Energetický balancér energetické soustavy s

využitím akumulace

prof. Ing. Stanislav Mišák, Ph.D.

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Základní požadavky na chytrý systém řízení toku energie

• Celoroční ostrovní provoz rodinného domu• Využití obnovitelných zdrojů elektrické i tepelné energie• Zajištění bezpečného a spolehlivého chodu energetické sítě – eliminace zpětných

vlivů OZE na DS• Využití kapacity elektromobilu jako dalšího akumulačního prvku – vehicle to

home/GRID

Energetický balancér energetické soustavy s podporou elektromobility

Energetický balancér energetické soustavy s podporou elektromobility

The active energy management system for Off-grid

Time (h)

The e

nerg

y r

equirem

ent

(kW

∙h)

Heating

Dishwasher

Oven

Fridge

Lights

Kettle

The active energy management system for Off-grid

Time (h)

The e

nerg

y r

equirem

ent

(kW

∙h)

Heating

Dishwasher

Oven

Fridge

Lights

Kettle

Hot

water

storage

tankBattery

Off-grid energy

system (Energy

storage )

Sto

rag

eC

ontr

ol

Sourc

es

AC/DCconverter

DC/ACconverter

AC/DCbidirectional

DC/ACconverter

smart switchboard

power sensors

Smart meter

centr

al c

ontr

ol

syst

em

Off-grid

energy

manager

prediction of

production for

renewable energy

sources

Cloud

intelligent electrical appliances

primary secondary

primary secondary

Smart phone

In-home display

monitor

Wi-Fi PC

Visualization

Ethernet Internet

Weather station

Wind power

generation Solar collector Photovoltaic power generation

Off-grid conception for

family house

Family House Off-grid Conception

DC

DC

DC

DC DC

AC

AC

Switch board

DC

24

V s

wit

chin

g o

f cu

rren

t ci

rcu

its

Individual phase systems

1/N/PE 230V, 50 Hz TN-S

230V

230V230V

Temperature sensor

Switching contact 16 A

dimmer

Measuring of UDC a IDC

Measuring of UAC a IAC

meteo data

FVE

Sunny island

Charging regulator

storage

Power energy Meter AC

Signal unitRFox

supplyunit

Control unit PLC Tecomat Foxtrot

meteo data

Raspberry Pi

Supplyunit

Protection concept

Remote switching RFox

Power energy Meter DC

Spínací prvky –aktory ADSM + řídící jednotka CPS nejvyšší vrstvy ADSM

Nastavení spínacího plánu spotřebičů

Energetický balancér energetické soustavy s podporou elektromobility

Adaptivní systém chránění- Reaguje na aktuální stav konfigurace distribučního systému- Mění nastavení popudových článků dle aktuální konfigurace

Energetický balancér energetické soustavy s podporou elektromobility

ELEKTROENERGETIKA 2017 The 9th International Scientific Symposium on Electrical Power Engineering

Car

Charger

Solar panel

Sensors

Web serviceREST API

PreprocessingCleaning

Compression

SQL database

File system

• Solar irradiation forecasting

• Parking occupancy prediction

• Charger usage optimization

• Sustainability monitoring

• Report sheet generation

Web and mobile client

Report sheets

Feedback- controll

Využití energetického zázemí automobilového dopravního centra

Off Grid Power System with DC coupling topology

Energetický balancér energetické soustavy s podporou elektromobility

Parkování elektromobilu

Energetický balancér energetické soustavy s podporou elektromobility

Konektorování elektromobilu

Energetický balancér energetické soustavy s podporou elektromobility

Energetický balancér energetické soustavy s podporou elektromobility

0

20

40

60

80

100

120

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Rozdíl m

ezi systé

my (

%)

Chybějící

energ

ie (

kW

∙h)

FVE+ADSM FVE bez ADSM FVE+ADSM+V2H

Pouze FVE - rozdíl FVE+V2H - rozdíl

PV Síť

Ppv

Hodnota vyrobené energie (kW∙h) 247,7

Průměrná hodnota dod. výkonu (kW) 17,5

Maximální výkon (kW) 33,2

Časový úsek dodávky P>0 (hh:mm) 14:08

Činitel výkonu Napětí Dodaný výkon

FVE

PV Síť

Ppv

Baterie

Pbat

Ps

Parametry akumulačního zařízení byly určeny

pro dva základní způsoby akumulace:

- V1 - výkonová akumulace - kdy cílem této

akumulace je eliminace dynamických změn

výkonu z fotovoltaické elektrárny,

- V2 – akumulace energetická – kdy cílem

tohoto způsobu akumulace je optimalizace

využití výkonu z FVE a eliminace

negativních zpětných vlivů FVE

s procentním omezením výkonu z FVE.

Dodaný výkon

FVE s akumulací

Dodaný výkon

FVE bez

akumulace

1

2

3

5

4

Dodaný výkon

FVE bez

akumulace

Dodaný výkon

FVE s

akumulací

3

1. Řídící systém pracuje s akumulací

a FVE během denního cyklu v několika fázích Během prvního pracovního stavu, kdy je výkon FVE malý a účiník nízký, je celý výkon FVE použit pro nabíjení baterie.2. Při zvýšení výkonu nad nastavenou mez, přechází systém do druhé fáze. Výkon FVE je použit pro nabíjení baterie a zbylá část je dodána do sítě. Nabíjecí výkon je řízen tak, aby energie baterie byla dostačující při náhlém výpadku FVE. S rostoucím výkonem FVE se tedy zvyšuje i akumulovaná energie a to tak, aby baterie byla schopna dodat při výpadku aktuální výkon.3. Při rychlém poklesu výkonu FVE je výkon systému dodávaný do sítě hrazen z baterie. Výkon systému je řízen podle velikosti a délky trvání změny a podle stavu nabití baterie. Při déle trvajícím výpadku FVE je výkon systému postupně snižován. Pokud se obnoví dodávka energie FVE je výkon systému zvyšován, přičemž výkonové špičky jsou tlumeny a použity pro nabití baterie.4. Při dlouhodobém poklesu výkonu FVE je baterie odpojena. Pokud je energie baterie dostačující, baterie se již nenabíjí. Rychlé poklesy výkonu FVE jsou hrazeny baterií.5. Při poklesu výkonu FVE pod nastavenou mez, je energie z části hrazena baterií. Energie baterie je snížena na nastavenou hladinu. Snížení energie baterie je nezbytné pro zajištění schopnosti akumulovat případné

výkonové špičky FVE v následujícím dni.

Energie

baterie

Výkon baterie

Dodaný výkon FVE s akumulací

Dodaný výkon FVE bez akumulace

Energie baterie

Výkon baterie

Energetická akumulace

Ebat

(kWh)Psys (kW) Psys (%)

Pbat

(kW)UAVG

(V)duAVG

(%)

5 48,8 75,0 7,8 242,6 3,2

10 48,1 74,0 8,4 242,4 5,4

20 46,8 72,0 9,7 242,1 5,3

50 43,1 66,3 13,5 241,1 4,8

100 37,2 57,3 19,3 239,6 4,2

150 31,9 49,1 24,6 238,2 3,6

200 27,1 41,6 29,5 237,0 3,0

250 22,7 35,0 33,8 235,9 2,5

300 18,9 29,1 37,7 234,9 2,1

350 15,5 23,9 41,0 234,0 1,7

PV Síť

Ppv

Baterie

Pbat

Ps

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Děkuji Vám za pozornost

prof. Ing. Stanislav Mišák, Ph.D.

Chytrý systém pro řízení energie DS

26 www.vsb.cz

Chytrý systém pro řízení energie DS

27 www.vsb.cz

Jak bude problém řešen?

Chytrý systém pro řízení energie DS

28 www.vsb.cz

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Děkuji Vám za pozornost

prof. Ing. Stanislav Mišák, Ph.D.