การศึกษาระบบกักเก็บพลังงานแบบผสมระหว่างแบตเตอรี่กับตัวเก็บประจุยิ่งยวดด้วยเทคนิคการจัดการพลังงานที่บัสไฟตรง
Study of a Battery-super Capacitor Hybrid Energy Storage System Using Energy Management Technique at DC-bus Network
Abstract
งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาและทดลองระบบกักเก็บพลังงานแบบผสมระหว่างแบตเตอรี่กับตัวเก็บประจุยิ่งยวด โดยมีการเชื่อมต่อชุดกักเก็บพลังงานทั้งสองเข้าด้วยกันที่บัสไฟตรงของอินเวอร์เตอร์ ในส่วนของอินเวอร์เตอร์ถูกตั้งโหมดการทำงานให้ทำหน้าที่รักษาแรงดันที่บัสไฟตรงให้คงที่ที่ 600 โวลต์ เพื่อใช้เป็นจุดเชื่อมต่อให้กับคอนเวอร์เตอร์ต่างๆ ที่ควบคุมการอัดประจุและคายประจุอุปกรณ์กักเก็บพลังงานทั้งสองชนิด โดยคอนเวอร์เตอร์แต่ละตัวมีพิกัดกำลังงานสูงสุด 25 กิโลวัตต์ ใช้ความถี่การสวิตช์ 4 กิโลเฮิร์ตซ์ และมีไอจีบีทีเป็นอุปกรณ์สวิตชิ่ง ระบบนี้รองรับคอนเวอร์เตอร์ได้ทั้งหมด 4 ตัว จึงทำให้มีพิกัดกำลังงานรวมสูงสุดที่ 100 กิโลวัตต์ ในการทำงานของระบบโดยรวมนั้น อุปกรณ์กักเก็บพลังงานทั้งสองชนิดรวมถึง
คอนเวอร์เตอร์แต่ละตัว สามารถถูกสั่งให้มีการอัดประจุหรือคายประจุตามระดับกำลังงานที่กำหนดได้โดยอิสระ โดยพลังงานที่เกิดจากการทำงานจะมีการเสริมหรือหักล้างกันที่บัสไฟตรงของอินเวอร์เตอร์ จากผลการทดลองเป็นการยืนยันว่า ระบบที่ได้ออกแบบมีการทำงานได้ตามที่ตั้งไว้ ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น
This research has studied and tested the battery-supercapacitor hybrid energy storage system. The battery energy storage and supercapacitor energy storage are connected to the dc-bus network of the inverter. This inverter is operated in a dc-bus voltage regulation mode for keeping the dc-bus voltage at 600 V. The dc-bus network is used as a common point for connecting of multiple dc-to-dc converters, which are used to cooperative control both charging and discharging amount of energy from battery banks and supercapacitors banks. Each converter has a power rating of 25 kW and IGBTs (Insulated-gate bipolar transistors) as switching devices, wherein the switching frequency of each IGBT is 4 kHz. Totally, this system can support at least four dc-to-dc converters, resulting in a total power rating of at least 100 kW. Moreover, each converter can independently charge or discharge an amount of energy to or from a corresponding energy storage device, resulting in the amount of energy during charging or discharging can be combined at the dc-bus network. The experimental results confirm that the proposed system can intentionally work as expected from the design and description above.
Keywords
[1] Energy Policy and Planning Office. (2015, June). Thailand Power Development Plan 2015–2036. [Online] (in Thai). Available: http://www.eppo. go.th/images/POLICY/ENG/PDP2015_Eng.pdf
[2] Ministry of Energy Thailand. (2015, February). Master Plan for Smart Grid Network System Development in Thailand 2015–2034. [Online] (in Thai). Available: http://www.eppo.go.th/ images/Power/pdf/smart_gridplan.pdf
[3] D. Connolly. (2009, August). A Review of Energy Storage Technologies. [Online]. Available: http:// www.paredox.com/foswiki/pub/Luichart/ RedoxTechnicalPapers/David_Connolly_UL_ Energy_Storage_Techniques_V3.pdf
[4] S. Eckroad EPRI, “EPRI DOE handbook of energy storage for transmission and distribution applications,” Technical Report, EPRI and U.S. Department of Energy, 2003.
[5] G. Albright, J. Edie, and S. Al-Hallaj. (2012, March). A Comparison of Lead Acid to Lithiumion in Stationary Storage Applications [Online]. Available: https://docplayer.net/14063000- A-comparison-of-lead-acid-to-lithium-ion-instationary- storage-applications.html
[6] A. Gonzalez, B. Ó'Gallachóir, E. McKeogh, and K. Lynch. (2004, May). Study of electricity storage technologies and their potential to address wind energy intermittency in Ireland, Sustainable Energy Ireland [Online]. Available: https://studylib.net/doc/18708257/studyof- electricity-storage-technologies-and-theirpoten
[7] K. Bradbury. (2010, August). Energy Storage Technology Review [Online]. Available: https://www.kylebradbury.org/docs/papers/ Energy-Storage-Technology-Review-Kyle- Bradbury-2010.pdf
[8] K. Y. Cheung, S. T. Cheung, R. G. Navin De Silva, M. P. Juvonen, R. Singh, and J. J. Woo, Large- Scale Energy Storage Systems. London: Imperial College London, 2003.
[9] K. Sahay and B. Dwivedi, “Supercapacitors energy storage system for power quality improvement: An overview,” Journal of Electrical Systems, vol. 5, no. 4, pp 1–8, 2009.
[10] X. Luo, J. Wang, M. Dooner, and J. Clarke, “Overview of current development in electrical energy storage technologies and the application potential in power system operation,” Applied Energy, vol 137, pp. 511–536, 2015.
[11] T. Ma, H. Yang, and L. Lu, “Study on stand-alone power supply options for an isolated community,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 65, pp. 1–11, 2015.
[12] T. Ma, H. Yang, and L. Lu, “A feasibility study of a stand-alone hybrid solar–wind–battery system for a remote island,” Applied Energy, vol. 121, pp. 149–58, 2014.
[13] T. Ma, H. Yang, and L. Lu, “Performance evaluation of a stand-alone photovoltaic system on an isolated island in Hong Kong,” Applied Energy, vol. 112, pp. 663–672, 2013.
[14] M. E. Glavin, P. K. W. Chan, and W. G. Hurley, “Optimization of autonomous hybrid energy storage system for photovoltaic applications,” in Proceedings 2009 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, San Jose, CA, 2009, pp. 1417–1424.
[15] M. E. Glavin, K. W. Chan, S. Armstrong, and H. W. Hurley, “A stand-alone photovoltaic supercapacitor battery hybrid energy storage system,” in Proceedings 2008 13th International Power Electronics and Motion Control Conference, Poznan, 2008, pp. 1688–1695.
[16] M. E. Glavin and W. G. Hurley, “Ultracapacitor/ battery hybrid for solar energy storage,” in Proceedings 2007 42nd International Universities Power Engineering Conference, Brighton, 2007, pp. 791–795.
[17] P. Chanhom, S. Sirisukprasert, and N. Hatti, “A new mitigation strategy for photovoltaic power fluctuation using the hierarchical simple moving average,” in Proceedings 2013 IEEE International Workshop on Inteligent Energy Systems (IWIES), Vienna, 2013, pp. 28–33.
[18] T. Ma, H. Yang, and L. Lu, “Development of hybrid battery-supercapacitor energy storage for remote area renewable energy systems,” Applied Energy, vol. 153, pp. 56–62, 2015.
[19] S. Kumar and B. Singh, “Self-normalizedestimator- based control for power management in residential grid synchronized PV-BES microgrid,” IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 15, no. 8, pp. 4764–4774, 2019.
[20] K. Lo, Y. Chen, and Y. Chang, “Bidirectional singlestage grid-connected inverter for a battery energy storage system,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 64, no. 6, pp. 1–1, 2016.
[21] S. K. Kollimalla, M. K. Mishra, A. Ukil, and G. H. Beng, “DC grid voltage regulation using new HESS control strategy,” IEEE Transactions on Sustainable Energy, vol. 8, no. 2 pp. 772–781, 2016.
[22] V. Blasko and V. Kaura, “A new mathematical model and control of a three-phase AC-DC voltage source converter,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 12, no. 1, pp. 116– 123, 1997.
[23] N. Mohan, T.M. Undeland, and W. P. Robinns, Power Electronics: Converters, Applications, and Design. 3rd Edition, New York: Johm Wiley & Sons, 2003.
[24] N. Hatti and S. Nuilers , “Method and apparatus for charging and discharging supercapacitors based on buck-boost converter,” TH Petty Patent Pending 1803000826, Apr. 4, 2018 (in Thai).
DOI: 10.14416/j.kmutnb.2022.01.002
ISSN: 2985-2145
Email this article 
Hide
Show all