BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHN …

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA ELEKTROTECHN

IKY

FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION

DEPARTMENT OF ELECTRICAL POWER ENGINEERING

E

MASTER'S THESIS

BC.

AUTHOR

BRNO 2015

Bibliografická citácia práce:

HALÁS, A. Model mikro sítě s akumulací. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2015. 45s.

Vedoucí diplomové práce Ing. Marek Kopička.

Poďakovanie

Rád by som týmto vyjadril svoju vďačnosť vedúcemu mojej diplomovej práce Ing. Marekovi Kopičkovi za cenné rady, pripomienky a poskytnuté údaje, ktoré mi pomohli pri písaní tejto diplomovej práce.

Prehlásenie

Ako autor uvedenej diplomovej práce prehlasujem, že v súvislosti s vytvorením tejto diplomovej práce som neporušil autorské práva tretích osôb, nezasiahol som nedovoleným spôsobom do cudzích autorských osobnostných práv a som si plne vedomý následkov porušenia ustanovenia § 11 a nasledujúcich autorského zákona č. 121/2000 Zb., vrátane možných trestnoprávnych dôsledkov vyplývajúcich z ustanovenia druhej časti, hlavy VI. Diel 4 Trestného zákonníka č. 40/2009 Zb.

....................................

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRN Ě

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Ústav elektroenergetiky

Diplomová práce

Model mikro sítě s akumulací

Bc. Andrej Halás

vedoucí: Ing. Marek Kopička

Ústav elektroenergetiky, FEKT VUT v Brně, 2015

Brno

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Faculty of Electrical Engineering and Communication

Department of Electrical Power Engineering

Master’s thesis

Model of microgrid with energy storage

by

Bc. Andrej Halás

Supervisor: Ing. Marek Kopička

Brno University of Technology, 2015

Brno

Abstrakt

6

ABSTRAKT Práca popisuje chod, vlastnosti a prevádzkové stavy mikro siete s akumuláciou, prináša

pohľad na výhody použitia uvedených konceptov. Prvá časť sa zaoberá popisom mikro siete, rozdelením a uvádza príklady jej použitia. V druhej časti sú popísané jednotlivé prvky akumulácie, výroby a transformácie používané v mikro sieťach. Tretia časť opisuje prácu s programom PSCAD. Hlavným cieľom je návrh modelu mikro siete v programe PSCAD a overiť ho simuláciou.

KĽÚČOVÉ SLOVÁ : mikro sieť, akumulácia energie, simulácia, nekonvenčné zdroje energie, PSCAD, EMTDC

Abstract

7

ABSTRACT This thesis describes the operation , characteristics and operating conditions of microgrid

with energy storage , provides insight into the benefits of using listed concepts . The first part deals with the description of microgrid systems, distribution and shows examples of its use. The second part describes individual elements of the storage systems, energy production and energy transformation used in microgrids . The third part describes the work with PSCAD software. The main goal is to design a micro grid model in PSCAD and validate its function.

KEY WORDS: microgrid, energy storage, simulation, unconventional energy sources, PSCAD, EMTDC

Obsah

8

OBSAH

ZOZNAM OBRÁZKOV ............................................................................................................................ 10

ZOZNAM SYMBOLOV A SKRATIEK ........................ .......................................................................... 12

1 ÚVOD ....................................................................................................................................................... 14

2 POPIS MIKRO SIETÍ ............................................................................................................................ 15

2.1 ROZDELENIE MIKRO SIETÍ .............................................................................................................. 16

2.1.1 AC MIKRO SIEŤ ....................................................................................................................... 16 2.1.2 DC MIKRO SIEŤ ....................................................................................................................... 16 2.1.3 HYBRIDNÁ AC-DC MIKRO SIEŤ .............................................................................................. 17

2.1.4 AC MIKRO SIEŤ S AKUMULÁCIOU DC ..................................................................................... 17

2.1.5 PÁSMOVÁ DC MIKRO SIEŤ ...................................................................................................... 18

2.1.6 MIKRO SIEŤ S SST .................................................................................................................. 18

2.2 PRÍKLADY POUŽITIA MIKRO SIETÍ V SÚ ČASNOSTI ......................................................................... 19

3 PRVKY MIKRO SIETE......................................................................................................................... 20

3.1 AKUMULÁCIA ENERGIE V MIKROSIETI ........................................................................................... 20

3.1.1 SEKUNDÁRNE ELEKTROCHEMICKÉ ČLÁNKY ........................................................................... 20 3.1.2 ZOTRVAČNÍKY (FES) .............................................................................................................. 20 3.1.3 SUPERKONDENZÁTORY (EDLC) ............................................................................................. 21

3.1.4 SUPRAVODIVÉ CIEVKY (SMES) .............................................................................................. 22

3.1.5 PALIVOVÉ ČLÁNKY A ELEKTROLYZÉR .................................................................................... 22

3.2 MENIČE ............................................................................................................................................. 22

3.2.1 MPPT ...................................................................................................................................... 22

3.2.2 DC/AC .................................................................................................................................... 23

3.2.3 DC/DC MENIČE ....................................................................................................................... 23

3.3 ZDROJE ENERGIE ............................................................................................................................. 23

3.3.1 PALIVOVÉ ČLÁNKY ................................................................................................................. 24 3.3.2 FOTOVOLTAICKÉ PANELY ....................................................................................................... 24

3.3.3 KOGENERAČNÉ JEDNOTKY ..................................................................................................... 25

3.3.4 VETERNÉ TURBÍNY ................................................................................................................. 25

4 MODELOVANIE V PROGRAME PSCAD ......................................................................................... 27

4.1 METÓDY MODELOVANIA V PROGRAME PSCAD ........................................................................... 27

4.2 POPIS PRÁCE V PROGRAME PSCAD ............................................................................................... 27

4.3 SCHÉMA SIETE PRE SIMULÁCIU ....................................................................................................... 28

4.4 SIMULOVANÁ SIE Ť – MODEL ............................................................................................................ 29

4.5 MODELOVÉ PRVKY SIETE ................................................................................................................ 31

4.5.1 VETERNÁ ELEKTRÁREŇ - MODEL ............................................................................................ 31

4.5.2 FOTOVOLTAICKÁ ELEKTRÁREŇ – MODEL ............................................................................... 33

4.5.3 ZÁLOŽNÝ GENERÁTOR – MODEL ............................................................................................. 34

4.5.4 AKUMULÁCIA – MODEL .......................................................................................................... 35 4.5.5 ZÁŤAŽ - MODEL ...................................................................................................................... 36 4.5.6 AC/DC MENIČ – MODEL ......................................................................................................... 37

Obsah

9

4.5.7 RIADIACE OBVODY – MODEL .................................................................................................. 38

5 SIMULÁCIA............................................................................................................................................ 39

5.1 PARAMETRE SIMULÁCIE .................................................................................................................. 39

5.2 VÝSLEDKY SIMULÁCIE ..................................................................................................................... 39

6 ZÁVER ..................................................................................................................................................... 42

6.1 ZÁVER : 1. POPIS A PRVKY MIKRO SIETÍ : ........................................................................................ 42

6.2 ZÁVER : 2. POPIS PROGRAMU PSCAD A PROBLEMATIKY PO ČÍTA ČOVÉHO MODELOVANIA : ..... 42

6.3 ZÁVER : 3. NÁVRH A VYTVORENIE MIKRO SIETE V PROGRAME PSCAD: .................................... 43

6.4 ZÁVER : 4. NÁVRH A VYTVORENIE SYSTÉMU RIADENIA A REGULÁCIE : ....................................... 43

6.5 ZÁVER : 5. OVERENIE VALIDITY MODELU PRE RÔZNE PREVÁDZKOVÉ SITUÁCIE : ....................... 43

POUŽITÁ LITERATÚRA ........................................................................................................................ 44

Zoznam obrázkov

10

ZOZNAM OBRÁZKOV Obrázok 1 - schéma AC mikro siete [18] ....................................................................................... 16

Obrázok 2 - schéma DC mikro siete [18] ....................................................................................... 17

Obrázok 3 - schéma hybridnej mikro siete [18] ............................................................................. 17

Obrázok 4 - schéma AC mikro siete s akumuláciou DC [18] ........................................................ 18

Obrázok 5 - schéma pásmovej DC mikro siete [18] ...................................................................... 18

Obrázok 6 - mikro sieť s SST transformátorom [18] ..................................................................... 19

Obrázok 7 - rez 10 kW zotrvačníkom pre veternú turbínu[7] ........................................................ 21

Obrázok 8 - porovnanie superkondenzátorov s inými akumulačnými prvkami[9] ........................ 21

Obrázok 9 - princíp sledovania maximálneho pracovného bodu[5] ............................................. 23

Obrázok 10 - jednotky palivových článkov na bioplyn [11] .......................................................... 24

Obrázok 11 - fotovoltaické pole pre nabíjanie elektromobilov v San Diegu,USA [12] ................. 24

Obrázok 12 - Volt-ampérové charakteristiky FV modulu pre rôzne intenzity ožiarenia [14] ....... 25

Obrázok 13- kogeneračná jednotka ............................................................................................... 25

Obrázok 14- porovnanie stall a pitch regulácie[17] ...................................................................... 26

Obrázok 15 - príklad preddefinovaných modelov prvkov - fv panel a veterná turbína[4] ............ 27

Obrázok 16 - Obvod v programe PSCAD ..................................................................................... 28

Obrázok 17 - schéma mikro siete s akumuláciou pre simuláciu .................................................... 28

Obrázok 18 - Simulovaná sieť - model ........................................................................................... 30

Obrázok 19- Model veternej turbíny s príslušným riadením .......................................................... 31

Obrázok 20- Model veternej elektrárne s usmerňovačom .............................................................. 32

Obrázok 21 - Mechanický model .................................................................................................... 32

Obrázok 22 - Model znižujúceho meniča pre VE ........................................................................... 33

Obrázok 23 - Fotovoltaicka elekraren – model .............................................................................. 34

Obrázok 24 - Znižujúci menič FV- model ...................................................................................... 34

Obrázok 25 - Záložný generátor – model ....................................................................................... 35

Obrázok 26 – Akumulácia - model ................................................................................................. 35

Obrázok 27 - Riadenie toku výkonu akumulácie - model ............................................................... 36

Obrázok 28 - Sieťová nabíjačka akumulátorov – model ................................................................ 36

Obrázok 29 - Záťaž – model ........................................................................................................... 37

Obrázok 30 AC/DC menič – model ................................................................................................ 38

Obrázok 31 - Výkonová bilancia mikro siete počas 24 hodín prevádzky ....................................... 39

Obrázok 32- Frekvencia simulovanej siete .................................................................................... 40

11

Obrázok 33- Stupeň nabitia akumulátora v priebehu simulácie .................................................... 41

Obrázok 34 - Napätie na prípojnici AC v priebehu simulácie ....................................................... 41

Zoznam symbolov a skratiek

12

ZOZNAM SYMBOLOV A SKRATIEK

Symboly:

W [J, Ah]– práca

Q[C] – elektrický náboj

P[W] – výkon

t[s] – čas

R[Ω] – elektrický odpor

I [A] – elektrický prúd

U [V] – napätie

s [mm2] – prierez

η[-] – účinnosť

v[m/s] – rýchlosť

ρ[kg/m3] – hustota

m[kg] – hmotnosť

Ek[J] – kinetická energia

ω[rad/s] – uhlová rýchlosť

J[kg.m2] – moment zotrvačnosti

A[m2] – plocha

Zoznam symbolov a skratiek

13

Skratky:

MCFC – molten carbon fuel cell (palivový článok s tavenými uhličitanmi)

FES - flywheel energy storage (uchovávanie energie v zotrvačníku)

ELDC – electric double layer capacitor (elektrický dvojvrstvový kondenzátor)

SMES – superconducting energy storage (supravodivý akumulátor)

AC – alternating current (striedavý prúd)

DC – direct current (jednosmerný prúd)

OZE – obnoviteľné zdroje energie

PWM – pulse width modulation (impulzová šírková modulácia)

MPPT – maximum power point tracking (sledovanie maximálneho pracovného bodu)

IN – input (vstup)

OUT – output (výstup)

PV – photovoltaic (fotovoltaický)

FVE – fotovoltaická elektráreň

FV – fotovoltaický

SOFC – solid oxide fuel cell (palivový článok s elektrolytom z tuhých oxidov)

PEMFC - polymer electrolyte membrane fuel cell (palivový článok s polymérovou membránou)

PAFC – phosphoric acid fuel cell (palivový článok s kyselinou fosforečnou)

SST – solid state transformer

EU – European union (Európska únia)

SOC – State of charge (stupeň nabitia akumulátora)

AKU – akumulátor

VTE – veterná elektráreň

FVE – fotovoltaická elektráreň

Úvod

14

1 ÚVOD Nie je pochýb o tom, že v posledných rokoch vzrástla výstavba zdrojov rozptýlenej výroby

a to najmä v Európe. Mimo politických dôvodov je záujem o budovanie týchto zdrojov odôvodnený tým, že decentralizované systémy môžu pracovať ako mikro sieť, t.j. sieť ktorá môže byť pripojená k rozvodnej sieti, no riadená je na mieste výroby a v prípade vonkajšej poruchy môže pracovať v ostrovnom režime. Mnoho krajín tieto systémy v súčasnosti podporuje finančne formou rôznych dotácií. To predstavuje nové možnosti pre veľké priemyselné podniky, malých či veľkých podnikov a aj domácnosti. Veľkou výhodou tohto konceptu oproti klasickej elektrizačnej sústave je minimalizácia prenosových strát a prípadné náklady na údržbu prenosu energie alebo tepla. Energia je spotrebovaná na mieste výroby, to znamená že aj straty, ktoré by boli obyčajne považované za negatívum sú využité napríklad na vykurovanie objektov. Na miestach s častými výpadkami elektrickej energie kde z ekonomického alebo iného hľadiska nie je možné zvýšiť spoľahlivosť dodávky na požadovanú je jediným riešením mikro sieť. Za mikro sieť je teda možné považovať aj budovu so záložným zdrojom v stave výpadku vonkajšieho napájania. Ďalšou výhodou je možnosť presného napasovania systému k požiadavkám spotreby. Keďže sa jedná o relatívne malé zdroje energie, spotreba je teda rovnako malá a je možné určiť diagramy spotreby či už meraním na fungujúcej sieti alebo výpočtom.

Najčastejším predstaviteľom generátora v mikro sieti je zrejme kogeneračná jednotka, ktorá v spolupráci s vhodným zdrojom energie (bioplyn vyrobený z biologického odpadu ktorý inak spôsobuje enviromentálnu záťaž) predstavuje vysoko efektívne riešenie. Popri výrobniach s točivými generátormi sa objavujú množstvá fotovoltaických elektrární, v menšom množstve sú to palivové články. Spomenuté zdroje nie sú v dohľadnej dobe kandidátmi pre náhradu stávajúcich jadrových či uholných elektrární, no pokrok ktorý dosiahli technológie za posledné štvrťročie môže ohroziť finančne a časovo náročné projekty veľkých centrálnych zdrojov. Z hľadiska časovej náročnosti sú teda projekty menších zdrojov výhodnejšie. Predikcia vývoja energetiky z globálneho hľadiska však nie je predmetom tejto práce.

Z určitého uhla pohľadu sa dá povedať, že decentralizácia je krok späť, keďže energetika už raz prešla úplnou centralizáciou spojením malých sietí až k medzinárodným prenosom energie. Mikro siete však nie sú krokom späť. Ich budovaním sa odľahčuje elektrizačná sústava a vďaka nim sa rozvíjajú ekologickejšie a efektívnejšie riešenia. Ďalším pozitívom je posun pokroku riadenia kombinácie rôznych typov zdrojov ako sú palivové články, veterné, fotovoltaické, vodné alebo mikrokogeneračné jednotky a riešenie ich spolupráce pri malých výkonoch, čo môže v konečnom dôsledku znamenať posun vývoja ich spolupráce a riadenia vo veľkom merítku.

Napriek veľkému potenciálu mikro sietí pripojených k distribučnej sústave som sa rozhodol simulovať prevádzku autonómneho systému s fotovoltaickými panelmi a veternou turbínou. Ako vzor takejto siete mi poslúžili základné údaje o Českej vedeckej stanici Johanna Gregora Mendela ležiacej juhovýchodne od cípu Antarktického polostrova. Stanica navyše obsahuje naftový záložný generátor, ktorý sa aktivuje v prípade nedostatku energie. Tento komplexný systém vyžaduje riadenie, ktoré by riadilo každodennú prevádzku a zabezpečovalo neustály prívod energie. Simulácia by preto mala obsahovať riadiaci systém, ktorý túto požiadavku zabezpečí.

Popis mikro sietí

15

2 POPIS MIKRO SIETÍ Pod pojmom mikro sieť si môžeme predstaviť sieť v ktorej existuje minimálne jeden zdroj

energie a viacero spotrebičov, ktorých spotreba je pokrytá zo zdroja siete alebo doplnená dodávkou z rozvodnej siete. Podľa toho do akej miery sa podieľa vlastný zdroj mikro siete na pokrytí vlastnej spotreby rozlišujeme siete na:

1. sieť s výrobou prevyšujúcou vlastnú spotrebu:

a) prebytok energie je dodávaný do rozvodnej siete (popri predajnej sume môže dostať sieť pri splnení určitých podmienok závisiac na podmienkach krajiny)

b) prebytok energie je uložený do istej formy akumulácie a využitý pri jej nedostatku

2. sieť so spotrebou prevyšujúcou výrobu - nedostatok spotreby je pokrytý z rozvodnej siete

3. sebestačná sieť bez nutnosti zásobovania energiou z rozvodnej siete:

a) ostrovný systém – občasne prevádzkovaný aj ako hybridný systém s jednosmerným aj striedavým rozvodom

b) sebestačná sieť s možnosťou spolupráce s rozvodnou sieťou

Konkrétne prípady sa dajú začleniť medzi spomenuté kategórie, existuje však veľké množstvo ďalších členení podľa použitého zdroja, napríklad jediná kapitola by mohla byť venovaná fotovoltaickému systému, ktorého markantný nedostatok – absencia výroby v noci je problémom riešeným buď dodávkou energie z verejnej siete (pri nedostatku sa prepne dodávka z panelov na dodávku zo siete, alebo cez vhodný striedač pracujú naďalej panely paralelne zo sieťou), alebo ukladaním energie do akumulačného systému (najmä do batérií).

U takéhoto systému je nutné použiť alebo navrhnúť vhodný systém riadenia ktorý sleduje zaťaženie prvkov systému a podľa toho vykoná príslušné úkony (pripojenie alebo odpojenie panelov, pripojenie alebo odpojenie od rozvodnej siete, pripojenie alebo odpojenie akumulátorov a pod.). Rovnako si monitoring a riadenie vyžadujú systémy s ostatnými druhmi malých zdrojov a ich kombinácia v jednej mikro sieti tak robí celý systém riadenia zložitejší. Simuláciou siete ktorá obsahuje viacero druhov najčastejšie používaných zdrojov energie môžeme odhaliť problémy ktoré môžu byť vyriešené zmenou riadiacich komponentov.

Popis na čo všetko môžu slúžiť mikro siete a aký je dôvod ich konkrétneho použitia je uvedený v kapitole 2.1.

Popis mikro sietí

16

2.1 Rozdelenie mikro sietí

2.1.1 AC mikro sieť Mikrosieť znázornená na obrázku nižšie pozostáva z troch AC napájačov. Dôležitejšie

záťaže sú pripojené k napájaču 1 a 2, menej dôležité k napájaču 3. Statický spínač riadi pripojenie mikro siete k distribučnej sieti. Pri odpojení sa stáva s mikro siete ostrovný systém. Vypínače slúžia k prípadnému odpojeniu v prípade poruchy v časti siete. FV moduly dodávajú energiu cez striedač do napájača 1, batérie pripojené cez striedač prokrývajú spotrebu energie pri nedostatku slnečného žiarenia a predstavujú rezervu pri výpadku napájania zo siete. Kondenzátor EDLC zapojený k napájaču 2 cez striedač vykrýva výkyvy napätia pri poklese alebo náraste výkonu veternej turbíny. Nevýhodou tohto konceptu je veľké množstvo polovodičových meničov ktoré predstavujú vysoké náklady.

Obrázok 1 - schéma AC mikro siete [18]

2.1.2 DC mikro sieť Toto zapojenie mikro siete vyniká medzi ostatnými v hľadisku účinnosti, nakoľko vyrobená

energia z FV modulov je priamo spotrebovaná vo forme jednosmerného prúdu. V súčasnosti je menej rozšírená, pretože trh zo spotrebičmi je orientovaný na striedavý prúd. Nevýhodou je, že hladiny napätia pre obvody DC nie sú štandardizované a spotrebiče na striedavý prúd nemôžu byť priamo pripojené. Obrázok 2 popisuje zapojenie takejto siete. Všetky prvky sú pripojené cez striedač alebo DC/DC menič na hlavnú DC prípojnicu, ktorej napätie je regulované cez hlavný striedač napájaný z distribučnej siete. V prípade ostrovného režimu sa striedač odpojí a riadenie prevezme iná regulácia, ktorá spolupracuje s meničmi.

Popis mikro sietí

17

Obrázok 2 - schéma DC mikro siete [18]

2.1.3 Hybridná AC-DC mikro sieť Hybridná mikro sieť pozostáva z hlavnej striedavej siete, ktorá obsahuje jednosmernú

podsieť. DC podsieť je spojená so striedavou sieťou obojsmerným AC/DC meničom. Generátory môžu byť pripojené k obom sieťam, pričom jednosmerná sieť môže slúžiť ako napájač alebo spotrebič, závisiac na bilancii výkonov. Tento koncept kombinuje výhody jednosmernej a striedavej siete. Na prípojnicu AC môžu byť pripojené stávajúce obvody, DC prípojnica môže napájať priamo jednosmerné spotrebiče.

Obrázok 3 - schéma hybridnej mikro siete [18]

2.1.4 AC mikro sieť s akumuláciou DC Pre zvýšenie flexibility mikro siete môžu byť rozdelené akumulačné systémy do DC vetvy

a generátory energie do AC vetvy. Striedavá sieť zároveň napája záťaže a je pripojená k distribučnej sieti. Jednosmerná prípojnica je prepojená k AC sieti pomocou obojsmerného meniča. Toto zapojenie spája akumulačné systémy do jedného komplexného, pričom technológie môžu tak navzájom dopĺňať svoje slabé miesta, čo vyžaduje centralizovanie celého DC systému akumulácie.

Popis mikro sietí

18

Obrázok 4 - schéma AC mikro siete s akumuláciou DC [18]

2.1.5 Pásmová DC mikro sieť Prívod z distribučnej siete je vyvedený na AC prípojnicu, z ktorej je napájané niekoľko

paralelných DC napájačov cez obojsmerný menič. Použité zdroje energie sú pripojené príslušnými elektronickými meničmi k napájačom, ktoré môžu mať rozličné napätia a riadenie. Hlavný systém riadenia je v tomto prípade však zložitejší ako pri DC mikro sieti. Pásmová mikro sieť DC nachádza uplatnenie v zariadeniach ktoré vyžadujú vyššiu kvalitu napätia a spoľahlivosť.

Obrázok 5 - schéma pásmovej DC mikro siete [18]

2.1.6 Mikro sieť s SST Na rozdiel od predchádzajúcich typov zapojení mikro siete je na obrázku nižšie použitý SST

transformátor miesto sieťového transformátora. SST používa vysokofrekvenčný transformátor ktorého veľkosť je znateľne menšia od sieťového a poskytuje napájanie pre AC aj DC obvody. Zároveň riadi tok výkonu medzi napájačmi a sieťou pomocou AC/DC meniča na vstupe, ktorý poskytuje konštantné napätie. Za ním nasleduje DC/DC menič ktorý upravuje napätie na potrebné pre jednosmerný napájač a posledná časť je striedač ktorý mení napätie na potrebné pre AC záťaže. Striedavé záťaže sú zapojené priamo k vlastnému napájaču rovnako ako jednosmerné.

Popis mikro sietí

19

Zdroje energie sú pripojené k DC napájaču z dôvodu jednoduchšieho riadenia (v prípade jednosmerných zdrojov).

Výhodou opísanej siete s SST je vysoká kvalita dodávanej energie, relatívne jednoduché použité elektronické zariadenia a možnosť pripojenia stávajúcich striedavých spotrebičov. SST má však nižšiu spoľahlivosť pretože sú na vstupe až dva meniče zapojené do série.

Obrázok 6 - mikro sieť s SST transformátorom [18]

2.2 Príklady použitia mikro sietí v súčasnosti Mikro siete nie sú žiadnou novinkou energetiky, ich spektrum použitia je však v súčasnosti

vďaka technologickým a technickým vynálezom mnohonásobne väčšie ako tomu bolo v minulosti.

Príkladom použitia mikro siete je rozšírenie výroby spoločnosti Johnson & Johnson Pharmaceutical Research & Development v Kalifornii, USA v čase Kalifornskej energetickej krízy. Pre obavy z výpadkov energie spoločnosť dospela k rozhodnutiu výstavby nezávislého zdroja energie pre pokrytie spotreby továrne. Spotrebu pokryla kogeneračná jednotka s výkonom 2200 kW na 95%, ostatných 5% dodáva distribútor San Diego Gas & Electric zo siete. Návratnosť bola v roku 2003 vypočítaná na 4-5 rokov. Tento projekt by sme mohli podľa kapitoly 2 priradiť k bodu 2.[1]

Ďalším príkladom umiestnenia malého zdroja energie a vytvorenia mikro siete je mliečna farma Joseph Gallo Farms (Atwater, Kalifornia). Množstvo biologického odpadu ktoré farma produkuje môže predstavovať záťaž pre životné prostredie a jeho spracovanie za účelom výroby energie a tepla a jeho následnej spotreby na mieste sa preto javí výhodné aj vďaka zeleným bonusom.

Spoločnosť sa preto rozhodla pre výstavbu bioplynovej stanice ktorá by zásobovala mliekáreň elektrickou energiou a dodávala teplo na sterilizáciu a pasterizáciu a spiatočne pre termofilnú fermentáciu biomasy. Systém tvoria dve jednotky Caterpillar 3412 (300 a 400 kW) generujúce 5,6 GWh. Návratnosť projektu bola odhadovaná na 3-4 roky.[2]

Zaujímavým prípadom inštalácie vlastného zdroja energie je pivovar Sierra Nevada (Chico, Kalifornia). Pri výrobe piva vzniká metán ktorý je rozložený na oxid uhoľnatý a vodík. Tu sa

Prvky mikro siete

20

objavuje potenciál využitia palivových článkov na pokrytie spotreby výrobne. Pivovar nainštaloval štyri 250 kW MCFC palivové články čím pokryl takmer 100% spotreby elektrickej energie a odpadné teplo využil pre jednotlivé procesy výroby piva. Návratnosť systému bola vypočítaná na 5 rokov od spustenia výroby, pričom výpočet zahŕňal i dotácie od štátu.[3]

3 PRVKY MIKRO SIETE

3.1 Akumulácia energie v mikrosieti Mikrosiete sa čoraz viac objavujú vo vedeckých časopisoch, fórach a publikáciách. Avšak

bez ohľadu na použitý zdroj energie, skladovanie energie plní dôležitú úlohu v mikrosieti. Touto úlohov je najmä pokrytie výkyvov, ktoré môžu nastať napríklad pri normálnej činnosti veternej turbíny alebo aj zmenou intenzity žiarenia na FV paneli. Ďalším účelom akumulácie v mikrosieti je zvýšenie spoľahlivosti dodávky a kvality elektrickej energie. Pri výpadku jedného, viacerých alebo všetkých zdrojov energie je možné prevziať na istý čas zásobovanie energie zo zálohy. Klasický prvok akumulácie v energetike - prečerpávacie elektrárne vyžadujú podmienky ktoré nie sú vo väčšine inštalácií možné. Rovnako nenachádza uplatnenie akumulácia energie v stlačenom vzduchu, nakoľko by sa v blízkosti siete musel nachádzať vhodný rezervoár. Ako vhodné akumulačné prvky pre mikrosiete sa javia sekundárne akumulačné články, zotrvačníky (FES), superkondenzátory (EDLC) a v budúcnosti supravodivý akumulátor (SMES).

3.1.1 Sekundárne elektrochemické články Ich výhody v energetike boli využívané už v 19. storočí a najmä cena olovených

akumulátorov je výhodou prečo sú tak často používané na uschovávanie elektrickej energie. Nízka životnosť však môže ovplyvniť celkovú ekonomiku projektu. Účinnosť akumulácie batérií sa pohybuje okolo 60-80% (čo je v porovnaní s ostatnými spomenutými technológiami nízka hodnota), doba odozvy je nízka - približne 30ms a doba života sa pohybuje okolo 200 – 10000 cyklov (niektoré technológie viac). Cena ktorá rozhoduje pri väčšine projektov závisí od použitej technológie - približne 120 – 1000 € / kWh (najlacnejšie sú olovené akumulátory). Elektrochemické články vďaka svojej vlastnosti dlhodobo (podľa technológie dni, týždne, mesiace) uschovať energiu sú základom záložných systémov ako aj ostrovných a poloostrovných aplikácií. V prípadoch kedy potrebujeme uschovať energiu pre účely pokrytia predpokladaného zvýšenia spotreby na niekoľko hodín je použitie týchto článkov vhodným riešením.

3.1.2 Zotrvačníky (FES) Skladujú energiu vo forme rotačnej kinetickej energie a ich výhodou je obrovský výkon

ktorým môžu vykrývať krátke výkyvy zníženej produkcie energie v sieti. Taktiež sú vo svojej podstate priateľské k životnému prostrediu a ich doba života v cykloch je takmer neobmedzená. Ich budúcnosť tkvie nielen v mikrosieťach ale aj vo „veľkej“ energetike ktorá v súčasnosti prechádza veľkým nárastom podielu obnoviteľných zdrojov k celkovej výrobe, ktorý môže spôsobovať nebezpečné výkyvy v sieti (veterné a fotovoltaické elektrárne). V súčasnosti používané konvenčné zdroje majú svoj maximálny výkon a ich schopnosť vykrývať poklesy výkonu sú taktiež limitované. Aby mohli byť tieto nebezpečné výkyvy eliminované, musia byť akumulované alebo naopak doplnené. Zotrvačníky zhromažďujú energiu pri prebytku výkonu a pri poklese ju odovzdávajú. Ich nevýhodou je vysoká spotreba v pohotovostnom režime.

Prvky mikro siete

21

Na nasledujúcom obrázku sa nachádza zotrvačník použitý pre úschovu prebytočnej energie veternej turbíny.

Obrázok 7 - rez 10 kW zotrvačníkom pre veternú turbínu[7]

Masa ocele alebo kompozitu rotuje rýchlosťou až 10000-100000 ot/min a energia ktorú v sebe akumuluje je rovná

.

2 (1)

To znamená, že veľkosť uchovanej energie je závislá hlavne na rýchlosti otáčania zotrvačníka. Preto sa výrobcovia snažia používať materiály odolné takémuto namáhaniu, avšak tým rastú vstupné náklady. [8]

3.1.3 Superkondenzátory (EDLC) Iným pomenovaním aj ultrakondenzátory či dvojvrstvé kondenzátory uchovávajú energiu

medzi elektródami dvoch kondenzátorov v sérii. Predstavujú akýsi medzistupeň batérií a klasických kondenzátorov ak berieme na zreteľ ich vybíjaciu a nabíjaciu schopnosť (nižšie). Ich vysoká hustota výkonu a malý vybíjací čas je vhodný pre stabilizáciu napäťových výkyvov v rádoch sekúnd a môžu nájsť uplatnenie v obore kvalita el. energie. Výhodnou sa tiež ukazuje kombinácia akumulačného systému s nízkou hustotou výkonu (batérie) a veľkou hustotou energie so systémom EDLC, ktorý tak vylepšuje celkový reakčný čas systému s veľkou kapacitou. Toto spojenie taktiež zvyšuje životnosť batérií, pretože EDLC slúžia pre prvotné pokrytie výkyvu (špičky), ktorý inak životnosť batérií znižuje.[9][10]

Obrázok 8 - porovnanie superkondenzátorov s inými akumulačnými prvkami[9]

Prvky mikro siete

22

3.1.4 Supravodivé cievky (SMES) Ide vlastne o supravodivú cievku ktorá uchováva energiu vo forme magnetického poľa. Jej

hlavnou výhodou je že pri uchovávaní elektrickej energie ju nepremieňa na inú formu ako ostatné technológie amumulácie. To ju robí najrýchlejšou technológiou pre uchovávanie energie (doba nabitia a vybitia je najkratšia), teda pre účely stabilizácie siete je ideálna. Táto vlastnosť je však na úkor dĺžke uchovania energie, ktorej maximum je iba pár hodín. Na trhu sú dostupné zatiaľ malé SMES o výkone do 30 MW, väčšie výkony sú vo vývoji. Účinnosť sa pre výkony do 30 MW pohybuje medzi 95-97%. Cena za uschovanú energiu sa pohybuje okolo 800-8000 €/kWh.[6]

3.1.5 Palivové články a elektrolyzér Palivové články sú zdrojom jednosmerného prúdu ktorý je vytvorený z kyslíka a zo zhromaždeného vodíka ktorý môže byť vytvorený buď elektrolyzérom z vody úmyselne alebo iným procesom napríklad ako v príklade použitia z kapitoly 2.1. Vodík je zvyčajne natlakovaný vo vysokotlakých nádobách v blízkosti palivového článku. V súčasnosti sú v prevádzke alebo vývoji mnohé technológie ktoré sa zvyčajne líšia použitým elektrolytom a zložením paliva, pričom rozšírené sú najmä technológie SOFC, MCFC, PEMFC, PAFC.

Článok ktorý ako palivo využíva vodík a kyslík je opísaný nasledujúcimi reakciami:

- Reakcia ktorá prebieha na anóde článku: 2H2 + 2O2− → 2H2O + 4e−

- Reakcia prebiehajúca na katóde článku: O2 + 4e– → 2O2−

Účinnosť akumulačného systému sa pohybuje v závislosti od použitého paliva a teda aj článku. Účinnosť rapídne zvyšuje použitie odpadného plynu využiteľného ako palivo, čím odpadáva nuntnosť jeho úmyselnej výroby elektrolyzérom, ktorý inak v kombinácii s článkom nepredstavuje príliš efektívny systém. [6]

3.2 Meniče

3.2.1 MPPT Tracker maximálneho bodu výkonu plní v mikro sieti úlohu solárneho regulátora - nabíja

akumulátory, riadi proces odoberania výkonu z panelov. Jeho základ tvorí znižujúci DC/DC menič ktorý dokáže zmeniť vstupné napätie na optimálne napätie pre nabíjanie batérií pri efektivite až do 98% Dokáže spracovať veľký rozsah napätí a premeniť ho na napätie potrebné pre nabíjanie akumulátorov. Na nasledujúcom obrázku je charakteristika znázorňujúca činnosť a benefity použitia MPPT. Pri efektívnych inštaláciách väčšieho rozsahu je použitie MPPT bežné.

Prvky mikro siete

23

Obrázok 9 - princíp sledovania maximálneho pracovného bodu[5]

3.2.2 DC/AC Tento typ meniča vytvára z jednosmerného prúdu striedavý, a to buď jednofázový alebo

trojfázový. Menič sa skladá obyčajne s vysokofrekvenčného transformátora do ktorého striedavo vetvami preteká prúd čím sa na svorkách sekundárneho vinutia vytvára striedavé napätie. Zmenu smeru prúdu zaisťujú výkonové polovodičové prvky ktoré sú zapojené do mostíka.

Mnohé meniče obsahujú MPP tracker, ktorý zaisťuje maximálny výkon z fv modulov. Dôležitým bodom pre charakteristiku striedača je jeho výstupný signál – sinus, modifikovaný sínus alebo obdĺžnik. Lacnejšie meniče dokážu spôsobovať v sieti veľké problémy a znečistenie, preto by sa na to mal brať ohľad pri výbere. Klasický striedač môže byť použitý v kombinácii s fotovoltaickými modulmi, no nedokáže pracovať obojsmerne.

Pre potreby obojsmerného prenosu energie sa používajú takzvané obojsmerné AC/DC meniče, ktoré dokážu prepúšťať energiu do nadradenej sústavy, ale aj ju z nej odoberať.

3.2.3 DC/DC meniče Menia veľkosť jednosmerného napätia zo vstupnej na inú, preto rozlišujeme tzv. zvyšujúci

alebo znižujúci menič. V sieťach kde je spotrebovaný jednosmerný prúd je článkom medzi spotrebou a výrobou z jednosmerných zdrojov, čím reguluje napätie na požadovanú hodnotu.

3.3 Zdroje energie Použitie konkrétneho zdroja závisí na rôznych faktoroch, medzi ktorými je nákupná cena,

náklady na údržbu, návratnosť, stabilita výkonu a spôsob regulácie, poruchovosť, spoľahlivosť, lokalita (slnečná a veterná energia, zriedkavo vodná), dostupné palivo (vodík, metán, biomasa a pod., dostupnosť plynu) a umiestnenie zdroja (dostatočná plocha pre panely a pod.).

Prvky mikro siete

24

3.3.1 Palivové články Medzi spomenutými akumulačnými prostriedkami sa vyskytli aj palivové články, ktoré môžu

byť správne použité v inštalácii ako v stati 2.1. Využívajúc metán alebo vodík vytvorené ako vedľajší produkt procesu s dostatočne stabilnou produkciou môžu palivové články predstavovať spoľahlivý zdroj pre mikro siete. Na obrázku nižšie sa nachádzajú tri bloky článkov na bioplyn.

Obrázok 10 - jednotky palivových článkov na bioplyn [11]

Možnosťou je aj použitie článkov pri kombinovanej výrobe tepla a elektriny. Palivové články produkujú jednosmerný prúd, preto je nutné použiť striedač DC/AC pre transformáciu na sieťové napätie a frekvenciu.

3.3.2 Fotovoltaické panely Ako sa trh s obnoviteľnými zdrojmi vyvíja, klesá cena fotovoltaických systémov a to vďaka

vládnym dotáciám ktoré pomocou zelených bonusov, garantovanej výkupnej ceny a inými prostriedkami motivujú spotrebiteľov pokryť svoju spotrebu vlastnou fotovoltaikou. Ich snahou je zvýšiť podiel obnoviteľných zdrojov ku konvenčným klasickým zdrojom produkujúcim emisie. Tieto finančné stimuly však netrvajú večne a mnohé projekty tak závisia od poskytnutia alebo neposkytnutia podpory. Bez týchto dotácií je v našich podmienkach nevýhodné budovať takýto systém ak sa však nejedná o inštaláciu s nedostupnosťou pripojenia k sieti.

Obrázok 11 - fotovoltaické pole pre nabíjanie elektromobilov v San Diegu,USA [12]

Prvky mikro siete

25

Samotné panely sú závislé od akumulácie alebo ďalšieho zdroja (sieť, dieselgenerátor a pod.) pretože ich výkon závisí od počasia a v noci nevyrábajú. Taktiež u nás v zimnom období nedosahujú dostačujúce výkony. Zamerajme sa však na čisto teoretické zapojenie systému (povedzme experimentálnom), u ktorého nepožadujeme ekonomickú návratnosť.

V takomto systéme panely predstavujú prvok, ktorý je závislý najmä od intenzity dopadajúceho slnečného žiarenia a vonkajšej teploty. Simulačný program by mal teda okrem V-A charakteristík pre spektrum hodnôt intenzity žiarenia rešpektovať aj teplotný koeficient modulu, ktorý vyjadruje percentuálnu stratu výkonu pri oteplení panelu nad 25°C. [13]

Obrázok 12 - Volt-ampérové charakteristiky FV modulu pre rôzne intenzity ožiarenia [14]

3.3.3 Kogeneračné jednotky Sú azda najpoužívanejším zdrojom v mikro sieťach pre ich celkovú účinnosť a použitie pre

vykurovanie objektov, čo môže predstavovať úplnú energetickú sebestačnosť. Môžu spalovať rôzne palivá ako bioplyn, zemný plyn ale aj kvapalné palivá s rôznym zložením často ako biopalivá. Ich základ tvorí spaľovací motor ktorý poháňa generátor. Motor je chladený systémom ktorý teplo rozvádza do požadovaných miest. Generátor je zvyčajne pripojený cez frekvenčný menič a dodáva tak stabilné napätie a frekvenciu.

Obrázok 13- kogeneračná jednotka

3.3.4 Veterné turbíny Inštalovaný výkon veterných elektrární sa za posledných 13 rokov v krajinách EU-28

zdesaťnásobil (od r.2000-2013), v súčasnosti predstavuje pokrytie až 7,8% celkovej spotreby a 13% inštalovaného výkonu v Európe (2013).[15] Celosvetovo sa od roku 1996 do roku 2012

Prvky mikro siete

26

zvýšil inštalovaný výkon z 6100 MW až na 282,43 GW čo predstavuje nárast až 4630%.[16] S rastúcim počtom postavených elektrární ide vpred aj vývoj nových technológií a inovácií vo veternej energetike. Tento vývoj znamená zelenú pre mikro siete, ktoré môžu byť napájané rôznymi modelmi veterných turbín ktoré sa na trhu rozširujú.

Celkovú enegiu vetra ktorý prechádza cez pomyslenú plochu A počas doby t môžeme vyjadriť ako:

1

2

1

2

1

2 (2)

Z toho vyplýva, že energia ktorú vyrobí veterná elektráreň závisí na tretej mocnine rýchlosti vetra a konštrukcii turbíny. Vstupná veličina v simulácii veternej elektrárne pripojenej do mikro siete je teda rýchlosť vetra. Najčastejšie používanými sú turbíny s horizontálnou osou ktorých výkony sa pohybujú rádovo od kW po megawatty. Ich účinnosť je vyššia pri väčších Regulácia výkonu môže byť vykonaná buď reguláciou pitch (natočením listov) alebo regulácia stall (tvar listu spôsobí odtrhnutie prúdu vetra pri vyššej rýchlosti a tak zníži celkové namáhanie).

Činnosť vrtule opisujú štyri stavy:

- Štartovacia rýchlosť– rýchlosť pri ktorej sa začne rotor otáčať - Cut- in rýchlosť – rýchlosť pri ktorej má výstup generátora požadované vlastnosti a začne

dodávať energiu do siete (3,5m/s) - Menovitá rýchlosť – rýchlosť vetra pri ktorej turbína vyrába menovitý výkon (14m/s) - Cut-out rýchlosť – pri tejto rýchlosti nastáva bezpečnostné odpojenie (vyššia rýchlosť

predstavuje hrozbu pre listy rotora a celú elektráreň)

Obe technológie majú limitovanú spracovateľnú rýchlosť vetra a pri dosiahnutí okolo 25m/s sa od listov odtrhne prúd vetra (pri stall regulácii prirodzene, pri pitch regulácii natočením listu). Porovnanie stall a pitch technológie znázorňuje obrázok nižšie, na ktorom je možno pozorovať odtrhnutie prúdu vetra na listoch pri regulácii stall.

Obrázok 14- porovnanie stall a pitch regulácie[17]

Modelovanie v programe pscad

27

4 MODELOVANIE V PROGRAME PSCAD

4.1 Metódy modelovania v programe PSCAD Pre riešenie mikro siete môžu byť použité dve metódy:

1. Metóda zloženia existujúcich modelov – „Rýchla metóda“

Táto metóda spočíva v použití vopred vytvorených modelov ktoré poskytuje PSCAD ako napr. batéria, veterná turbína a podobne. Nie je teda potrebné vytvárať model pomocou kódu, čo môže zrýchliť zostavenie simulácie. Nevýhodou môže byť nemožnosť editácie vnútorného usporiadania objektov a ich ovládacích prvkov a tým malé prispôsobenie konkrétnemu modelu. Táto metóda bude však napriek tomu použitá.

Obrázok 15 - príklad preddefinovaných modelov prvkov - fv panel a veterná turbína[4]

2. Metóda zostavenia jednotlivých komponentov

Model je zostavený s elementárnych príkazov ktoré čo najpresnejšie popisujú jeho správanie a interakciu. Touto metódou môžeme vytvoriť presnejší model ako rýchlou metódou, avšak vyžaduje znalosť jazyku Fortran. Výstupom je elektrický model a model riadenia.

Elektrický model pozostáva zo všetkých elektrických prvkov, pričom niektoré prvky ako zdroj prúdu alebo zdroj napätia poskytuje priamo PSCAD pre zjednodušenie modelovania. Prvky riadenia nie sú zobrazené v elektrickom modeli, výnimkou sú ovládacie prvky riadenia.[4]

4.2 Popis práce v programe PSCAD Program PSCAD je grafické rozhranie založené na báze EMTDC a ako kompilátor používa

predvolene GFortran. Zostavenie simulácie funguje ako v iných programoch ako Matlab Simulink alebo Electronic Workbench. Obsahuje totiž knižnicu s naprogramovanými modelmi ako sú pasívne prvky, zdroje, ochrany, meracie prístroje, transformátory, logické obvody ale aj vedenia. Tie sa jednoducho kopírovaním vložia do pracovnej plochy a pomocou funkcie Wire mode sa jednotlivé prvky podľa potreby prepoja tak aby zostavili požadovaný obvod.

Ako príklad môžeme uviesť jednoduchý obvod (Obrázok 16). Do okna pracovnej plochy vložíme potrebné prvky: transformátor, zdroj RLL, rezistor, ampérmeter a uzemnenia. Prvky následne pospájame pomocou funkcie wire mode a poklikaním na príslušný prvok môžeme editovať jeho hodnoty. Dáta zo simulácie získavame pomocou grafov, záznamníkov alebo okamžitých číselných hodnôt. Každý dátový údaj má svoju premennú, napríklad na obrázku nižšie je to premenná Is, ktorá nesie údaj o veľkosti prúdu ampérmetra Is.


28

Prepojením funkcie output channel s touto dátovou menovkou sa začne do pamäti po začatí simulácie ukladať údaj o prúde do pamäti.

Obrázok 16 - Obvod v programe PSCAD

Údaje zo simulácie môžeme jednoducho exportovať pravým kliknutím na graf a v kontextovom menu zvolíme „Copy data to clipboard“. Pri väčšom rozsahu obvodov je možné vytvoriť tzv. komponenty, ktoré sú popísané v kapitole 4.4.

4.3 Schéma siete pre simuláciu V tejto podkapitole sa nachádza popis siete, ktorá bude simulovaná v programe PSCAD.

Objektom simulácie je autonómna mikro sieť ktorá slúži pre zabezpečenie dodávky elektrickej energie pre vedeckú stanicu v polárnej oblasti [22]. Inštalované sú veterné turbíny o celkovom výkone 12 kVA, fotovoltaické panely o špičkovom celkovom výkone 21 kWp a ako záloha slúži 20 kW diesel generátor. Pre úsporu paliva sú do systému implementované akumulátory o celkovej kapacite 1 kAh, ktoré vylepšujú bilanciu dodávky deň/noc a slúžia rovnako ako dočasná záloha a vykrývajú medzery v dodávke z obnoviteľných zdrojov. Nakoľko by bolo z ekonomického hľadiska nevýhodné prevádzkovať diesel generátor ako hlavný zdroj, je potrebné primárne využiť energiu z obnoviteľných zdrojov. Túto úlohu sleduje a plní riadenie systému, ktoré je opísané v osobitnej podkapitole. Schéma opísanej siete sa nachádza na obrázku nižšie.

Obrázok 17 - schéma mikro siete s akumuláciou pre simuláciu

Popis schémy - DC vetva: Veterná turbína poháňa synchrónny generátor s permanentnými magnetmi (PMSG) ktorý generuje napätie 48 V a frekvencii 50 Hz, ktoré je ďalej usmernené


29

neriadeným usmerňovačom a upravené znižujúcim meničom na požadovanú hodnotu systémového napätia jednosmernej vetvy – 48 V.

Do jednosmernej vetvy ďalej pracuje pole FV panelov, ktorých maximálny výkon sleduje znižujúci menič sledujúci maximálny pracovný bod (MPPT). Toto napätie je ďalej upravené na systémové a rovnako napája DC prípojnicu. Akumulácia je pripojená k DC vetve cez jednoduchý obojsmerný tranzistorový spínač.

Zmenu napätia zo systémového DC na hladinu 400/230 V 50 Hz zabezpečuje striedač ktorého 3-fázový výstup je vyvedený na AC prípojnicu.

Popis schémy – AC vetva: K prípojnici sú pripojené všetky podružné rozvádzače, ktoré napájajú príslušné miesta. Podrobné rozvetvenie však nebude diskutované, záťaž je simulovaná ako jediný odber s pevnou hodnotou účinníka a premenlivým príkonom. Vyvedenie výkonu diesel generátora je pripojené rovnako na AC prípojnicu cez vypínač, ktorý pripája zálohu podľa pokynu riadenia. V prípade režimu zálohy je možné nabíjať akumulátory cez nabíjačku zo striedavej siete. Jej pripojenie je rovnako riadené centrálne.

4.4 Simulovaná sieť – model Nasledujúci model siete je totožný s popísanou schémou v kapitole 4.3, podáva však obraz

o tom, ako funguje komplexné modelovanie v PSCADE. Jednotlivé komponenty (VE, Fotovoltaika, Akumulácia) obsahujú vnútorné obvody, ktoré sú navzájom prepojené cez kontakty (node). Je to jediný spôsob ako v prepojiť elektrické kontakty komponentov. Každá nóda má totiž definovaný dátový typ (elektrical, real, logical), ktorý definuje jej použitie. Logické signály je však možné prenášať aj cez tzv. rádiový signál, ktorý vyžaduje jeden vysielač a môže mať neobmedzené množstvo prijímačov. Na obrázku Obrázok 18 - Simulovaná sieť - model je možné navyše pozorovať prevádzkový stav, t.j. výkon do záťaže dodáva striedač (červená znamená zapnutý stav vypínača).


30

Obrázok 18 - Simulovaná sieť - model


31

4.5 Modelové prvky siete Táto časť popisuje parametre, vlastnosti a princíp činnosti jednotlivých komponentov

simulovanej mikro siete.

4.5.1 Veterná elektráreň - model Existuje mnoho používaných koncepcií veterných elektrární, PSCAD umožňuje použiť rôzne

kombinácie, pritom jeho základná knižnica poskytuje samostatné modely pre veternú turbínu, takmer všetky typy používaných generátorov, regulátor natočenia lopatiek a zdroj vetra s nastaviteľnými parametrami. Zdroj vetra je pevne nastavený na priemernú hodnotu vetra vo vybranom dni prevádzky. Jeho hodnota však nie je konštantná, pohybuje okolo pevnej hodnoty sa vďaka modelu zdroja vetra ktorý túto hodnotu upravuje pomocou nárazov a rámp s maximálnou hodnotou 1 m/s. Toto rozhodnutie bolo nevyhnutné pre problém kompilátora, ktorý nedokázal spustiť simuláciu pri používaní viac ako dvoch zdrojových súborov, pričom priorita bola premenlivá záťaž a slnečné žiarenie.

Obrázok 19- Model veternej turbíny s príslušným riadením

Vstupmi modelu turbíny sú rýchlosť vetra Vw, aktuálne otáčky hriadeľa W a uhol natočenia lopatiek Beta. Na základe týchto hodnôt a nastavených parametrov generuje mechanický moment Tm ktorý je privádzaný na pomyslený hriadeľ. Riadenie turbíny na základe hodnoty Wm a požadovanej hodnoty výkonu generátora Pg vysiela hodnotu uhla natočenia modelu turbíny. Pri štarte sú všetky vstupné hodnoty nastavené na menovité (1.0).


32

Obrázok 20- Model veternej elektrárne s usmerňovačom

Generátor má výkon 12 kVA a výstupné napätie 48 V. Výstup je usmernený neriadeným usmerňovačom a svorky VEp a VEm sú prepojené s vstupmi znižujúceho meniča inP a M.

Použitý model PMSG vyžaduje informáciu o otáčkach hriadeľa, ktorú počíta mechanický model na základe momentu turbíny a elektrického momentu generátora.

Obrázok 21 - Mechanický model

4.5.1.1 Znižujúci menič VE - model Jeho úlohou je úprava veľkosti napätia z usmerňovača veterného generátora. Tranzistor je

budený pomocou PWM s frekvenciou 3000 Hz.


33

Obrázok 22 - Model znižujúceho meniča pre VE

Znižujúci menič upravuje vstupné napätie z usmerňovača na systémové, pričom riadenie tranzistora porovnáva hodnotu vout s referenčným napätím 48 V. Výstupné svorky outP a M sú prepojené s prípojnicou DC.

4.5.2 Fotovoltaická elektráreň – model Knižnica PSCAD-u obsahuje model fotovoltaického poľa u ktorého je možné nastaviť

zapojenie a počet panelov, vnútorné zapojenie článkov v moduloch a ich počet a parametre použitého článku. V poli je zapojených spolu 36 modulov paralelne a 3 do série čo je spolu 108 modulov. Ich spoločný špičkový výkon je 21 kWp. Každý modul má zapojených 72 článkov do série čo vytvára napätie na prázdno približne 136 V. Knižnica taktiež ponúka model MPP trackera, ktorý ovláda znižujúci menič. Na výstupe tak generuje premenlivé napätie, ktoré je ďalej upravené meničom na systémové napätie. Jeho výkon je závislý od premennej ziar a teplota. Premenná ziar predstavuje hodnotu intenzity slnečného žiarenia, ktoré je závislé od atmosferických podmienok a teda je premenlivé. Počas simulácie sa táto hodnota mení podľa charakteristiky z externého súboru, ktorý predstavuje reálne hodnoty slnečného žiarenia v danej oblasti. Premenná teplota mala pôvodne byť rovnako premenlivá, bohužiaľ väčší počet externých súborov spôsoboval softvéru problémy a musela byť nastavená na konštantnú hodnotu -12°C.

Na nasledujúcom obrázku sa nachádza model FV poľa s MPPT ovládaným pomocou PWM s frekvenciou 3 kHz.


34

Obrázok 23 - Fotovoltaicka elekraren – model

Výstupné napätie z predloženého modelu MPPT je premenlivé, preto ho upravuje znižujúci menič (Obrázok 24) na systémových 48 V. Model je totožný s modelom meniča pre VE.

Obrázok 24 - Znižujúci menič FV- model

4.5.3 Záložný generátor – model Simulovaný generátor poháňa naftový agregát, avšak pre zjednodušenie uvažujeme, že

dodáva konštantný mechanický moment. Knižnica PSCAD-u poskytuje model synchrónneho stroja s množstvom nastavení, parametrov, možnosťou pracovať ako generátor alebo motor. Jeho svorkové napätie a frekvenciu reguluje obvod zobrazený na obrázku nižšie.[19]


35

Obrázok 25 - Záložný generátor – model

Generátor má nominálny výkon 20 kW a je pripojený k AC prípojnici. Je schopný v pohotovostnom režime prevzať kontrolu nad dodávkou a zásobiť energiou celú základňu a prípadne dobíjať akumulátory. Jeho pripojenie je riadené z centrálneho riadiaceho obvodu.

4.5.4 Akumulácia – model Keďže základná knižnica neobsahuje model akumulátora, je možné ho vytvoriť ako riadený

zdroj napätia s riadením simulujúcim stupeň nabitia. Spoločnosť HVDC, ktorá stojí za programom PSCAD poskytuje podporu on-line pre svoje produkty a zverejnila zatiaľ v knižnici neobsahujúci model akumulátora s nastaviteľnou kapacitou, napäťovou charakteristikou a závislosťou vnútorného odporu na stupni nabitia. Pre náročnosť simulácie na výpočtový výkon a jej potrebnú dĺžku trvania 24 hodín je tento model upravený tak, aby jeho charakteristiky odpovedali akumulátorovej zostave s kapacitou 1 kAh a napätím 48 V, ale v danej časovej ose jeho stupeň nabitia reagoval úmerne so stupňom časovej kompresie.

Obrázok 26 – Akumulácia - model

Keďže je potrebné regulovať nabíjací – vybíjací proces akumulácie, je medzi prípojnicu DC a akumulátor zapojený obojsmerný tranzistorový spínač, ktorý reaguje na povely riadiaceho systému. V prípade, že akumulátor dosiahne stupeň nabitia 100% (signál maxcap), spínač TVYB sa zablokuje a nedovolí ďalšie vybíjanie. Naopak v prípade, že stupeň nabitia klesne na 20% (signál mincap), zablokuje sa spínač TNAB. Táto hodnota sa môže u rôznych systémov líšiť, závisiac od potreby hĺbky vybitia. Pre životnosť akumulátora je túto hodnotu vhodné udržať na čo najvyššej, z pohľadu dostupnej kapacity je to však naopak. Signály TVYB a TNAB sú navyše riadené z centrálneho riadiaceho obvodu podľa potreby systému.


36

Obrázok 27 - Riadenie toku výkonu akumulácie - model

V prípade režimu dodávky zo zálohy môže byť k nabíjaciemu procesu pripojená sieťová nabíjačka. Jej koncepcia je veľmi jednoduchá, tvorí ju transformátor ktorý oddeľuje galvanicky DC sieť od striedavej a prevodom znižuje napätie ktoré sa po usmernení a nabití kondenzátora rovná približne 60V. PWM riadený napäťový znižujúci menič riadi nabíjací proces. Sledovanie stupňa nabitia v tomto prípade nie je použité, menič je regulovaný na konštantné napätie, pričom prúd je obmedzený transformátorom.

Obrázok 28 - Sieťová nabíjačka akumulátorov – model

4.5.5 Záťaž - model Pre zjednodušenie výpočtu je z AC prípojnice napájaný jediný odber, ktorý má pevnú

hodnotu cosfi = 0,95 a premenlivú hodnotu zdanlivého výkonu, ktorej hodnotu určuje externý súbor s denným diagramom zaťaženia. Keďže systém napája stanicu, ktorá slúži ako ubytovacia jednotka a aj ako pracovisko, diagram zaťaženia je kombináciou diagramov pre domácnosť a priemysel. [20]


37

Obrázok 29 - Záťaž – model

Záťaž je simulovaná ako R-L [21], pričom nastaviteľná odporová a indukčná záťaž mení svoju hodnotu podľa signálov R a L. Tieto hodnoty počíta jednoduchý obvod na základe nastaveného zdanlivého výkonu a účinníka. Hodnota 20000 v násobiči predstavuje referenčnú (maximálnu hodnotu) a vstupné hodnoty zo súboru sa preto pohybujú od 0 do 1.

4.5.6 AC/DC menič – model Zostavený menič (Obrázok 30) disponuje zvyšujúcim (boost) DC/DC meničom, ktorý

upravuje veľkosť systémového napätia DC podľa potreby pre reguláciu výstupného združeného napätia na 400 V. Následne 6-pulzný tranzistorový menič toto napätie mení na striedavé s frekvenciou 50 Hz, ktorým napája primárne vinutia transformátora. Riadenie meniča sleduje napätie za sekundárom a reguluje ho na hladinu 400/230 V. Hlavnou požiadavkou na model meniča je autonómna prevádzka – musí sám riadiť pribeh napätia a frekvencie v sieti na strane nn. Pomocou PWM modulácie s nastaviteľnou frekvenciou a fukcie sínus s nastaviteľnou amplitúdou, fázovým posunom a pevnou základnou frekvenciou ktoré porovnáva komparátor sú vytvárané impulzy pre tranzistorový mostík. Pre riadenie fázového posuvu sú podľa [21] porovnávané riadiace napätia tranzistorov a napätia na prípojnici. Amplitúda je počítaná z rozdielu referenčného napätia a okamžitého napätia na svorkách striedača.


38

Obrázok 30 AC/DC menič – model

4.5.7 Riadiace obvody – model Pre popísanie riadiacich obvodov je najvhodnejšie vysvetliť závislosť jednotlivých modelov

medzi sebou, na modelových situáciách a v rámci celkovej prevádzky systému.

Systém má byť primárne zásobovaný energiou z OZE, preto riadenie spína záložný generátor podľa stupňa nabitia batérií. Ak soc poklesne pod nastavenú hodnotu, signál soc pomocou logiky vypne vybíjací proces, odpojí striedač a pripojí záložný generátor. Pri splnení podmienok sa obnoví nabíjací proces a k nabíjaniu sa pripojí sieťový nabíjač. Po dosiahnutí stupňa nabitia 100% sa nabíjanie zastaví a systém prejde do normálneho režimu. Tento úkon je možné vykonať aj pri nižšom soc, avšak manuálnym prepínačom priority dodávky striedač/záloha. Dôvodom je skutočnosť, že príčinou prepnutia do zálohy je núdzový stav, naopak ale prepnutie do normálneho stavu je požadované najmä z ekonomického hľadiska a obsluha tak môže tento aspekt vylepšiť. Hodnota soc pri ktorej systém prejde naspäť do normálneho režimu by sa mala preto časom optimalizovať.

Súčasťou riadiacich obvodov je logika blokovania, ktorá napr. nedovolí pripojiť sieťový nabíjač akumulátora ak nie je pripojený záložný generátor.

Dôležitou časťou je riadenie nabíjania akumulátora. Systém vyhodnocuje, či sa má akumulátor nabíjať alebo vybíjať na základe nasledujúcich údajov:

- Najnižšie prípustné napätie DC vetvy - Ochrana proti prebíjaniu, ochrana pred podbitím - Manuálny vypínač pripojenia akumulátora - Podiel akumulátora na celkovej dodávke energie do záťaže - Prípustné napätia (nn +-10%) - Diferencia spotreby a výroby

Simulácia

39

Podľa týchto údajov systém naplní premennú nabvyb (nabíjanie – 0, vybíjanie – 1) podľa ktorej sa riadi obvod na str.36.

5 SIMULÁCIA

5.1 Parametre simulácie Simulácia bola vykonaná podľa zadaných parametrov, pričom stupeň časovej kompresie bol

nastavený na 300, čo určovala časová konštanta akumulácie. Krok výpočtu bol nastavený na 15µS, čo postačuje, keďže maximálna použitá spínacia frekvencia je 3000 Hz. Vykresľovací

krok pre závislosti musel byť čo najmenší pre enormné množstvo údajov (cez 60000 pri kroku 5000 µS).

Na začiatku simulácie bola hodnota stupňa nabitia akumulátora nastavená na 100 %, prevádzka je normálna (VE + AKU).

5.2 Výsledky simulácie Program nasimuloval 24 hodinovú prevádzku stanice, bilanciu výkonov môžeme pozorovať

na nasledujúcej charakteristike.

Obrázok 31 - Výkonová bilancia mikro siete počas 24 hodín prevádzky

Na počiatku v hodine 0:00 môžeme pozorovať činnosť veternej elektrárne (zelená) spolu s akumulátorom (čierna), ktoré cez striedač (žltá) dodávajú energiu odberu (modrá). Približne v čase 01:00 nastáva úmyselný výpadok veternej turbíny, čo má preveriť reakciu riadiaceho systému. V tom okamihu, ako začal klesať výkon veterného generátora sa nahradil jeho výkon z akumulácie. Je možné si všimnúť výkyvy v čase od 01:00 do 03:00 ktoré zrejme produkuje nevhodná regulácia meniča na vstupe striedača. Taktiež je možno pozorovať rozdiel medzi hodnotou výroby a odberu. Tento rozdiel je spôsobený nevhodne zvoleným meraním výkonu v jednosmerných vetvách. Okolo tretej hodiny ráno sa akumulátor vybije na hranicu 40 %, na čo reaguje systém riadenia ako minimálnu hodnotu a pripojí záložný generátor. Zároveň sa však odpojí striedač a zapne sa sieťový nabíjač, ktorý pri štarte spôsobí prúdový náraz, no po krátkom

Simulácia

40

čase sa nabíjací prúd stabilizuje. Začiatkom štvrtej hodiny ráno sa začína objavovať slnečné žiarenie určené externou charakteristikou, čo má za následok pripojenie fotovoltaickej elektrárne a postupný nárast výkonu. Zároveň sa s rastúcim výkonom FVE zvyšuje nabíjací prúd akumulátora. V tejto chvíli sa dá povedať, že záložný generátor zabezpečuje dodávku energie pre celú stanicu a mierne dobíja akumulátory, pričom mu v tom dopomáha FVE. Medzi 10:00 a 11:00 nastáva opätovné zapnutie normálnej prevádzky, ktoré je sprevádzané prechodnými nárazovými javmi. Obsluhe sa podarilo sprevádzkovať veternú turbínu a tá sa pripája k prevádzke. Toto zapnutie vykonáva obsluha na základe osobného pozorovania systému v danom čase. Systém o 1 hodinu opäť prejde do záložného režimu, pretože akumulátory opäť dosiahli nastavenú hranicu 40 %. Z toho vyplýva, že FVE spolu s VE nedokázali bez akumulácie trvale udržať napätie v danej medzi a akumulátory spolupracovali na udržaní napätia, kým sa nevybili. O 13 hodine nastáva ďalší pokus o obnovenie normálnej prevádzky, keďže je v tomto čase väčšia intenzita slnečného žiarenia ako o 11 hodine. Sieť je však opäť preťažená a prechádza do záložného režimu. Ten trvá až do konca sledovaného času. Na grafe je možné si ďalej všimnúť istý klesajúci trend výkonu akumulátora, ktorý je spôsobený jeho nabíjacou charakteristikou.

Ďalším dôležitým sledovaným parametrom je frekvencia siete (Obrázok 32). Po porovnaní s výkonovou bilanciou na grafe 1 si môžeme spojiť čas od približne 01:00 do 03:00, od 11:00 do 12:00 a výkyv okolo 13:00 s funkciou regulácie striedača. Práve ním sú spôsobené výkyvy frekvencie. Ďalej je možné pozorovať veľký pokles či nárast frekvencie pri prechode medzi režimami (5-10 Hz). Ide o prechodný jav spôsobený rýchlym pripnutím či vypnutím generátora. Sledovanie tohto problému by mohlo byť témou ďalšieho postupu. Počas funkcie záložného generátora je vďaka diagramu spotreby bez výkyvov frekvencia konštantná.

Obrázok 32- Frekvencia simulovanej siete

Simulácia

41

Zaujímavý je aj priebeh soc v čase (Obrázok 33), najmä skutočnosť, že neklesla pod 40 % a nevzrástla nad 100 %, čo by bolo bez blokovania možné. Nabíjanie sa začína okolo 3:00, končí o 11:00 a nastáva vybíjanie. Nasleduje ďalší cyklus a je poznať, že tento priebeh by sa dal jednoducho vyčítať aj z výkonovej charakteristiky.

Obrázok 33- Stupeň nabitia akumulátora v priebehu simulácie

Združené napätie na AC prípojnici (Obrázok 34) bolo počas celej simulácie takmer konštantných 400 V, veľký pokles nastal pri prechode do normálnej prevádzky o 11:00, kedy chvíľu trvalo nabitie kondenzátora na vstupe striedača. Rovnaký pokles nastal znova pri prechode do normálnej prevádzky o 13:00.

Obrázok 34 - Napätie na prípojnici AC v priebehu simulácie

Záver

42

6 ZÁVER Táto záverečná stať obsahuje zhrnutie zistení, poznatkov a výsledkov simulácie, ktoré boli

splnené postupne podľa zadania práce. Ku každému bodu je tak uvedené zadanie a zhrnutie vypracovania, prípadne výsledky.

6.1 Záver: 1. Popis a prvky mikro sietí: Tradičná štruktúra distribúcie elektrickej energie je tvorená generátormi s veľkým výkonom

(atómové elektrárne, uhelné a pod.) vzdialenými ďaleko od miesta spotreby. Vysoký nárast distribuovanej výroby, najmä elektrární s obnoviteľnými zdrojmi energie mení tradičnú štruktúru distribúcie, čo smeruje k viac rozptýlenej výrobe.

V mikro sieťach sa zdroje energie nachádzajú v malej vzdialenosti od spotreby, čo dovoľuje prevádzku v ostrovnom režime. Prostriedky pre akumuláciu energie zvyšujú spoľahlivosť celého systému a pridávajú schopnosť systému dodávať energiu záťaži aj v dobe keď generátor nedokáže dodať potrebné množstvo energie spotrebiteľovi. Mikro sieť je teda spojenie akumulačných systémov, menších generátorov a miestnych odberov so schopnosťou fungovať v móde pripojenia na sieť a ako ostrovný systém. Znižuje straty v sieti, zvyšuje inštalovaný výkon siete, podporuje lokálnu reguláciu napätia a frekvencie a znižuje emisie oxidu uhličitého. Navyše znižujú potrebu posilnenia siete čím šetria náklady. Výber vhodného usporiadania mikro siete musí byť vykonaný opatrne, pretože môže silne zasiahnuť rozpočet projektu. Pre existujúce AC rozvody, prípadne zdroj energie je vhodné použiť striedavú mikro sieť pretože nevyžaduje takmer žiadne úpravy stávajúcich rozvodov. Pre nové stavby je možnosť použiť aj alternatívy uvedené v kapitole 2.1. V nej sú popísané a vzájomne porovnané viaceré typy mikro sietí s vlastnou akumuláciou, ktoré sa významne líšia svojim zapojením a použitými prvkami. Prvky akumulácie boli principiálne opísané v kapitole 3.1 a uvedené sú ich výhody a nevýhody. Taktiež bola posúdená vhodnosť ich inštalácie v mikro sieťach a načrtnutá ich vzájomná spolupráca. Zdrojmi energie v mikro sieťach v súčasnosti sú najmä veterné turbíny, fotovoltaické panely, mikro kogeneračné jednotky, palivové články. Ich princíp, úlohu v mikro sieti a plusy a mínusy sú popísané v kapitole 3.3. Dôležitým faktom pre vykonanie simulácie mikro siete sú vstupné veličiny zdrojov energie a ich medzné prevádzkové hodnoty. Riadenie napätia, toku výkonu do siete, zo siete, do a z akumulačných systémov riadia meniče ktorých princíp je popísaný v kapitole 3.2.

6.2 Záver: 2. Popis programu PSCAD a problematiky počítačového modelovania:

Program PSCAD disponuje množstvom funkcií a nastavení a hlavne modelmi rôznych elektronických, logických, meracích a iných prvkov, čím poskytuje zaškolenému užívateľovi prijateľné prostredie pre simuláciu rôznych elektronických obvodov a sietí. Disponuje však aj množstvom chýb, ktoré nového užívateľa zaskočia, najmä chyby spojené s kompilátorom GFortran. Ďalší problém, ktorý sa počas riešenia simulácie objavil, bolo množstvo externých súborov s charakteristikami. Použitím viac ako dvoch funkcií XYZ transfer sa kompilátor neočakávane zastavil. Pri nastavovaní časového kroku simulácie je potrebné mať na zreteli spínaciu frekvenciu polovodičových prvkov a nastaviť ju podľa najvyššej použitej frekvencie v simulácií. Taktiež je dôležitým nastavením časová konštanta pri meraní veličín.

Záver

43

6.3 Záver: 3. Návrh a vytvorenie mikro siete v programe PSCAD: Návrh mikro siete vychádzal z hrubých parametrov vedeckej stanice ktorá sa nachádza na

ostrove Jamesa Rossa. Tamná prevádzka je takmer plne manuálna a vyžadovala by automatizáciu energetického systému. Nedostatočný výpočtový výkon neumožňoval nasimulovať sieť v plnom rozsahu, aj napriek tomu že simuláciu počítal moderný štvorjadrový procesor. Stanica obsahuje rovnaké zdroje a ich celkový inštalovaný výkon ako simulačný program, avšak namiesto ôsmich veterných turbín je simulovaná iba jedna o spoločnom výkone. Rovnako je zjednodušená simulácia meničov a fotovoltaické pole. To umožnilo znížiť čas výpočtu minimálne desaťnásobne. Cieľom práce však nebolo simulovať konkrétny model do najmenších detailov, ako skôr popísať postup pri zostavení navrhnutého modelu, problematiku simulácie a ďalší možný postup. Schéma siete je názorne popísaná v podkapitole 4.3, zostavený model v podkapitole 4.4. Jednotlivé modely prvkov siete, ich problematiku a princípy popisuje kapitola 4.5.

6.4 Záver: 4. Návrh a vytvorenie systému riadenia a regulácie: Problém regulácie navrhnutej ostrovnej mikro siete je na konkrétnom študovanom príklade

v sledovaní energetickej bilancie, od čoho závisí prechod do režimu zálohy a najmä prechod späť.

Navrhnutý systém sleduje stupeň nabitia akumulátora a pri podbití prejde do režimu zálohy. Rovnako sa tomu stane pri porušení bilancie. Vytvorený systém riadenia dáva však možnosť operátorovi ovplyvniť rozhodnutie prechodu do zálohy a späť manuálne. Zároveň systém ovláda pripojenie všetkých prvkov do sústavy a podľa podmienok ich pripojenie blokuje. Podrobný popis riadenia sa nachádza v podkapitole 4.5.7.

6.5 Záver: 5. Overenie validity modelu pre rôzne prevádzkové situácie:

Program simuluje 24 hodín prevádzky stanice, pričom premennými sú veľkosť záťaže a slnečné žiarenie. Výstupom simulácie sú charakteristiky výroby, frekvencie, záťaže, sieťového napätia a stupňa nabitia akumulátora na čase (kapitola 5). Z charakteristík vyplýva, že simulačný program nie je za určitých podmienok veľmi presný a obvody si vyžadujú optimalizáciu. Základné úlohy však plní riadenie správne, optimalizáciu si však vyžaduje striedač, ktorý je srdcom systému a celkový priebeh riadenia nabíjacieho procesu. Nakoľko je PSCAD pomerne mladý program a jeho možnosti sa začali približovať programu Matlab až v nedávnej dobe, existuje iba obmedzené množstvo dostupných štúdií venovaných tomuto simulačnému programu. Podpora v podobe funkcie help zďaleka nepopisuje všetky funkcie, v niektorých prípadoch ani tie základné. Spoločnosť HVDC prevádzkuje on-line podporu, ktorou sa snaží zodpovedať prípadné otázky a zverejňuje modelové štúdie. Oblasť mikro sietí však nieje dostatočne pokrytá, ale pokiaľ sa jej bude vedecká komunita istý čas venovať, PSCAD by sa mohol stať vhodným prostiedkom pre simuláciu komplexných mikro sietí obecne.

Použitá literatura

44

POUŽITÁ LITERATÚRA [1] Johnson & Johnson 2.2 MW reciprocating CHP system. In: Johnson & Johnson

Pharmaceutical Research Facility [online]. 2006 [cit. 2014-11-05]. Dostupné z:http://der.lbl.gov/sites/der.lbl.gov/files/dercam_casestudy_johnsonjohnson_v1_2.pdf

[2] Joseph Gallo Farms Dairy 700 kW reciprocating CHP system. In: Joseph Gallo Farms Dairy[online]. 2006 [cit. 2014-11-05]. Dostupné z:http://der.lbl.gov/sites/der.lbl.gov/files/dercam_casestudy_josephgallofarms_v1_2.pdf

[3] Sierra Nevada Brewery 1MW direct fuel cell/CHP system. In: Sierra Nevada Brewery [online]. 2006 [cit. 2014-11-05]. Dostupné z:http://der.lbl.gov/sites/der.lbl.gov/files/dercam_casestudy_sierranevada_brewery_v1_2.pdf

[4] WU, Bin, Jia LIU a Fang ZHUO. The Micro-Grid fast simulation platform exploitation based on PSCAD. 2011 Twenty-Sixth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). IEEE, 2011, s. 1737-1742. DOI: 10.1109/APEC.2011.5744830. Dostupné z:http://ieeexplore.ieee.org/lpdocs/epic03/wrapper.htm?arnumber=5744830

[5] Homepower. Maximum power point tracking [online]. [cit. 2014-12-11]. Dostupné z:http://www.homepower.com/maximum-power-point-tracking-mppt

[6] TAYLOR, R. BOLTON, D. STONE, Xiao-Ping ZHANG, C. MARTIN a P. UPHAM. Superconducting magnetic energy storage. Pathways for energy storage in the UK [online]. 2013 [cit. 2014-12-13]. Dostupné z: http://eu.files.energystorageforum.com/Energy_Storage_white_paper_uk_1.pdf

[7] Energy for Rural Development. Knowledge publications [online]. 2007 [cit. 2014-12-13]. Dostupné z: http://knowledgepublications.com/alcohol/rural_development_detail.htm

[8] TAN, Xingguo, Qingmin LI, Hui WANG a Rudolf SIZMANN. Advances and trends of energy storage technology in Microgrid. International Journal of Electrical Power [online]. 2013, vol. 44, issue 1, s. 179-191 [cit. 2014-12-13]. DOI: 10.1016/j.ijepes.2012.07.015. Dostupné z:http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0142061512003754

[9] TAYLOR, R. BOLTON, D. STONE, Xiao-Ping ZHANG, C. MARTIN a P. UPHAM. Supercapacitor (electrochemical double-layer capacitor). Pathways for energy storage in the UK [online]. 2013 [cit. 2014-12-13]. Dostupné z: http://www.lowcarbonfutures.org/sites/default/files/supercapacitator.pdf

[10] WU, Guohong, Yutaka YOSHIDA a Tamotsu MINAKAW. Grid-Connected Wind Park with Combined Use of Battery and EDLC Energy Storages. Clean Energy for Better Environment[online]. InTech, 2012-10-24 [cit. 2014-12-14]. DOI: 10.5772/51521. Dostupné z:http://www.intechopen.com/books/clean-energy-for-better-environment/grid-connected-wind-park-with-combined-use-of-battery-and-edlc-energy-storages

[11] Benefits of fuel cells. Fuel cells 2000: Benefits [online]. 2012 [cit. 2014-12-13]. Dostupné z:http://www.fuelcells.org/base.cgim?template=benefits

[12] In San Diego, Mulling the Second Life of an E.V. Battery. In: New York Times [online]. 2011 [cit. 2014-12-14]. Dostupné z: http://wheels.blogs.nytimes.com/2011/11/01/in-san-diego-mulling-the-second-life-of-an-e-v-battery/?_r=0

Použitá literatura

45

[13] NISHIOKA, K, T HATAYAMA, Y URAOKA, T FUYUKI, R HAGI HARA a M WATANABE. Field-test analysis of PV system output characteristics focusing on module temperature. Solar Energy Materials and Solar Cells [online]. 2003, vol. 75, 3-4, s. 665-671 [cit. 2014-12-14]. DOI: 10.1016/S0927-0248(02)00148-4. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0927024802001484

[14] Protect SW 245 – 260 poly datasheet. In: Sfe-solar [online]. 2013 [cit. 2014-12-15]. Dostupné z:http://eng.sfe-solar.com/wp-content/uploads/2013/06/SunFields_SolarWorld_SW245-250-255-260_Poly_Protect_EN.pdf

[15] European wind energy statistics 2013. In: Wind in power 2013 European statistics [online]. 2014 [cit. 2014-12-14]. Dostupné z:http://www.ewea.org/fileadmin/files/library/publications/statistics/EWEA_Annual_Statistics_2013.pdf

[16] Global wind energy statistics 2012. In: Global wind energy council [online]. 2013 [cit. 2014-12-14]. Dostupné z: http://www.gwec.net/wp-content/uploads/2013/02/GWEC-PRstats-2012_english.pdf

[17] JAMIESON, Peter. Innovation in wind turbine design. 1st ed. Hoboken, N.J.: Wiley, 2011, xviii, 298 p. ISBN 9780470699812.

[18] PATRAO, Iván, Emilio FIGUERES, Gabriel GARCERÁ a Raúl GONZÁLEZ-MEDINA. Microgrid architectures for low voltage distributed generation. Renewable and Sustainable Energy Reviews[online]. 2015, vol. 43, s. 415-424 [cit. 2014-12-11]. DOI: 10.1016/j.rser.2014.11.054. Dostupné z:http://www.sciencedirect.com.ezproxy.lib.vutbr.cz/science/article/pii/S1364032114009939#

[19] HWANG, Woo-Hyun, Sang-Kyu KIM, Jung-Ho LEE, Woo-Kyu CHAE, Je-Ho LEE, Hyun-Jun LEE a Jae-Eon KIM. Autonomous Micro-grid Design for Supplying Electricity in Carbon-Free Island. Journal of Electrical Engineering and Technology [online]. 2014, 9(3): 1112-1118 [cit. 2015-05-5]. DOI: 10.5370/JEET.2014.9.3.1112. ISSN 1975-0102. Dostupné z: http://koreascience.or.kr/journal/view.jsp?kj=E1EEFQ

[20] WILLIS, H. Lee. Electrical Transmission and Distribution Reference Book: Characteristics of distribution loads, 5. vyd., ABB Power Company, 1997, 888 s. ISBN N/A.

[21] MORAVČÍK, M. Modelování hybridní mikro sítě v prostředí PSCAD. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2012. 55 s.

[22] PROŠEK, Pavel, Miloš BARTÁK, Kamil LÁSKA, Alois SUCHÁNEK, Josef HÁJEK a Pavel KAPLER. Facilities of J. G. Mendel Antarctic station: Technical and technological solutions with a special respect to energy sources. Czech Polar Reports [online]. 2013, 3(1): 38-57 [cit. 2015-05-4]. DOI: 10.5817/CPR2013-1-7. ISSN 18050689. Dostupné z: http://www.sci.muni.cz/CPR/LP312013/LP-3_1-7.htm

Documents

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHN …