Řízení toků energie v energetickém systému s více akumulačními jednotkami
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Rozptýlená výroba elektrické energie využívající obnovitelné zdroje, jako je sluneční energie, přispívá ke snížení emisí skleníkových plynů. Z hlediska provozu distribuční soustavy je také výhodné, aby energie byla primárně spotřebována v místě výroby. To je částečně možné přizpůsobením spotřeby, ale především využitím akumulačních systémů. V této práci je představen hybridní systém složený z fotovoltaické elektrárny, akumulátoru elektrické energie a akumulátoru tepelné energie. Výběr a parametry všech částí hybridního systému jsou popsány v práci. Akumulátor elektrické energie je navržen a sestaven z LiNiMnCoO2 článků a řídícího systému zajišťujícího bezpečný provoz. Řídicí systém akumulátoru (BMS) zajistí odpojení baterie, pokud je překročen některý z provozních parametrů baterie. Návrh baterie i sestavy je popsán v práci. Akumulátor tepelné energie sestává z výkonového spínače a nádrže na teplou vodu s topnou patronou pro odporový ohřev vody. Na základě rešerše komerčně používaných zařízení pro regulaci příkonu byly definovány jejich nedostatky a na základě nich bylo navrženo optimální řešení. Řešení spočívá v použití komerčního polovodičového spínacího prvku. Pro tento výkonový spínací prvek byla vytvořena zpětnovazební řídící smyčka s regulátorem výkonu, který byl implementován v prostředí softwaru LabVIEW. V práci je také uveden postup návrhu chladiče spínacího prvku a LCL filtru, který je klíčový pro splnění požadavků elektromagnetické kompatibility. V druhé části práce je popsán návrh nadřazeného řídícího algoritmu, jehož úkolem je řídit výkonové toky v hybridním systému tak, aby byly splněny požadavky definované jak uživatelem, tak i okamžitým stavem akumulátorů. Algoritmus byl implementován v prostředí LabVIEW. Funkčnost celého systému byla ověřena měřením v laboratorních podmínkách. Z výsledků plyne, že nadřazený řídící algoritmus funguje správně. Řídící smyčka tepelného akumulátoru je stabilní a reguluje zátěž na požadovanou hodnotu. Přidanou hodnotou je kratší reakční doba na změnu toku výkonu oproti hybridnímu měniči a díky tomu dochází k minimalizaci přetoků elektrické energie do distribuční sítě. Na práci je možné navázat rozšířením stávajícího algoritmu o možnost řízení/ovládání více typů akumulačních jednotek a generátorů nebo implementováním odlišných strategií řízení.
Distributed electrical power generation which implements renewable sources such as solar power contributes to carbon footprint reduction. From grid operation point of view, it is also beneficial to match the generation and consumption locally. This may be achieved either by demand response or, especially, by accumulation. A hybrid system consisting of photovoltaic power generator, electrical power accumulator and heat accumulator is presented in this thesis. The electrical power accumulator, which consists of LiNiMnCoO2 cells with Battery Management System (BMS), is designed in this thesis. A hot water tank with heating element is used as a heat accumulator. A continuous heat load control is essential for proper operation and the design of the control concept is included in the thesis. Finally, the suitable hybrid system control algorithm, which regards both user and technology requirements, is presented and implemented in LabVIEW environment. Functionality of the system is verified by measurement in laboratory.
Distributed electrical power generation which implements renewable sources such as solar power contributes to carbon footprint reduction. From grid operation point of view, it is also beneficial to match the generation and consumption locally. This may be achieved either by demand response or, especially, by accumulation. A hybrid system consisting of photovoltaic power generator, electrical power accumulator and heat accumulator is presented in this thesis. The electrical power accumulator, which consists of LiNiMnCoO2 cells with Battery Management System (BMS), is designed in this thesis. A hot water tank with heating element is used as a heat accumulator. A continuous heat load control is essential for proper operation and the design of the control concept is included in the thesis. Finally, the suitable hybrid system control algorithm, which regards both user and technology requirements, is presented and implemented in LabVIEW environment. Functionality of the system is verified by measurement in laboratory.
Description
Keywords
Citation
KLUSÁČEK, J. Řízení toků energie v energetickém systému s více akumulačními jednotkami [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Elektroenergetika
Comittee
doc. Ing. Jaroslava Orságová, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Branislav Bátora, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Karel Katovský, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Krbal, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Morávek, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Ptáček, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2020-06-16
Defence
Student seznámil komisi se svou diplomovou prací na téma Řízení toků energie v energetickém systému s více akumulačními jednotkami. S posudky seznámili komisi vedoucí práce Ing. Vrána a oponent Ing. Morávek. S posudkem druhého oponenta komisi seznámil doc. Drápela. Student na otázky oponentů odpověděl. Na doplňující dotazy doc. Drápely student odpověděl bez výhrad.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení