Optimization of battery bank sizing for energy storage system and impacts during active filter operation mode

Abstract

Devido ao comportamento intermitente durante a geração de energia por fontes renováveis (como Fotovoltaica (FV) e eólica), o sistema de armazenamento por bateria (do inglês, Battery Energy Storage System - BESS) tem se apresentado como uma aplicação interessante no sistema elétrico de potência. O BESS pode ser usado para várias operações, como suporte no horário de pico, regulação de frequência e suavização de potência. Além disso, o BESS pode fornecer serviços auxiliares, como Compensação de Corrente Harmônica (do inglês, Harmonic Current Compensation - HCC) e suporte de energia reativa. A escolha da bateria utilizada no BESS não é uma tarefa simples, pois existem vários critérios que devem ser levados em consideração. Assim, este trabalho propõe uma metodologia de apoio ao processo de seleção de baterias. Seis critérios são considerados: a tensão do barramento cc do sistema, a vida útil da bateria, o volume do banco de baterias, as perdas de energia do banco de baterias, o preço do banco de baterias e o índice de capacidade de armazenamento. A tomada de decisão baseada em múltiplos critérios (do inglês, Multiple Criteria Decision Making - MCDM) é usado para escolher a melhor bateria com base na importância relativa entre os conceitos de Despesa Operacional (do inglês, operational expenditure- OPEX) e Despesa de Capital (do inglês, capital expenditure - CAPEX). A metodologia proposta neste trabalho é aplicada a 27 baterias de chumbo-ácido e de íon-lítio, com o objetivo de selecionar a melhor solução para um sistema fotovoltaico, baseado no modo de operação de deslocamento de pico de geração, com foco no armazenamento de energia fora do horário de ponta e injeção no horário de ponta. Além disso, foi iniciado o estudo do BESS operando como deslocamento do pico de geração e HCC. Assim, a avaliação da vida útil do estágio dc/ac do sistema BESS ´e analisada com base no perfil de operação do sistema. Nesse contexto, ´e realizada a avaliação do tempo de vida útil dos dispositivos semicondutores e dos capacitores do barramento cc. A vida útil do estágio dc/ac do BESS trabalhando apenas com deslocamento de pico de geração ´e considerada como sendo o caso base e ´e comparada ao consumo de vida útil do BESS quando este compensa correntes harmônicas 5 o e 7 o ordens. Como resultados, observa-se um aumento no consumo de vida nos componentes analisados devido ao processo de HCC. Além disso, resultados experimentais do sistema proposto (BESS com operação HCC) são apresentados neste trabalho. A bancada com os principais componentes são descritos e os resultados de condicionamento, controle e térmicos são apresentados.