Le tecnologie di grid tracking e gridforming dei sistemi di accumulo di energia rappresentano due diverse modalità di lavoro, che presentano differenze significative nei loro ruoli, caratteristiche funzionali e scenari applicativi nel sistema energetico.
Differenza
Metodo di connessione alla rete:
Entrambi sono collegati alla rete tramite inverter, ma i loro principi di funzionamento sono diversi. L'apparecchiatura collegata alla rete funziona come una fonte di corrente, facendo affidamento sul riferimento di tensione fornito dalla rete elettrica esterna per sincronizzare la propria uscita; E le apparecchiature per la costruzione della rete sono come una fonte di tensione, in grado di formare in modo indipendente tensione e frequenza stabili senza il supporto della rete elettrica esterna.
Contributo di stabilità:
Lo stoccaggio dell’energia connesso alla rete opera principalmente in un ambiente di rete stabile e non ha la capacità di fornire supporto di tensione o frequenza; Al contrario, lo stoccaggio dell’energia basato sulla rete continua a fornire energia ai carichi durante i guasti della rete e aiuta a mantenere la stabilità e l’affidabilità delle reti elettriche locali.
Scenari applicativi:
Il tipo grid-follow è adatto all'uso in reti elettriche di grandi dimensioni con buona stabilità, basso costo e facile implementazione; Il tipo di rete è più adatto per l'applicazione in sistemi di generazione di energia distribuita, microreti o aree remote, soprattutto in situazioni in cui è richiesta una risposta rapida o un'elevata capacità di sovraccarico a breve termine.
Vantaggi e svantaggi
Segui il tipo di rete
Vantaggi: Struttura semplice ed affidabile, basso costo di investimento iniziale; Facile da integrare nell'infrastruttura elettrica esistente.
Svantaggio: mancanza di capacità di supporto per la rete elettrica, incapacità di mantenere autonomamente il funzionamento in caso di instabilità della rete.
Tipo di rete
Vantaggi: costruzione indipendente della rete elettrica, fornendo supporto di tensione e frequenza; Avere maggiore flessibilità e adattabilità, soprattutto quando si affrontano situazioni impreviste.
Svantaggi: i requisiti tecnici relativamente complessi sono più elevati, l'investimento iniziale è maggiore e anche la difficoltà di progettazione e implementazione è maggiore.
Esempio
Segui l'esempio della rete
Un sistema di accumulo di energia con batterie al litio da 500 kW/1 MWh è stato installato in un parco industriale nel sud della Cina. Il sistema adotta una rete che segue il PCS (Power Conversion System) ed è utilizzato principalmente per il peak shaving, il riempimento delle valli e la produzione regolare di nuova energia. In questo progetto, il sistema di accumulo dell'energia è accoppiato alla centrale fotovoltaica e collegato alla rete elettrica. Il sistema di controllo EMS viene utilizzato per un controllo coordinato volto ad ottimizzare l'economia elettrica dell'intero parco.
Esempio di tipologia costruttiva della rete
La State Grid Corporation of China ha pubblicato un rapporto sul controllo della rete di accumulo di energia e sui test di connessione alla rete per il 2024, in cui si menziona che gli indicatori chiave di prestazione come la regolazione della frequenza primaria, la risposta inerziale e il controllo dello smorzamento del sistema di accumulo di energia del tipo a rete sono stati verificati attraverso test effettivi.
Ad esempio, in un test di regolazione della frequenza, il sistema di accumulo dell’energia di tipo rete ha dimostrato un’eccellente velocità di risposta dinamica, in grado di regolare la potenza attiva in uscita in pochi millisecondi, aiutando la rete elettrica a ripristinare rapidamente la stabilità della frequenza.
Confronto dei parametri
PCS connesso alla rete: tipicamente caratterizzato da caratteristiche della sorgente di corrente, con potenza di uscita fortemente influenzata dalle condizioni della rete, adatto per la gestione dell'energia in ambienti di rete convenzionali. Un’applicazione tipica è il sistema di accumulo di energia con batteria al litio da 500 kW/1 MWh nel caso sopra, il cui compito principale è seguire i cambiamenti nella rete elettrica e garantire uno scambio energetico regolare.
PCS di tipo rete: presenta caratteristiche della sorgente di tensione, in grado di regolare attivamente la tensione e la frequenza di uscita e di mantenere la continuità dell'alimentazione anche in caso di interruzione della rete. Questi tipi di sistemi sono spesso dotati di algoritmi e tecnologie di controllo più avanzati, come strategie di controllo della sincronizzazione della potenza, che consentono loro di regolare direttamente la potenza attiva/reattiva quando l’uscita fluttua sul lato della produzione di energia.
Esistono differenze fondamentali nelle strategie di controllo delle tecnologie di stoccaggio dell’energia che seguono la rete e che formano la rete, che si riflettono nel modo in cui interagiscono con la rete, rispondono ai cambiamenti nella rete e nei tipi di servizi che forniscono.
Le differenze specifiche tra le due strategie di controllo tecnico:
Obiettivi di controllo
Controllo del rispetto della rete: il suo scopo principale è seguire lo stato della rete elettrica, ovvero l'inverter regola la sua uscita in base alla tensione e alla frequenza della rete elettrica. Con questo metodo di controllo l'inverter viene considerato come una fonte di corrente che immette nella rete quanta più energia elettrica possibile e si disconnette automaticamente per proteggersi in caso di disturbi della rete. Pertanto, il compito principale del controllo di rete è quello di massimizzare l’utilizzo di nuova energia all’interno della struttura della rete elettrica esistente.
Controllo del tipo di rete: mira a simulare il comportamento dei tradizionali generatori sincroni, stabilire e mantenere attivamente i livelli di tensione e frequenza delle reti elettriche locali. Ciò significa che anche senza il supporto della rete elettrica esterna, gli inverter di tipo rete possono creare un ambiente di alimentazione stabile. Gli inverter di tipo a rete sono essenzialmente sorgenti di tensione che emettono tensione e frequenza attraverso segnali di parametri di tensione interni. Possono funzionare indipendentemente o in parallelo con altre fonti di energia.
Meccanismo di risposta
Controllo di inseguimento della rete: poiché fanno affidamento su reti elettriche esterne per fornire segnali di riferimento, gli inverter che seguono la rete potrebbero non essere in grado di fornire un supporto efficace alla rete quando si verificano guasti o fluttuazioni anomale e potrebbero scegliere di disconnettersi per scopi di autoprotezione. Ad esempio, in condizioni di ride through a bassa tensione (LVRT) o ad alta tensione (HVRT), gli inverter collegati alla rete devono ridurre rapidamente la potenza in uscita o addirittura interrompere completamente la generazione di elettricità per evitare di danneggiare le apparecchiature.
Controllo del tipo di rete: con una maggiore capacità di "ride through", può funzionare continuamente durante i guasti della rete elettrica e iniettare la corrente di cortocircuito necessaria o rilasciare energia cinetica nel sistema, contribuendo a ripristinare la stabilità di tensione e frequenza. Ciò rende gli inverter di tipo rete più adatti per applicazioni che richiedono un'elevata stabilità della rete, come microreti o sistemi di alimentazione indipendenti in aree remote.
Caratteristiche del servizio
Controllo di rete: serve principalmente alla gestione dell'energia, come il peak shaving e il riempimento delle valli, il livellamento della produzione di energia intermittente, ecc. Questo tipo di applicazione si verifica tipicamente in ambienti di reti elettriche di grandi dimensioni, dove la rete stessa ha inerzia e forza sufficienti per assorbire qualsiasi potenziale instabilità .
Controllo del tipo di rete: oltre alla gestione dell'energia, fornisce anche importanti servizi ausiliari, inclusi ma non limitati al supporto rapido della tensione, risposta all'inerzia, regolazione della frequenza primaria, ecc. Queste funzioni sono cruciali per migliorare il livello di corrente di cortocircuito del sistema e migliorare la resilienza della rete elettrica.
Algoritmo di controllo
Controllo successivo alla rete: generalmente, l'algoritmo di inseguimento della massima potenza (MPPT) viene utilizzato per garantire la massima efficienza di utilizzo della nuova energia, cooperando al tempo stesso con la tecnologia PLL (phase-locked loop) per ottenere la sincronizzazione con la rete elettrica.
Controllo di tipo rete: si affida maggiormente ad algoritmi avanzati come Droop Control e Virtual Synchronous Machine (VSG), che imitano il comportamento dinamico dei generatori sincroni per adattarsi meglio ai processi transitori dei sistemi elettrici.
