Battery Based Energy Storage Emulation in Low Voltage Grids

Det elektriske nettet er i ferd med å moderniseres betydelig. En av de mest vesentlige trendene som kan modernisere kraftnettet er økt penetrasjon av distribuerte energiressurser. Distribuert generasjon forårsaker bidireksjonal kraftflyt og et desentralisert nettdesign. Integrasjonen av fornybare energikilder kommer med utfordringer, særlig når det gjelder planlegging og drift. Dette skyldes hovedsakelig de periodiske egenskapene ved fornybar energi, da de ofte er væravhengige. Integrasjonen av energilagringssystemer til lavspenningsnettet støtter bruken av fornybare energikilder. Denne avhandlingen tar for seg netteverksintegrasjonen av et batteri energilagringssystem. Komponentene som er involvert i systemet beskrives teoretisk. Batteripakkene er designet for å møte de gitte kravene og testes gjennom simuleringer. En DC-DC omformer presenteres med en forklaring av indre strømløkkeregulering og ytre spenningsløkkeregulering. Batteriet og omformeren er implementert i MATLAB/Simulink, og resultatene presenteres. Videre forklares power hardware in the loop (PHIL) metoden. Batteripakken og DC-DC omformeren kombineres med en fysisk nettforbindelse ved bruk av en spenningskildeomformer ved å benytte PHIL-teknikken. Emuleringen av energilagringssystemet presenteres gjennom laboratorieresultatene. Arbeidet i denne avhandlingen kan deles opp i tre hoveddeler: design, simulering og laboratoriearbeid. Designprosessen omfatter å utforme batterisystemet. Ulike batterityper er skissert, og litium-ionbatteriet er valgt. DC-DC omformerens komponenter er kalkulert, samt en regulering av strøm og spenningskontroll. Simuleringsprosessen gir resultatene fra batteriet og DC-DC omformeren modellert som en gjennomsnittsmodell. Laboratoriearbeidet implementerer PHIL strategien for å koble det emulerte batterilagringssystemer til fysisk laboratorieutstyr. Simuleringsresultatene viste en fungerende kontrollstrategi for både spennings- og strømkontrollsløyfene. Spenningene og strømmene ut av batteripakken og DC-DC omformeren var akseptable. Dette muliggjorde videre laboratorietesting. Eksperimenter i laboratoriet viser at den simulerte og fysiske sensorspenningen oppførte seg identisk. Strømmen fra det fysiske utstyret opplevde et høyere støynivå enn den simulerte strømmen, noe som bunner i bruken av sensorer som er vurdert til mye høyere strømmer som fører til en sensitiv lavstrømsdrift. For å oppsummere, presenterer denne oppgaven en fungerende PHIL strategi for emulering av et energilagringssystem koblet til et lavspenningsnett