1. Pendahuluan
Dengan berkembangnya teknologi penyimpanan energi, penerapan sistem penyimpanan energi (ESS) dianggap sebagai teknologi inti dari sistem tenaga, khususnya sistem penyimpanan energi baterai (BESS) dengan menggunakan baterai skala besar, yang saat ini sedang dalam tahap demonstrasi. . Secara tradisional, penyimpangan frekuensi diperbaiki dengan menggunakan pembangkit listrik termal untuk menjaga frekuensi sistem tenaga dalam kisaran yang dapat diterima, dan pengaturan frekuensi dicapai melalui kontrol "bebas gubernur" (GF) dan kontrol pembangkitan otomatis (AGC). Namun, metode ini tidak efisien dan mengharuskan pembangkit listrik beroperasi di bawah kapasitas yang ditetapkan untuk mempertahankan mode siaga.
Artikel ini memperkenalkan hasil pengembangan dan uji coba operasi BESS dalam operasi AGC. Dibandingkan dengan pembangkit listrik tradisional, BESS mempunyai kinerja yang lebih baik dalam respons cepat, namun ada masalah dengan durasi pengoperasian AGC. Oleh karena itu, artikel ini menyajikan hasil eksperimen pengoperasian AGC dalam kondisi berbeda dan menganalisis hasilnya berdasarkan referensi AGC KPX.
Artikel selanjutnya disusun sebagai berikut: Bagian 2 menjelaskan konfigurasi sistem pengontrol BESS yang saat ini digunakan untuk layanan FR; Bagian 3 menjelaskan hasil operasi AGC; Bagian 4 mengevaluasi hasil pengujian dan mengusulkan beberapa poin perbaikan untuk pembuatan target AGC; Terakhir, Bagian 5 menyajikan kesimpulan.
2. Konfigurasi sistem BESS
Fasilitas FR-ESS dihubungkan ke busbar 22.9kV masing-masing gardu induk melalui trafo step-down, seperti terlihat pada Gambar 1. Busbar 22.9kV dihubungkan ke PCS 440V melalui trafo step-down, dan PCS juga dihubungkan. ke sistem baterai (sistem manajemen baterai dan baterai lithium-ion) melalui jalur listrik dan komunikasi.
Gambar 2 menunjukkan diagram blok pengontrol BESS 52MW yang terpasang yang digunakan untuk layanan pengaturan frekuensi. PCS juga berkomunikasi dengan pengontrol pengaturan frekuensi (FRC), yang menentukan output sistem baterai yang diperlukan untuk mempertahankan frekuensi 60Hz yang diinginkan. FRC dapat diatur ke "mode manual" atau "mode otomatis" melalui antarmuka manusia-mesin (HMI), yang juga menampilkan informasi penting seperti frekuensi sistem, status pengisian daya baterai individu (SOC), dan suhu.
Gambar 3 menunjukkan diagram blok uji operasi AGC yang terhubung ke EMS KPX. Ketika referensi AGC mencapai FRCM, maka FRCM membagi referensi daya berdasarkan SOC masing-masing FRC, sehingga FRCM harus mengetahui informasi SOC masing-masing FRC.
3. Kontrol pembangkit listrik otomatis
Operasi AGC di pembangkit listrik tradisional:Turbin pada pembangkit listrik tradisional tidak hanya beroperasi berdasarkan referensi AGC, tetapi juga beroperasi berdasarkan referensi kecepatan. Karena faktor-faktor seperti inersia turbin, gesekan, dan katup throttle, sistem pasti akan mengalami penundaan. Gambar 4 menunjukkan kontrol frekuensi pembangkit listrik tradisional berdasarkan referensi AGC. Dari titik waktu A ketika frekuensi berubah ke titik waktu B ketika keluaran pembangkit listrik dikontrol untuk berubah, terdapat kesalahan keluaran sekitar 5MW, dan keluaran tertunda lebih dari 100 detik dari referensi AGC. Sulit untuk memahami secara akurat waktu tunda operasi FR hanya melalui bentuk gelombang keluaran, karena terdapat terlalu banyak variabel kontrol. Namun, dapat dipastikan bahwa pembangkit listrik tradisional mengikuti referensi AGC dengan waktu tunda.
Kinerja kontrol AGC BESS:Untuk membandingkan dengan kinerja kontrol pembangkit listrik tradisional, respons waktu dan respons fungsi langkah BESS diperlihatkan. Gambar 5 menunjukkan hasil respon langkah variasi referensi FRCM. Dibutuhkan sekitar 130 ms untuk keluaran daya dari pembangkitan target FRCM ke BESS, termasuk penundaan komunikasi dan waktu naik. BESS dapat menyediakan daya ke jaringan listrik dalam waktu 30 detik, yang cukup untuk memenuhi kebutuhan cepat pengoperasian AGC.
Operasi AGC BESS:Gambar 6 menunjukkan hasil operasi AGC 7-jam di BESS, dengan operasi tindak lanjut AGC dan pemulihan status pengisian daya (SOC) yang berulang. Selama pengoperasian AGC, total keluaran daya setiap FRC sama dengan referensi AGC. Jika SOC FRC turun di bawah 50%, FRC akan melakukan operasi pemulihan SOC, oleh karena itu terdapat 3 siklus, termasuk 3 siklus operasi AGC dan 3 siklus pemulihan SOC. Dalam operasi pemulihan SOC, FRC mengisi baterainya dengan kecepatan 0,1 [pu] hingga mencapai 63% SOC, sebagaimana ditentukan dalam Tabel 1.
| Rentang SOC yang tersedia | Targetkan SOC untuk pemulihan | Tingkat pemulihan | Waktu pengujian |
| 50%-80% | 63% | 10% | 7 jam |
Pada siklus 1, BESS gagal memenuhi kebutuhan operasi AGC selama 30 menit, hanya 23 menit, namun pada siklus 2 dan siklus 3 memenuhi durasi keluaran operasi AGC. Sedangkan periode pemulihan SOC setiap siklusnya tetap konstan yaitu 73 menit. Gambar 7 menunjukkan hasil operasi AGC pengurangan waktu pemulihan karena peningkatan tingkat pemulihan SOC menjadi 0,4 [pu], dimana periode pemulihan SOC menurun secara proporsional dengan tingkat kapasitas pengisian BESS.
| Rentang SOC yang tersedia | Targetkan SOC untuk pemulihan | Tingkat pemulihan | Waktu Pemulihan SOC |
| 50%~80% | 63% | 10% | 77 menit |
| 20% | 34 menit | ||
| 30% | 23 menit | ||
| 40% | 17 menit |
Tabel 2 menunjukkan waktu pemulihan SOC karena tingkat kapasitas pengisian BESS, namun metode ini tidak disarankan karena dapat menyebabkan kesalahan SOC pada sistem manajemen baterai (BMS). Jika terjadi ketidakseimbangan antara power conditioning system (PCS) yang diterima dari FRC yang sama, maka FRC akan mengalokasikan referensi daya ke masing-masing PCS berdasarkan SOC. Demikian pula, pengontrol lanjutan FRCM dari FRC membagi referensi target daya FRC berdasarkan SOC. Gambar 8 menunjukkan tren FRCM dan FRC selama periode operasi 7-jam. Secara keseluruhan, strategi alokasi FRCM dan FRC bekerja dengan baik dalam menyelaraskan SOC pengontrol tingkat rendah. Tabel 3 menunjukkan kondisi awal untuk pengujian dalam kondisi SOC yang berbeda.
| Rentang SOC yang tersedia | Targetkan SOC untuk pemulihan | SOC awal FRC #3 | SOC awal FRC #6 | ||
| 50%-80% | 63% | #3-1 | 52% | #6-1 | 56% |
| #3-2 | 60% | #6-2 | 61% | ||
| #3-3 | 65% | #6-3 | 72% | ||
| #3-4 | 70% | #6-4 | 74% | ||
4. Analisis operasi AGC menggunakan BESS
Dari perspektif jangka panjang, terdapat siklus operasi AGC dan siklus operasi pemulihan SOC. Gambar 9 menganalisis hasil percobaan pada kondisi pada Tabel 3. Dari error target AGC dan output daya FRC terlihat persentase operasi normal cukup rendah. Pengoperasian normal berarti kesalahan antara referensi AGC dan keluaran daya BESS berada dalam kisaran 5%, yang merupakan salah satu alasan mengapa keandalan pengoperasian AGC menurun setelah 30 menit. Dalam skenario terburuk, untuk memastikan pengoperasian AGC selama 30 menit, mengingat 50% SOC tersedia, BESS harus memiliki kapasitas laju 1C.
Dalam kondisi terbatas, ada beberapa hal yang perlu diperbaiki. Pertama, target AGC harus ditetapkan sesuai dengan kondisi BESS untuk mencapai pengoperasian 30 menit. Tabel 4 menunjukkan data dari lima pengukuran FRCM, dengan rata-rata tingkat waktu pengosongan 80% dibandingkan dengan tingkat frekuensi rata-rata. Tingginya target debit EMS mengakibatkan waktu pengoperasian yang disediakan SOC BESS dalam waktu 30 menit tidak mencukupi. Gambar 10 menunjukkan data respon BESS di Pembangkit Listrik Tenaga Panas Honam. Meskipun SOC BESS rendah (50%), waktu pengoperasian AGC cukup untuk mempertahankan durasi yang ditentukan. Hanya ada sedikit perubahan pada SOC karena rasio antara target pengisian dan target pemakaian serupa. Jika rasio antara target pengisian dan target pemakaian berada pada tingkat yang sama, waktu pengoperasian AGC cukup lama untuk menyediakan keluaran daya yang dibutuhkan oleh EMS. Oleh karena itu, EMS harus mempertimbangkan kondisi FRC, seperti SOC yang tersedia, dll.
| Divisi | Tes #1 | Tes #2 | Tes #3 | Tes #4 | Tes #5 | Rata-rata | |
| Frekuensi | >60Hz | 69% | 61% | 62% | 62% | 66% | 64% |
| < 60 Hz | 31% | 39% | 38% | 38% | 34% | 36% | |
| Sasaran AGC | Mengenakan biaya | 13% | 35% | 15% | 16% | 13% | 18% |
| Memulangkan | 86% | 58% | 84% | 84% | 87% | 80% | |
| Siaga | 1% | 7% | 1% | 0% | 0% | 2% | |
Metode lain untuk memenuhi waktu pengoperasian AGC yang diperlukan adalah dengan meningkatkan jangkauan SOC yang tersedia. Namun hal ini harus dipertimbangkan sepenuhnya, karena rentang SOC berkaitan dengan siklus hidup baterai.
Ketiga, ini adalah fungsi tambahan yang tidak bergantung pada waktu pengoperasian AGC. Biasanya rasio antara target pengisian dan target pemakaian berbeda. Oleh karena itu, BESS yang digunakan untuk operasi AGC memerlukan operasi pemulihan SOC. Untuk mengurangi waktu operasi pemulihan SOC, metode meningkatkan daya pengisian terukur dapat digunakan. Jika hal ini menyebabkan kesalahan SOC di BMS, operasi pengisian kecepatan variabel dapat dipertimbangkan.
5. Ringkasan
Artikel ini menjelaskan hasil pengujian pengoperasian AGC menggunakan FR-ESS 8MW untuk memajukan teknologi AGC BESS. Dari perspektif jangka panjang, terdapat siklus operasi AGC dan siklus operasi pemulihan SOC. Saat ini, persentase operasi normal cukup rendah berdasarkan kesalahan antara target AGC dan keluaran daya FRC.
Dibandingkan dengan pengoperasian AGC pada pembangkit listrik tradisional, BESS memiliki keunggulan karena tidak memiliki penundaan dan dapat melacak referensi daya secara akurat, namun sulit untuk dioperasikan dalam jangka waktu lama karena pengoperasian AGC memerlukan target daya yang terus menerus dan acak.
Untuk meningkatkan kinerja operasi AGC BESS, disarankan agar rasio target pengisian dan pengosongan EMS harus berada pada tingkat yang sama, dan EMS harus mempertimbangkan kondisi FRC; Metode lain untuk memenuhi waktu pengoperasian AGC yang diperlukan adalah dengan meningkatkan jangkauan SOC yang tersedia; Terakhir, BESS yang digunakan untuk operasi AGC perlu mempersingkat waktu operasi pemulihan SOC.