Transcript PCS100 Statcom / BESS Product Introduction

Marek Budzisz , Przemysław Warzyński, Power Electronics, Marzec 2012
Urządzenia optymalizujące parametry sieci
Wstęp / Zastosowanie
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 1
Urządzenia optymalizujące parametry sieci
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 2

Przegląd

PCS100 STATCOM

Aplikacje

PCS100 ESS

Aplikacje
Urządzenia optymalizujące parametry sieci
STATCOM / ESS
STATCOM zwany również Static Compensator jest członkiem rodziny urządzeń
okreslanych jako FACTS stosowanych w sieciach przesyłowych. STATCOM jest
falownikiem pracujacym jako źródło napięciowe i może dostarczać lub konsumować moc
bierną oraz jeśli jest podłączone do źródła mocy może również dostarczać moc czynną.
Zazwyczaj STATCOM jest instalowany aby wesprzeć sieć przesyłową o niskim
współczynniku mocy i bardzo często również niewielką regulacją napięcia. Jest równiez
wiele innych zastosowań dla STATCOMu - takich jak np odnawialne żródła energii, czy
filtrowanie harmonicznych. Jednak najpopularniejszym zastosowaniem STATCOMu jest
stabilizacja napięcia.
ESS może byc rozpatrywany jako aplikacja STATCOMu rozbudowana o magazyny
energii np. baterie podłączone do wyjścia DC. Umożliwia nam to dostarczanie równiez
mocy czynnej do sieci lub konsumpcję mocy czynnej – ładowanie baterii.
ESS moze dostarczać równiez moc bierną dzieki czemu możemy kontrolować napięcie
sieci lub PF.
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 3
Urządzenia optymalizujące parametry sieci
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 4

Przegląd

PCS100 STATCOM

Aplikacje

PCS100 ESS

Aplikacje
Urządzenia optymalizujące parametry sieci
STATCOM - Produkty oferowane przez ABB
1
Network
Focus
SVC Light
PCS 6000
PCS 100
Plant
Focus
0
0.1
1
10
PO W ER M V A
© ABB
Month DD, YYYY | Slide 5
10 0
10 0 0
STATCOM
Name
Miejsce zabudowy
PCS100
PCS100
PCS 6000
PCS 6000
indoor
outdoor
indoor
outdoor
100kVA – 4MVA
2MVA – 10MVA
6 – 32MVA
6 – 32MVA
480V/690V
10-22 kV
10-132 kV
10-132 kV
(LV lub MV przy
zastosowaniu
transformatora)
(LV lub MV przy
zastosowaniu
transformatora)
(Wymagane
zastosowanie
transformatora)
(Wymagane
zastosowanie
transformatora)
Zdjęcie
Moc
Napięcia pracy
Voltage Source Converter (VSC)
Typ
50-60Hz,
Częstotliwość
Przykłady
+ Suzlon, Wind,
2 x 300kVAr,
Sweden/Germany*
+ RePower, Wind,
1MVAr Australien*
+ Braes of Doune –
Wind Farm, UK 2x 12.5
MVAr
+ GTREM – Motor
starting, Malaysia, 1x 13
MVAr
+ Gahapi – Furnaces,
Indonesia, 1x 11 MVAr
+ BCTC – Utility,
Canada 3x 12 MVAr
+ Scout Moor – Wind
Park, UK* 1x 24 MVAr
© ABB AG 090309 – ABB STATCOM Portfolio
April 25, 2020 | Slide 6
+ Midas – Wind Farm,
Ireland 1x 12.5 MVAr
+ Earlsburn – Wind
Farm, UK* 1x 12 MVAr
+ INCO – Furnaces,
Indonesia 2x 32 MVAr
Urządzenia optymalizujące parametry sieci
STATCOM: Zasada działania

Źródło napięciowe

Transformator pełni funkcję indukcyjności

Przyłączony równolegle do sici
IGrid
XT
IGrid
UT
UComp
UGrid
XT
~
UT
IGrid
=
IGrid
UComp
UGrid
UT
UGrid
UComp
"capacitive"
over-excited
© ABB
Month DD, YYYY | Slide 7
"inductive"
under-excited
Urządzenia optymalizujące parametry sieci
PCS100

125kVA(r) – 4MVA(r)

Budowa modułowa
480 V/3~, 150 A moduły
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 8

Sprawnośc 97%

Rozproszony system
sterowania

Konfigurowalność
PCS 100 STATCOM
Czym jest STATCOM?
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 9

STATCOM dostarcza tylko moc bierną.

Głównym zastosowaniem PCS100 STATCOM jest praca
jako dynamiczny regulator napięcia lub korektor
współczynnika mocy.

Wyjście prądowe STATCOMU jest ograniczone do
wartości nominalnej (n * 150A) z zapewnieniem
krótkotrwałego przeciążenia.

STATCOM jest falownikiem pracującym jako źródło
napięciowe (VSC) i jest podłączony do sieci poprzez
indukcyjność.
PCS 100 STATCOM
Zastosowanie
Najbardziej typowe zastosowania dla STATCOMu
skupiające się na problemach, które mogą być
rozwiązane przy pomocy mocy biernej:
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 10

Dynamiczna korekcja współczynnika mocy

Zmienna moc bierna

Przemysłowe młyny, podnośniki, itp.

Jednofazowe obciążenia takie jak piły, prasy, pompy itp.

Migotanie napięcia

Piece łukowe, prasy samochodowe & rozdrabniarki,
maszyny spawalnicze, turbiny wiatrowe, farmy wiatrowe

Kontrola mocy biernej umożliwiająca spełnienie wymogów
grid codes
PCS100 STATCOM
Grid Codes

Główne przeznaczenie – farmy wiatrowe
stany ustalone  dołączane pojemności lub indukcyjności
stany nieustalone  STATCOM
steady state requirements
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 11
fault support, ride through
PCS100 STATCOM
Typowe zastosowania
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 12

Typowe zastosowania
przemysłowe do eliminacji
zakłóceń na sieci
wywoływanych przez obciążenie

Niewielkie moce

STATCOM pracuje w trybie
napięciowym lub PF

Typowe zastosowania dla farm
wiatrowych

Większe moce

STATCOM pracuje w trybie
napięciowym, PF lub kontroli
mocy biernej
PCS100 STATCOM
LV STATCOM dla farm wiatrowych
Medium Voltage (MV)
Low Voltage (LV)
Korzyści
•
Stabilizacja napięcia
•
Kontrola współczynnika mocy
•
Kompensacja migotania
•
Spełnianie wymagań „grid code”
STATCOM
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 13
PCS100 STATCOM
SLD - 4MVAr PCS100 STATCOM przykład
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 14
PCS100 STATCOM
Zabudowa kontenerowa
2MVAr
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 15
PCS 100 STATCOM
•
Zabudowa kontenerowa:
2MVAr – 20’ kontener;
4MVAr – 40’ container
•
Transformator zabudowany w
kontenerze
•
Możliwośc przetestowania
kompletnego systemu przed
instalacją.
•
Zminimalizowane nakłady na
instalacje i uruchomienie
•
Zredukowane koszta transportu
Statcom
Flicker Compensation for Suzlon
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 16

Suzlon Denmark

STATCOM odpowiada za redukcje migotania
(flicker) zapobiega powstawaniu rezonansu
pomiędzy dołaczanymi bankami
kondensatorów i indukcyjnością sieci.

Wstepne testy przeprowadzone i zakończone
pomyślnie w Olsdorf Germany - październik
2010.
Grid Connect Interfaces
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 17

Przegląd

PCS100 STATCOM

Aplikacje

PCS100 ESS

Aplikacje
PCS100 ESS
Energy vs. Power
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 18

Technologie magazynowania energii możemy podzielić na
dwa rodzaje (ze względu na zastosowanie): „Power” i
„Energy”.

„Power” – wymagają zazwyczaj dużej mocy w stosunkowo
niewielkim przedziale czasu (sekundy - minuty). Stosuje sie
tutaj: superkondensatory, flywheels, baterie takie jak Li-Ion
i SMES (superconducting magnetic energy storage)

„Energy” - wymagają zazwyczaj dużej ilości energi
dostarczanej w dłuższym przedziale czasu (godziny).
Stosuje się tutaj technologie typu: CAES (compressed air),
pumped hydro, thermal ES jak równiez większośc typów
baterii.
PCS100 ESS
Aplikacja systemu magazynowania energii (ESS)
Centralny
wytwórca energii
ESS
Wyrównanie
obciążenia dla
systemów
wytwarzania energii
100 MW, 4h
Obiegowa rezerwa na
wypadek utraty zasilania
10-100 MW, 0.25-1 h
ESS
Sieć napowietrzna 220 kV
20 kV
220 kV
ESS
Rozproszony wytwórca energii
ESS
Integracja odnawialnych
źródeł energii
1-100 MW,
1-10 h
110 kV
Wyrównanie obciążenia
dla odroczenia inwestycji
sieci elektrycznej
1-10 MW, 6 h
Sieć 20 kV
Pojedyncze połączenie
ESS
Regulacja częstotliwości
1-50 MW, 0.25-1 h
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 19
20 kV
110 kV
Do odbioru
Przemysł
ciężki
ESS
Wygładzanie
szczytów
obciążenia
0.5-10 MW, <1 h
PCS100 ESS
Technologie Magazynowania Energii
Mechaniczne
Termodynamiczne
Gravitation
Heat
Batteries
Flow cells
Hydrogen
Electric
Pumped
hydro
Molten salt
Lead acid
NiCd
NaS
NaNiCl
Lithium
Ni-MH
Metal air
Vanadium
ZnBr
PSBr
Electrolyser &
Fuel Cell
Capacitors
Supercaps
Kinetic
Flywheel
Thermoelectric
Pressure
Heat
Compr. air
(CAES)
(A-CAES)
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 20
Electrochemiczne
Electromagnetyczne
Magnetic
Superconducting
(SMES)
PCS100 ESS
Aplikacje
Storage time [min]
1000
Renewable Integration
10 h
Load leveling
T&D postponement
300
Load leveling
Generation
utilization
100
1h
End-user
peak shaving
30
Prim. Frequency
Regulation
10 min
10
100 kW
1 MW
10 MW
100 MW
Power requirement [MW]
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 21
1000 MW
PCS100 ESS
Technologie Magazynowania Energii
1000
Storage time [min]
Sodium Sulphur
Compressed Air
Pumped-Hydro
10 h
Energy Storage
300
Vanadium Redox Flow
Vehicle2Grid
distributed
storage
Applications
100
Lead acid
1h
PHEV
30
Power Storage
Li-Ion
Applications
10
Flywheels
100 kW
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 22
Utility scale
applications
1 MW
10 MW
100 MW
Power requirement [MW]
10 min
1000 MW
PCS100 ESS
Czasy rozładowania
Capacitors
Flywheels
Batteries
Li-Ion
NiCd
Pump storage
NaS
flow battery
LeadAcid
Fractions of
seconds
Minute
Minute(s) to hour(s)
Hours to days
Discharge time
Power Electronics based Energy Storage Systems core range:
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 23

Superkondensatory: 5 to 15 s
~500,000 cykli

Flywheels: 1-30 min
bez limitu cykli

Baterie: NiCd 30-120 min
Li-Ion: 15-60 min
flow: 3-6 godzin
NaS: 6-8 godzin
~2500 cykli @ 80% DoD
~3,000-6,000 @ 80% DoD
~ 10,000 cykli @ 80% DoD
~ 4500 cykli @ 80% DoD
PCS100 ESS
System Overview
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 24
PCS100 ESS
Zabudowa kontenerowa
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 25
PCS100 ESS
400 kW ESS, A123 battery & ABB USA
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 26
PCS100 ESS
400 kW ESS, A123 battery & ABB USA
Battery Cooling System
Li-ion Batteries
PCS100 Inverters, Controls,
AC&DC Breakers, Auxiliary Power
Step-up Transformer
480V / 10.5kV
Ground & Disconnect Switch
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 27
PCS100 ESS
400 kW ESS, A123 battery & ABB USA
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 28
PCS100
Statcom / ESS
Advanced
Redundancy
Normal
Statcom /
ESS
PCS100 STATCOM i ESS
Zaawansowana Wielopoziomowa Redundancja
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 29
Filter
Rectifier
Rectifier
Filter
0 kVA / 0 %
Multiple hours
1 MVAr Rack
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
1 MVAr Rack
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
Statcom:
R 1900 kVAR / 95%
R
ESS:
1940 kVA / 97%
R
15 Mins
PCS100 STATCOM
Zaawansowana Wielopoziomowa Redundancja
Uszkodzony podzespół
Utracona Moc
Moc dostępna na wyjściu
PCS100 STATCOM
1 Moduł PCS100
100KVAr
3.9MVAr
Master Controller
1 MVAr
3MVAr
Transformator
2 MVAr
2MVAr
PLC
4 MVAr
0
PLC z redundantnym CPU
0MVAr
4MVAr
4MVAr STATCOM System zbudowany z 2 x 2MVAR STATCOM. Każdy z
2MVAr STATCOM zawiera 2 niezależne systemy/Racks zbudowane z 12
modułów PCS100 i 2MVA Transformator.
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 30
© ABB Group
April 25, 2020 | Slide 31