Les systèmes de stockage d'énergie jouent un rôle crucial dans les systèmes électriques modernes, en particulier avec la pénétration croissante des sources d'énergie renouvelables. Le fonctionnement des quatre - quadrants du stockage d'énergie est un concept important qui décrit les caractéristiques du flux d'énergie entre le système de stockage d'énergie et le réseau électrique.
Selon GB/T 44026 - 2024 "Spécifications techniques pour le système de stockage d'énergie par batterie au lithium-ion de type - de cabine préfabriquée -", la puissance de sortie du système de stockage d'énergie doit être réglable dans quatre quadrants.1.
1.Concept de base du stockage d'énergie quatre quadrants
1.1Comprendre le facteur de puissance
Il y a 4 quarants à prendre en compte.
Dans le premier quadrant, la puissance active (P) et la puissance réactive (Q) du système de stockage d'énergie sont supérieures à 0. Le système de stockage d'énergie est dans un état de décharge, libérant de la puissance active sur le réseau et fournissant en même temps une compensation de puissance réactive. C'est généralement le cas lorsque le réseau a besoin d'une puissance active et d'une puissance réactive supplémentaires pendant les périodes de charge de pointe -.2.
Dans le deuxième quadrant, la puissance active du système de stockage d'énergie est inférieure à 0 et la puissance réactive est supérieure à 0. Le réseau fournit de la puissance active au système de stockage d'énergie, tandis que le système de stockage d'énergie fournit une compensation de puissance réactive au réseau. Cette situation peut se produire lorsque le réseau a un facteur de puissance avancé et nécessite une compensation de puissance réactive inductive, et que le système de stockage d'énergie peut absorber la puissance active pour la charge tout en fournissant de la puissance réactive.2.
Dans le troisième quadrant, la puissance active et la puissance réactive du système de stockage d'énergie sont inférieures à 0. Le réseau fournit à la fois la puissance active et la puissance réactive au système de stockage d'énergie, et le système de stockage d'énergie est en état de charge et absorbe la puissance réactive de l'extérieur. Il s'agit de l'état de charge normal du système de stockage d'énergie lorsque le réseau dispose de suffisamment de puissance et que le système de stockage d'énergie doit être chargé.2.
Dans le quatrième quadrant, la puissance active du système de stockage d'énergie est supérieure à 0 et la puissance réactive est inférieure à 0. Le système de stockage d'énergie fournit de la puissance active au réseau et absorbe la puissance réactive de l'extérieur. Cela peut être utilisé pour réguler la tension du réseau dans certaines conditions de fonctionnement. Par exemple, lorsque la tension du réseau est trop élevée et nécessite une compensation capacitive de la puissance réactive, le système de stockage d'énergie peut décharger la puissance active tout en absorbant la puissance réactive.2.
1.2Calcul du facteur de puissance
En utilisant le théorème de Pythagore, nous pouvons calculer le 3ème paramètre à partir de 2 de ces paramètres comme suit3.
Le théorème de Pythagore énonce A² + B²=C²
De plus on utilise la règle SOHCAHTOA
Sinus ϕ=Opposé/Hypoténuse
Cos ϕ=Adjacent/Hypoténuse
Tan ϕ=Opposé/Adjacent
1.3Angle du facteur de puissance
L'angle du facteur de puissance est également communément appelé angle de phase.
Le terme facteur de puissance (PF) est simplement le rapport entre la puissance réelle ou « vraie » (P) et la puissance apparente (S). Alors que la puissance réactive (Q) est le composant réactif.
Facteur de puissance (PF)=Puissance réelle KW (P) / Puissance apparente KVA (S)
Par exemple, pour la puissance réelle=80kW et la puissance réactive=100kVA, nous avons
PF = 80/100=0.8
Cela représente une perte de 20% !!! et peut dans de nombreux cas être bien pire3.
2. Importance du fonctionnement à quatre - quadrants
Le fonctionnement à quatre - quadrants du système de stockage d'énergie revêt une importance importante pour le fonctionnement stable et la gestion efficace du système électrique.
Tout d’abord, cela peut améliorer la qualité de l’énergie du réseau électrique. En ajustant la puissance active et réactive dans différents quadrants, le système de stockage d'énergie peut compenser les fluctuations de puissance et l'instabilité de tension causées par les sources d'énergie renouvelables, telles que l'énergie éolienne et solaire. Par exemple, lorsque la production d'énergie éolienne diminue soudainement, le système de stockage d'énergie du premier quadrant peut rapidement libérer de la puissance active pour maintenir la stabilité de la fréquence et de la tension du réseau.4.
Deuxièmement, cela peut améliorer la fiabilité du système électrique. En cas de pannes du réseau ou d'urgences, le système de stockage d'énergie peut fonctionner dans différents quadrants pour fournir une assistance électrique de secours et une compensation de puissance réactive. Par exemple, lors d'un court-circuit - sur le réseau électrique, le système de stockage d'énergie combiné à un compensateur statique synchrone (StatCom) peut injecter ou absorber de la puissance active et réactive en antipathie avec les flux de ligne pour amortir les oscillations et stabiliser le système électrique.4.
Enfin, cela peut améliorer l’efficacité d’utilisation des dispositifs de stockage d’énergie. Le fonctionnement à quatre - quadrants permet au système de stockage d'énergie de se charger et de se décharger à différents moments et dans différentes conditions de facteur de puissance, exploitant ainsi pleinement la capacité de la batterie et des autres supports de stockage d'énergie.4.
3. Technologies de réalisation du fonctionnement à quatre - quadrants
La réalisation du fonctionnement des quatre quadrants - du système de stockage d'énergie dépend principalement du système de conversion de puissance (PCS) et de la stratégie de contrôle.
Pour le PCS, il adopte généralement une topologie de convertisseur à plusieurs niveaux -, telle que le convertisseur en pont H - (CHB) en cascade. Le système de stockage d'énergie par batterie (BESS) basé sur le convertisseur CHB - peut réaliser le fonctionnement à quatre - quadrants en contrôlant le flux d'énergie entre la batterie et le réseau.5. Comme proposé dans l'article "Contrôle de fonctionnement en quatre quadrants d'un système à haute capacité - sans transformateur à grande capacité - intégrant le stockage d'énergie de la batterie et la compensation de puissance réactive", par décomposition vectorielle de la tension de phase de modulation générée en boucle fermée -, le facteur de puissance côté réseau - peut être maintenu et tous les sous - le facteur de puissance des modules peut être compensé sans dépasser la limite des micro - cycles6.
En termes de stratégie de contrôle, une stratégie de contrôle globale est nécessaire. Par exemple, la stratégie de contrôle proposée pour le BESS basé sur CHB - comprend une décomposition quantitative des composants du courant de la batterie avec un filtre LC, l'obtention de la plage réalisable pour éviter les micro - cycles sous quatre - quadrants, et l'analyse de la stratégie de modulation unifiée en considérant l'élimination des micro - cycles et des cycles internes. - état de phase d'égalisation de charge7.
Un autre exemple est le système de régulation de puissance à quatre - quadrants proposé par le département de génie électrique de l'université de Tsinghua et d'autres unités. Ce système combine le stockage d'énergie et StatCom, et peut fournir des fonctions de compensation de puissance, de régulation et de support pour le caractère aléatoire, la forme d'onde et l'incertitude de la nouvelle énergie. Il peut répondre à la répartition du réseau en 5 millisecondes et réaliser un ajustement rapide de la puissance active de 0 à 100 % en 150 millisecondes.8.
4. Cas d'application de l'opération à quatre - quadrants
Dans certaines centrales électriques de stockage - éoliennes - solaires - à grande échelle, le système de stockage d'énergie peut fonctionner dans différents quadrants en fonction de la production d'énergie éolienne et solaire et de la demande du réseau. Lorsque l'énergie éolienne et solaire est abondante, le système de stockage d'énergie peut fonctionner dans le troisième quadrant pour charger et stocker l'énergie ; lorsque l'énergie éolienne et solaire est insuffisante, elle peut fonctionner dans le premier quadrant pour décharger et alimenter le réseau.
Dans le réseau de distribution d'énergie, le système de stockage d'énergie peut également être utilisé pour la régulation de tension et la compensation de puissance réactive. En fonctionnant dans les deuxième et quatrième quadrants, il peut ajuster la tension du réseau de distribution et améliorer le facteur de puissance du côté utilisateur.9.
Le fonctionnement des quatre - quadrants des systèmes de stockage d'énergie est une technologie importante dans les systèmes électriques modernes. Il peut améliorer la qualité de l’énergie, améliorer la fiabilité du système et augmenter l’efficacité d’utilisation des dispositifs de stockage d’énergie. Avec le développement continu de nouvelles technologies énergétiques et la demande croissante de stabilité du système électrique, le fonctionnement des quatre quadrants - des systèmes de stockage d'énergie jouera un rôle de plus en plus important dans le futur système électrique.
[1]GB/T 44026 - 2024, Spécification technique pour le système de stockage d'énergie par batterie au lithium-ion de type - de cabine préfabriquée -.
[2]Comité spécial sur la technologie de stockage d'énergie, Introduction aux exigences techniques pour le contrôle de la puissance des systèmes de stockage d'énergie.
[3] Fastron Electronics, comment fonctionne la correction du facteur de puissance.
[4]Douding.com, Une méthode de planification du stockage d'énergie à quatre-quadrants pour améliorer la capacité de consommation photovoltaïque et la sécurité des réseaux de distribution.
[5]IEEE, contrôle de fonctionnement à quatre-quadrants du système de stockage d'énergie par batterie de convertisseur en pont H-en cascade.
[6]Actes du CSEE, Technologie de contrôle de fonctionnement à quatre-quadrants pour les systèmes à haute-tension directe-suspendues à grande capacité-avec stockage d'énergie par batterie et compensation de puissance réactive.
[7]AEPS, une stratégie de configuration optimisée pour le stockage d'énergie dans les réseaux de distribution prenant en compte la puissance de sortie de quatre-quadrants.
[8]Tsinghua University News, Système de régulation de puissance à quatre-quadrants.
[9] Douding.com, Recherche sur la stratégie d'alimentation directe + contrôle du système BESS.
