que permitem levar a cabo com a fase de fixação de uma variação de potência de subida máxima para a energia a ser alimentada na grade pela planta de geração intermitente, o método da presente invenção pode compreender um subestrutura de definir um algoritmo de controlo do estado da carga para o sistema de armazenamento de energia, o que adiciona ao cálculo de um componente de carga ou descarga, de modo que no próximo ciclo não há desvio do alvo SOC, e sempre alcançando a rampa de limitação máxima permitida.

Portanto, este algoritmo adiciona um componente de carga a partir do sistema de armazenamento de energia, se o estado de carga do sistema de armazenamento de energia é inferior ao SOC alvo, e um componente de descarga, se o estado de carga do sistema de armazenamento de energia é superior ao objectivo SOC, sendo possível usar uma banda morta ou histerese para limitar as condições de ativação deste algoritmo para desvios do alvo SOC que são suficientemente grandes.

Quando o método utiliza a platina inferior de fixação de um algoritmo de controlo de estado de carga (SOC) do sistema de armazenamento de energia, se a planta gera mais do que, por exemplo, 70% da sua potência nominal, o alvo SOC aumenta de 50% para um valor entre 70 e 100%, enquanto que se a planta produzir menos de 30% de sua potência nominal, o alvo SOC é reduzido de 50% para um valor entre 0 e 30%.

Na seguinte tabela, os diferentes parâmetros são mostrados entre a presente invenção e os métodos de rampa e atraso do estado da técnica, que mostra a melhoria nos parâmetros diferentes devido ao referido método para o caso em que o sistema de armazenamento de energia é uma bateria.

Como é mostrado na tabela, usando rampas dinâmicas, o uso do sistema de armazenamento de energia é especialmente melhorado, sistema que neste caso é uma bateria (refletida no parâmetro "bateria média anual") e, portanto, os ciclos que estão sendo realizados pela bateria são reduzidos e a sua vida útil é estendida, sendo este um ponto critico, uma vez que as plantas fotovoltaicas são projetadas para operar por pelo menos 25 anos. Como pode ser observado na tabela anterior, a bateria máxima anual reflete o tamanho da bateria a ser instalada em uma planta por MW fotovoltaico instalado. Quanto maior o número, maior é o investimento para atender aos requisitos.

Além disso, no caso de combinar a rampa dinâmica com a estratégia SOC dinâmica, é necessária uma redução da bateria máxima anual, aumentando novamente o uso da bateria, pelo que uma melhor utilização de ambas as estratégias pode ser encontrada de acordo com o projeto especifico. 0 uso da previsão do tempo para detectar as condições em que ocorrerá grandes flutuações de energia, será útil para aplicar a estratégia do SOC dinâmico, somente nessas condições, e junte-se à redução de tamanho da bateria, resultando no menor número de ciclos da bateria em uso e na vida útil mais longa que isso implica.

Ambas as estratégias, como foi comentado, podem ser aplicadas separadamente, se o efeito pretendido é que um dos dois resultados predomina sobre o outro.

Em certos casos, a exigência de alcançar a rampa máxima pode ser transformada na obtenção de passos de energia. Se a verificação das flutuações de potência for realizada com equipamento de medição na planta, que mede a produção, por exemplo, a cada 15 minutos, a realização de um requisito de flutuação de energia será aplicada apenas a intervalos de 15 minutos. A rampa naquele momento é transformada em passos de potência a cada 15 minutos e a estratégia de realização pode ser adaptada ao requisito, de tal modo que a sua utilização seja reduzida. A estratégia referida como passo, conhecido no estado da arte, assegura a flutuação é medida em dois pontos de tempo espaçados de um determinado valor, por exemplo, os acima de 15 minutos, mas em tempos mais curtos. A presente invenção utiliza sistemas de armazenamento de energia, entre os quais podem ser as acima mencionadas de baterias, ou mesmo supercapacitores volantes, no qual a energia armazenada não é energia elétrica, não sendo, no entanto, limitado aos anteriores.

As plantas de geração de energia intermitente ao qual o método da presente invenção pode ser aplicado, são centrais solares fotovoltaicas, parques eólicos ou centrais de energia de marés.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Para implementar a presente descrição e de modo a proporcionar uma melhor compreensão das caracteristicas da invenção, de acordo com uma forma de realização preferida da mesma, um conjunto de desenhos é anexado como parte desta descrição, com uma finalidade ilustrativa, mas não limitativa, que representa o seguinte:

Figura 1. Mostra um diagrama de blocos do método da invenção de acordo com uma primeira concretização preferida.

Figura 2. Mostra um diagrama de blocos do método da invenção de acordo com uma segunda forma de realização preferida.

Figura 3. Mostra um diagrama de blocos do método da invenção de acordo com uma terceira concretização preferida.

Figura 4. Mostra um gráfico da evolução de potência em uma usina de geração intermitente de potência e o estágio de definir uma rampa máxima de variação de potência para a alimentação a ser alimentada na grade pela planta de geração intermitente, de acordo com o estado da técnica.

Figura 5. Mostra um gráfico da inclinação com o qual a potência na planta deve ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga do sistema de armazenamento de energia, particularmente uma bateria, de acordo com o método do presente invenção. Na figura citada, o SOC é de 50%.

Figura 6. Mostra um gráfico da evolução da potência em uma planta de geração intermitente de potência e a subestrutura da configuração do componente dinâmico da rampa definida como a inclinação com a qual a potência na planta deve ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com ao estado de carga (SOC) do sistema de armazenamento de energia, de acordo com o método da presente invenção.

Figura 7. Mostra um esquema de uso de rampas dinâmicas de acordo com a energia gerada pela planta em um dado momento, de acordo com a presente invenção.

Figura 8. Mostra dois exemplos dos requisitos para a aplicação da subestrutura definindo um algoritmo de controlo do estado de carga do sistema de armazenamento de energia.

Figura 9. Mostra os requisitos de SOC da bateria de acordo com a rampa máxima à esquerda e à potência para o controlo de SOC à direita, para uma combinação da sub-fase de configuração do componente dinâmico definido como a inclinação com que o poder na planta deve ser variado em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga do sistema de armazenamento de energia (SOC) e a subestrutura de configuração de um algoritmo de controlo do estado de carga do sistema de armazenamento de energia.

Figura 10. Mostra vários exemplos do SOC do poder da planta quando o alvo dinâmico SOC foi aplicado de acordo com a potência instantânea gerada pela planta e / ou prevendo-se por meio da previsão do tempo.

Figura 11. Ele mostra gráficos que representam o poder da planta ao qual um método de passo constante foi aplicado, à esquerda, e um método de um simples passo para a direita, ambos conhecidos no estado da técnica.

Figura 12. Mostra gráficos que representam o poder da planta ao qual um método de passo constante foi aplicado, à esquerda, e um método de um simples passo para a direita, de acordo com o método da rampa dinâmica da presente invenção.

Figura 13. Mostra um gráfico da evolução do estado de carga, que neste exemplo é uma bateria, tanto teórica quanto real ao longo de um dia em que o método de rampa dinâmica da presente invenção é aplicado, onde a carga teórica o valor reflete o alvo SOC que varia de acordo com as condições de geração e / ou geração de predição, e como o algoritmo está rastreando esse valor de carga real.

FORMA DE REALIZAÇÃO PREFERIDA DA INVENÇÃO

Uma descrição detalhada de uma forma de realização preferida da presente invenção é agora descrito, de acordo com as figuras 1 a 13 acima referidas. 0 método para o controlo de potência de rampas de flutuação com sistemas de armazenamento de energia, que no presente exemplo de realização preferido é uma bateria, e pode ser aplicado a uma planta de energia solar fotovoltaica, o modo compreende uma etapa de configuração de uma rampa de variação máxima de potência para poder ser alimentado na grade pela planta solar fotovoltaica por meio da combinação das seguintes subestruturas: • uma subestrutura de configuração de um componente dinâmico de uma rampa definida como uma inclinação com a qual a potência na planta deve ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com um estado de carga (SOC) de um sistema de armazenamento de energia, • uma subestrutura de configuração de um algoritmo de controlo do estado de carga do sistema de armazenamento de energia que adiciona ao cálculo um componente de carga ou descarga do sistema, de modo que no próximo ciclo não há desvio de um SOC alvo, e sempre alcançar um limite máximo na rampa, e • uma subestrutura de configuração dinâmica do estado alvo de carga (SOC tar ) do sistema de armazenamento de energia, de acordo com uma energia instantânea gerada pela planta, e / ou a sua previsão por meio da previsão do tempo.

Com esta combinação de subestruturas o método óptimo para o controlo das flutuações de alimentação é realizado, mostrado no esquema da Figura 1.

Em alternativa, como é mostrado no esquema da Figura 3, é descrito um método para o controlo de potência de flutuação de rampas que consiste somente de: • uma subestrutura de configuração do componente dinâmico da rampa definida como a inclinação com a qual a potência na planta deve ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga (SOC) do sistema de armazenamento de energia e • uma subestrutura de configuração de um algoritmo de controlo do estado de carga do sistema de armazenamento de energia que adiciona ao cálculo um componente de carga ou descarga do sistema, de modo que não há desvio do SOC alvo e sempre atingindo a rampa máxima limitante.

Convencionalmente e mostrado no esquema da Figura 2, é descrito um método para o controlo de potência de flutuação de rampas que consiste somente de: • uma subestrutura de configuração de um algoritmo de controlo do estado de carga do sistema de armazenamento de energia que acrescenta ao cálculo um componente de carga ou descarga do sistema, de modo que não há desvio do alvo SOC e sempre atingindo a rampa máxima limitante, e • uma subestrutura de configuração dinâmica do estado de carga de destino (SOC tar ) do sistema de armazenamento de energia, de acordo com a energia instantânea gerada pela planta, e / ou a sua previsão por meio de previsão do tempo. A decisão de escolher qualquer uma das alternativas descritas acima podem ser realizadas de acordo com a previsão do tempo. A Figura 5 mostra um gráfico da inclinação com o qual a potência na planta deve ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga do sistema de armazenamento de energia, particularmente uma bateria, de acordo com a subescisão da configuração do componente dinâmico da rampa definida como a inclinação com a qual a potência na planta deve ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga (SOC) do sistema de armazenamento de energia, A Figura 6 mostra um gráfico da evolução da potência em uma planta de geração de energia intermitente e o estágio de configuração do componente dinâmico da rampa definida como a inclinação com a qual a potência na planta deve ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com ao estado de carga (SOC) do sistema de armazenamento de energia.

Opcionalmente, a subestrutura da configuração do componente dinâmico da rampa definida como a inclinação com a qual a potência na planta deve ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga (SOC) do sistema de armazenamento de energia, compreende um estágio de filtrar as rampas dinâmicas para que elas não funcionem se a potência da planta for muito baixa ou se for muito próxima da potência nominal, como pode ser visto na Figura 7. Este estágio de filtragem torna a subestrutura da configuração do componente dinâmico da rampa definida como a inclinação com a qual a potência na planta deve ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga (SOC) do sistema de armazenamento de energia, para só ser aplicável dentro de um intervalo de energia gerado pela planta (por exemplo, tomando como faixa inferior 20 e 40% da potência nominal, e como uma faixa mais alta entre 60 e 80% da potência nominal), aplicando-se desse intervalo as limitações da rampa máxima. A Figura 8 mostra dois exemplos dos requisitos para a aplicação da subestrutura de configuração de um algoritmo de controlo do estado da carga do sistema de armazenamento de energia. O algoritmo aplicado por etapas é mostrado à esquerda e o algoritmo aplicado em milhares de etapas é mostrado à direita.

Esta subestrutura da configuração do algoritmo adiciona um componente de carregamento de carga da bateria se o estado de carga do sistema de armazenamento de energia está abaixo do SOC alvo, e um componente de descarga se o estado de carga do sistema de armazenamento de energia está acima da meta SOC, sendo possível usar uma banda morta ou histerese para limitar as condições de ativação deste algoritmo para desvios do alvo SOC que são suficientemente grandes. A Figura 9 mostra os requisitos de SOC da bateria de acordo com a rampa máxima à esquerda e a potência para o controlo de SOC à direita, para uma combinação da sub-fase de configuração do componente dinâmico da rampa definida como o declive com o qual a potência na planta deve ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga (SOC) do sistema de armazenamento de energia e a subestrutura da configuração de um algoritmo de controlo do estado de carga do armazenamento de energia sistema.

Neste exemplo de concretização preferida, os valores do SOC que são ótimos para a planta são determinados, mostrados na Figura 9, referidos como SOCrefl, entre SOC (50%) e SOCmax e SOCref2, entre SOC (50%) e SOCmin definindo o melhor da rampa dinâmica quando nas condições mencionadas da energia gerada pela planta, podem ocorrer grandes flutuações na saida da planta que pode atingir um valor de 90%.

Estes valores SOCrefl e SOCref2 dependem da rampa máxima exigida como requisito. Se a rampa máxima necessária for muito alta, a bateria necessária para alcançá-la será muito pequena e as variações SOC da bateria causadas pela planta serão rápidas, e ao contrário. Isso altera o valor ótimo entre esses valores de espaçamento.

De preferência, SOCrefl e SOCref2 são valores próximos uns dos outros, mas diferentes para evitar uma operação instável do método, uma vez que o uso de valores muito diferentes enfraquece o benefício da rampa dinâmica. A platina inferior de fixação da componente dinâmica da rampa definida como a inclinação com que a potência em que a planta é para ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga (SOC) do sistema de armazenamento de energia, para todos os exemplos anteriormente descritos podem ser um valor constante ou variável, de acordo com a diferença entre o SOC do sistema de armazenamento de energia e o seu alvo SOC. A Figura 10 mostra os requisitos do SOC alvo designado para a subestrutura da configuração dinâmica do estado alvo de carga (SOCtar ) do sistema de armazenamento de energia, de acordo com a potência instantânea gerada pela planta, e / ou a sua antecipação meios de previsão do tempo.

Além disso, o método pode ter um tempo de medição das flutuações de potência significativamente mais longas do que o tempo de ciclo de controlo do mesmo, causando um controlo por etapas. Uma vez que o sistema de controlo da planta terá um tempo de ciclo com base na velocidade de cálculo e na velocidade de comunicação que geralmente pode ser entre 100 ms e 5 seg, e, como entanto, as redes elétricas mostrarão inércia devido aos geradores síncronos conectados a ele, e os dispositivos de controlo primários que podem ser de minutos, o requisito de alcançar as rampas pode ser cumprido de acordo com a medição realizada a cada certo número de minutos, por exemplo, 15 min.

Nestes casos, um período de tempo é definido para medir a flutuação de energia. Para fazer isso, uma estratégia chamada etapa é realizada, conhecida no estado da arte, definindo valores por etapas durante o tempo de medição de flutuação em que qualquer flutuação que não exceda esse passo não requer nenhuma ação, enquanto que os valores de flutuação que ultrapassam essa mudança de passo o nível do passo alvo. A Figura 11 mostra a situação do passo constante, e o passo simples para a situação estática a partir do estado da técnica.

Como é mostrado na Figura 11, as etapas de potência podem ser construídas alcançando o tempo determinado com a flutuação de energia, de modo que a energia é constante durante o tempo entre duas medidas (15 min, por exemplo), que é referido como passo constante , pelo que é necessária uma capacidade menor da bateria, equivalente à área na curva de potência entre a saida da planta e a geração da planta. Os passos também podem ser construídos reproduzindo flutuações de energia dentro do tempo do passo para reduzir ainda mais o tamanho necessário para a bateria, que foi referido como passo simples, que pertence ao estado da técnica.

As estratégias chamadas de etapas também podem ser aplicadas às estratégias descritas acima de rampas dinâmicas de acordo com o SOC (combinado ou não com a função SOC de controlo) , ou SOC dinâmico de acordo com a geração instantânea da planta. A Figura 12 mostra o efeito de aplicar as rampas dinâmicas aos dois possíveis tipos de etapas.

Adicionalmente, neste exemplo de realização, o método para o controlo das rampas de flutuação de energia com uma bateria em plantas de geração de energia intermitente compreende uma subestrutura de determinar o estado da carga de acordo com os sistemas de previsão do tempo em curtos períodos de tempo. Esses sistemas procuram prever, geralmente durante um período de tempo pré-estabelecido da operação de plantas solares subsequente ao atual, que é de preferência de 1 hora, a radiação disponível e, portanto, a geração da planta solar, com uma precisão menor que 1 minuto. Exemplos desses sistemas baseiam-se em câmeras do céu, valores atuais de vento e radiação e o uso de imagens de nuvem do satélite em tempo real e podem ser usados para definir as condições existentes nas plantas durante esse período.

Com uma previsão deste tipo, as condições de radiação futuras pode ser transformadas em variações previstas do estado de carga da bateria para conseguir as flutuações de energia alvo^ e para adaptar as rampas dinamicas com gue a planta vai operar de antemão para minimizar a desvio do estado de carga da bateria de referência do alvo, como é mostrado na Figura 13.

Um exemplo de execução do método da presente invenção seria o seguinte: • Rampa dinâmica variando entre 40% e 60% do SOC. • Controlo do SOC se a bateria SOC <40% -* algoritmo de carga continua. • Controlo do SOC se a bateria SOC> 60% - algoritmo de descarga continua.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para o controlo de rampas de flutuação de energia com sistemas de armazenamento de energia em plantas de geração de energia intermitente, compreendendo o método: um estágio de configuração de uma rampa máxima de variação de potência para a alimentação que está sendo alimentada grade pela planta de geração de energia intermitente, caracterizada por o referido estágio de configuração da rampa máxima de variação de potência (rampa SOC max) ser realizada por meio de: uma subestrutura de configuração do componente dinâmico da rampa (rampa dinâmica SOC) definida como a inclinação com a qual a potência na planta deve ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga (SOC) do sistema de armazenamento de energia.
2. Método para o controlo de rampas de flutuação de energia com sistemas de armazenamento de energia em plantas de geração de energia intermitentes de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o estágio de configuração da rampa máxima de variação de potência ser adicionalmente realizado por meio de: uma subestrutura de configuração dinâmica do estado de carga de destino (SOC tetr· ) do sistema de armazenamento de energia, de acordo com a potência instantânea gerada pela planta e / ou a sua previsão por meio da previsão do tempo.
3. Método para o controlo de rampas de flutuação de energia com sistemas de armazenamento de energia em plantas de geração de energia intermitente de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada por a subestrutura de configuração do componente dinâmico da rampa definida como a inclinação com a qual a energia na planta é para ser variado em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga (SOC) do sistema de armazenamento de energia, compreende uma fase de filtragem de rampas dinâmicas para que não funcionem se a potência da planta for muito baixa ou se estiver muito próxima da potência nominal.
4. Método para o controlo de rampas de flutuação de energia com sistemas de armazenamento de energia em instalações de geração de energia intermitente de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por compreender uma subestrutura de configuração de um algoritmo de controlo do estado de carga do sistema de armazenamento de energia que adiciona para calcular um componente de carga ou descarga do sistema, de modo que não haja desvio do SOC alvo, e sempre observando uma rampa máxima limitante.
5. Método para o controlo de rampas de flutuação de energia com sistemas de armazenamento de energia em instalações de geração de energia intermitentes de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o método usar a subestrutura da configuração do componente dinâmico da rampa definida como a inclinação com a qual a potência a planta deve ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga (SOC) do sistema de armazenamento de energia, se o estado da carga estiver abaixo de um valor de referência, as inclinações são modificadas de modo a ajudar o sistema de armazenamento a ser carregado, enquanto que se o estado da carga do sistema de armazenamento for maior do que o valor de referência, as pistas são modificadas de modo a ajudar a descarregar o sistema de armazenamento.
6. Método para o controlo de rampas de flutuação de energia com sistemas de armazenamento de energia em instalações de geração de energia intermitente de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por a subestrutura de configuração do componente dinâmico da rampa definida como a inclinação com a qual a potência na planta deve ser variada em cada ciclo de controlo, de acordo com o estado de carga (SOC) do sistema de armazenamento de energia, é um valor constante ou variável de acordo com a diferença entre o SOC do sistema de armazenamento de energia e o seu alvo SOC.
7. Método para o controlo de rampas de flutuação de energia com sistemas de armazenamento de energia em plantas de geração de energia intermitente de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizada por o estágio de filtração das rampas dinâmicas fora do alcance, está compreendido entre 30 e 70% da potência nominal da planta.
8. Método para o controlo de rampas de flutuação de energia com sistemas de armazenamento de energia em instalações de geração de energia intermitentes de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por a subestrutura de configuração de um algoritmo de controlo do estado de carga do sistema de armazenamento de energia compreender a adição de: • um componente de carregar o sistema se o estado de carga do sistema de armazenamento de energia estiver abaixo do SOC alvo, e • um componente de descarregar o sistema se o estado de carga do sistema de armazenamento de energia estiver acima do alvo SOC.
9. Método para o controlo de rampas de flutuação de energia com sistemas de armazenamento de energia em instalações de geração de energia intermitente de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por a subestrutura de estabelecimento de um algoritmo de controlo do estado de carga do sistema de armazenamento de energia usar uma faixa morta ou histerese para limitar a condições de ativação deste algoritmo para desvios do alvo SOC que são suficientemente grandes.
10. Método para o controlo de rampas de flutuação de energia com sistemas de armazenamento de energia em instalações de geração de energia intermitente de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por a subestrutura de estabelecimento de um algoritmo de controlo de estado de carga do sistema de armazenamento de energia aumenta o alvo SOC de 50% para um valor entre 70 e 100% se a planta gerar mais de 70% de sua potência nominal, enquanto o alvo SOC é reduzido de 50% para um valor entre 0 e 30% se a planta produzir menos de 30% de sua potência nominal.
11. Método para o controlo de rampas de flutuação de energia com sistemas de armazenamento de energia em instalações de geração de energia intermitente de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por ser aplicada a uma estratégia de passo.
12. Método para o controlo de rampas de flutuação de energia com sistemas de armazenamento de energia em instalações de geração de energia intermitente de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o sistema de armazenamento de energia ser selecionado do grupo que consiste em: uma bateria, supercondensadores e volantes.
13. Método para o controlo de rampas de flutuação de energia com sistemas de armazenamento de energia em instalações de geração de energia intermitente de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por a planta de geração de energia intermitente ser selecionada do grupo que consiste em: plantas solares fotovoltaicas, parques eólicos e usinas de energia de maré.