Sistem penyimpanan energi memainkan peran penting dalam sistem tenaga modern, terutama dengan meningkatnya penetrasi sumber energi terbarukan. Operasi penyimpanan energi empat kuadran - merupakan konsep penting yang menggambarkan karakteristik aliran daya antara sistem penyimpanan energi dan jaringan listrik.
Menurut GB/T 44026 - 2024 "Spesifikasi Teknis untuk Sistem Penyimpanan Energi Baterai Lithium - ion Tipe Kabin Prefabrikasi -", output daya dari sistem penyimpanan energi harus disesuaikan dalam empat kuadran1.
1.Konsep Dasar Penyimpanan Energi Empat Kuadran
1.1 Pengertian Faktor Daya
Ada 4 karantina yang perlu diperhatikan.
Pada kuadran pertama, daya aktif (P) dan daya reaktif (Q) dari sistem penyimpanan energi lebih besar dari 0. Sistem penyimpanan energi berada dalam kondisi pemakaian, melepaskan daya aktif ke jaringan listrik dan memberikan kompensasi daya reaktif pada saat yang bersamaan. Hal ini biasanya terjadi ketika jaringan memerlukan tambahan daya aktif dan dukungan daya reaktif selama periode beban puncak2.
Pada kuadran kedua, daya aktif sistem penyimpanan energi kurang dari 0, dan daya reaktif lebih besar dari 0. Jaringan memasok daya aktif ke sistem penyimpanan energi, sedangkan sistem penyimpanan energi memberikan kompensasi daya reaktif ke jaringan. Situasi ini dapat terjadi ketika jaringan listrik memiliki faktor daya terdepan dan memerlukan kompensasi daya reaktif induktif, dan sistem penyimpanan energi dapat menyerap daya aktif untuk pengisian daya sekaligus menyediakan daya reaktif.2.
Di kuadran ketiga, daya aktif dan daya reaktif sistem penyimpanan energi kurang dari 0. Jaringan memasok daya aktif dan daya reaktif ke sistem penyimpanan energi, dan sistem penyimpanan energi dalam keadaan terisi dan menyerap daya reaktif dari luar. Ini adalah kondisi pengisian normal sistem penyimpanan energi ketika jaringan listrik memiliki daya yang cukup dan sistem penyimpanan energi perlu diisi dayanya2.
Pada kuadran keempat, daya aktif sistem penyimpanan energi lebih besar dari 0, dan daya reaktif kurang dari 0. Sistem penyimpanan energi menyuplai daya aktif ke jaringan listrik dan menyerap daya reaktif dari luar. Ini dapat digunakan untuk mengatur tegangan jaringan selama kondisi pengoperasian tertentu, misalnya, ketika tegangan jaringan terlalu tinggi dan memerlukan kompensasi daya reaktif kapasitif, sistem penyimpanan energi dapat melepaskan daya aktif sekaligus menyerap daya reaktif2.
1.2Menghitung Faktor Daya
Dengan menggunakan Teorema Pythagoras kita dapat menghitung parameter ke-3 dari 2 parameter tersebut sebagai berikut3.
Teorema Pythagoras menyatakan A² + B²=C²
Selain itu kita menggunakan rule SOHCAHTOA
Sinus ϕ=Berlawanan/Si Miring
Cos ϕ=Berdekatan/Miring
Tan ϕ=Berseberangan/Berdekatan
1.3 Sudut Faktor Daya
Sudut Faktor Daya juga biasa disebut Sudut Fase.
Istilah Faktor Daya (PF) hanyalah rasio antara Daya Nyata atau "Sejati" (P) dan Daya Semu (S). Sedangkan Daya Reaktif (Q) merupakan komponen reaktifnya.
Faktor Daya (PF)=Daya Nyata KW (P) / Daya Semu KVA (S)
Misalnya untuk Daya Nyata=80kW, dan Daya Reaktif=100kVA yang kita miliki
PF=80/100=0.8
Ini mewakili kerugian 20%!!! dan dalam banyak kasus bisa menjadi jauh lebih buruk3.
2. Signifikansi Operasi Empat - Kuadran
Pengoperasian sistem penyimpanan energi di empat kuadran - mempunyai arti penting bagi pengoperasian yang stabil dan pengelolaan sistem tenaga yang efisien.
Pertama-tama, hal ini dapat meningkatkan kualitas daya jaringan listrik. Dengan mengatur daya aktif dan reaktif pada kuadran yang berbeda, sistem penyimpanan energi dapat mengkompensasi fluktuasi daya dan ketidakstabilan tegangan yang disebabkan oleh sumber energi terbarukan, seperti tenaga angin dan surya. Misalnya, ketika keluaran tenaga angin tiba-tiba menurun, sistem penyimpanan energi di kuadran pertama dapat dengan cepat melepaskan daya aktif untuk menjaga kestabilan frekuensi dan tegangan jaringan.4.
Kedua, dapat meningkatkan keandalan sistem tenaga listrik. Jika terjadi gangguan jaringan listrik atau keadaan darurat, sistem penyimpanan energi dapat beroperasi di kuadran berbeda untuk menyediakan dukungan daya darurat dan kompensasi daya reaktif. Misalnya, selama gangguan sirkuit pendek jaringan listrik -, sistem penyimpanan energi dikombinasikan dengan Kompensator Sinkron Statis (StatCom) dapat menyuntikkan atau menyerap daya aktif dan reaktif secara antipati dengan aliran saluran untuk meredam osilasi dan menstabilkan sistem tenaga.4.
Terakhir, dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan perangkat penyimpanan energi. Pengoperasian empat kuadran - memungkinkan sistem penyimpanan energi untuk mengisi dan mengosongkan daya pada waktu berbeda dan dalam kondisi faktor daya berbeda, memanfaatkan sepenuhnya kapasitas baterai dan media penyimpanan energi lainnya4.
3.Realisasi Teknologi Operasi Empat - Kuadran
Realisasi pengoperasian sistem penyimpanan energi empat kuadran - terutama bergantung pada sistem konversi daya (PCS) dan strategi pengendalian.
Untuk PCS, biasanya mengadopsi topologi konverter multi level -, seperti konverter cascaded H - bridge (CHB). Sistem penyimpanan energi baterai (BESS) berbasis konverter CHB - dapat mewujudkan operasi empat kuadran - dengan mengontrol aliran daya antara baterai dan jaringan listrik5. Seperti yang diusulkan dalam makalah "Kontrol Operasi Empat Kuadran Tegangan Tinggi - Transformerless Kapasitas Besar - Sistem Mengintegrasikan Penyimpanan Energi Baterai dan Kompensasi Daya Reaktif", dengan dekomposisi vektor dari tegangan fase modulasi loop - tertutup yang dihasilkan, faktor daya sisi jaringan - dapat dipertahankan dan semua sub modul - faktor daya dapat dikompensasi tanpa melebihi batas siklus mikro -6.
Dalam hal strategi pengendalian, diperlukan strategi pengendalian yang komprehensif. Misalnya, strategi pengendalian yang diusulkan untuk BESS berbasis CHB - mencakup dekomposisi kuantitatif komponen arus baterai dengan filter LC, memperoleh rentang yang layak untuk menghindari siklus mikro - dalam empat operasi kuadran -, dan menganalisis strategi modulasi terpadu yang mempertimbangkan untuk menghilangkan siklus mikro - dan siklus dalam - keadaan fase pemerataan muatan7.
Contoh lainnya adalah sistem pengaturan daya empat kuadran - yang diusulkan oleh Departemen Teknik Elektro Universitas Tsinghua dan unit lainnya. Sistem ini menggabungkan penyimpanan energi dan StatCom, dan dapat memberikan kompensasi daya, regulasi, dan fungsi dukungan untuk keacakan, bentuk gelombang, dan ketidakpastian energi baru. Ia dapat merespons pengiriman jaringan listrik dalam 5 milidetik dan mewujudkan penyesuaian cepat daya aktif dari 0 hingga 100% dalam 150 milidetik8.
4. Kasus Penerapan Operasi Empat Kuadran -
Di beberapa pembangkit listrik tenaga angin - surya - skala besar, sistem penyimpanan energi dapat beroperasi di kuadran yang berbeda sesuai dengan keluaran tenaga angin dan surya serta permintaan jaringan listrik. Ketika tenaga angin dan surya berlimpah, sistem penyimpanan energi dapat beroperasi di kuadran ketiga untuk mengisi dan menyimpan energi; ketika tenaga angin dan matahari tidak mencukupi, ia dapat beroperasi di kuadran pertama untuk mengalirkan dan memasok listrik ke jaringan listrik.
Pada jaringan distribusi tenaga listrik, sistem penyimpanan energi juga dapat digunakan untuk pengaturan tegangan dan kompensasi daya reaktif. Dengan beroperasi pada kuadran kedua dan keempat, dapat mengatur tegangan jaringan distribusi dan meningkatkan faktor daya dari sisi pengguna.9.
Pengoperasian sistem penyimpanan energi empat - kuadran merupakan teknologi penting dalam sistem tenaga modern. Hal ini dapat meningkatkan kualitas daya, meningkatkan keandalan sistem, dan meningkatkan efisiensi pemanfaatan perangkat penyimpanan energi. Dengan terus berkembangnya teknologi energi baru dan meningkatnya permintaan akan stabilitas sistem tenaga listrik, pengoperasian sistem penyimpanan energi di empat kuadran - akan memainkan peran yang semakin penting dalam sistem tenaga listrik di masa depan.
[1]GB/T 44026 - 2024, Spesifikasi Teknis untuk Sistem Penyimpanan Energi Baterai Lithium ion - Tipe Kabin Pracetak -.
[2]Panitia Khusus Teknologi Penyimpanan Energi, Pengantar Persyaratan Teknis Pengendalian Daya Sistem Penyimpanan Energi.
[3] Fastron Electronics, Cara Kerja Koreksi Faktor Daya.
[4]Douding.com, Metode perencanaan penyimpanan energi empat{2}}kuadran untuk Meningkatkan Kapasitas Konsumsi fotovoltaik dan Keamanan jaringan Distribusi.
[5]IEEE, Kontrol Operasi Empat-kuadran dari konverter jembatan H-kaskade Sistem Penyimpanan Energi Baterai.
[6]Prosiding CSEE, Teknologi Kontrol Operasi Empat-kuadran untuk-Tegangan Tinggi-sistem Berkapasitas besar-menggantung dengan Penyimpanan Energi Baterai dan Kompensasi Daya reaktif.
[7]AEPS, strategi konfigurasi yang dioptimalkan untuk penyimpanan energi di jaringan distribusi dengan mempertimbangkan output daya empat{1}}kuadran.
[8]Tsinghua University News, Sistem Pengaturan Kekuasaan Empat-Kuadran.
[9]Douding.com, Penelitian tentang Strategi Daya + Kontrol Langsung Sistem BESS.
