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研究生: 曾翊凱
Yi-Kai Tseng
論文名稱: 儲能系統調頻輔助服務之控制策略研究與建置
Research and Implementation of Control Strategies for Frequency Regulation of Battery Energy Storage System
指導教授: 郭政謙
Cheng-Chien Kuo
口試委員: 張宏展
Hong-Chan Chang
陳鴻誠
Hung-Cheng Chen
黃維澤
Wei-tzer Huang
楊念哲
Nien-Che Yang
郭政謙
Cheng-Chien Kuo
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2022
畢業學年度: 110
語文別: 中文
論文頁數: 110
中文關鍵詞: 調頻輔助服務儲能系統削峰填谷E-dReg電網控制器
外文關鍵詞: Frequency Regulation services, Energy Storage Systems, Peak Shaving, E-dReg, Grid Controller
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  • 為減緩全球暖化及達到永續發展之目標,各國積極發展再生能源。然而穩定性與安全性是電力供給發電與輸配電兩大重要的因素,電力輔助服務就是為維持這兩大因素而生。目前規劃之輔助服務包含快速響應備轉、調頻備轉、即時備轉、補充備轉等輔助服務。傳統的輔助服務是由傳統機組提供,但近年來頻率調節輔助服務與設備的演進,使得擁有快速響應特性之電池儲能系統廣泛應用於調頻輔助服務。為發揮出調頻輔助服務更大的價值,需進行相關研究及分析,以使得輔助服務能夠帶給電網更大助益。
    有鑒於此,本文旨在研究儲能系統應用於調頻輔助服務之控制策略,使能夠有效發揮頻率調節控制曲線之價值,包含各調頻輔助服務之儲能系統SoC補償、增強型調頻輔助服務(E-dReg)以及結合削峰填谷概念於調頻輔助服務等相關控制策略。
    本研究採用實際量測電網頻率之數據,透過自行撰寫調頻輔助服務策略之電池模擬(不考慮老化因素)程式進行控制策略模擬,並設計撰電網控制器實際應用實驗場域,用以驗證與分析控制策略之結果。本研究讓儲能系統在執行頻率調節的同時,透過本文提出的控制策略,為電網帶來類似「削峰填谷」概念之額外助益,以及使電池儲能系統SoC的變化量能夠更加理想化與容易推估剩餘量,減少因達到限制值而影響服務品質的可能性,也使電力調度中心能夠更輕易地排程各場域的儲能系統容量。


    Many countries are actively developing renewable energy to reduce Global Warming and achieve the goal of sustainable development. However, stability and security are two significant factors for power supply, transmission, and distribution; thus, the responsibilities of auxiliary services are to maintain these two factors. At present, auxiliary services include fast response reserve, frequency regulation reserve, spinning reserve, supplemental reserve. Traditionally, auxiliary services are provided by conventional units. In recent years, the evolution of frequency regulation services and equipment of energy storage system makes the usage of battery energy storage systems wider for frequency regulation auxiliary services because of the fast response characteristics. Relevant research and analysis are needed to make frequency regulation services more beneficial to the grid to maximize the value of such services.
    Given above, the purpose of this study is to research the control strategies of energy storage systems applied to frequency regulation services, including battery state of charge compensation of each frequency regulation service, enhanced dynamic regulation, and control strategies combining the concept of peak shaving in frequency regulation services.
    By applying the control strategies proposed in this study, we can verify and analyze the results of the control strategies. This study allows the energy storage system to bring additional benefits that are similar to the concept of peak shaving to the grid while providing frequency regulation service through the control strategy. In addition, they can also make the variation of the state of charge of the battery storage system more idealized and easy to estimate the remaining amount to make power dispatchers schedule the capacity of the energy storage system in each field much easier.

    摘要 III ABSTRACT IV 誌謝 V 目錄 VI 圖目錄 X 表目錄 XV 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究方法 2 1.3 章節概述 3 第二章 再生能源及儲能系統 4 2.1 再生能源現況 4 2.2 儲能系統介紹 9 2.3 儲能系統應用與發展 13 第三章 電網輔助服務 16 3.1 頻率調節概述 16 3.2 臺灣電力輔助服務 17 3.2.1 快速反應備轉輔助服務簡介 18 3.2.2 調頻備轉輔助服務簡介 19 3.2.3 即時備轉輔助服務簡介 19 3.2.4 補充備轉輔助服務簡介 19 3.3 頻率調節輔助服務 19 3.3.1 動態調頻備轉輔助服務(dReg0.25 & dReg0.5) 20 3.3.2 靜態調頻備轉輔助服務(sReg) 22 3.3.3 增強型動態調頻備轉(E-dReg) 23 第四章 調頻備轉策略及應用 26 4.1 實驗場域介紹 26 4.1.1 場域架構 26 4.1.2 功率調節系統 27 4.1.3 儲能電池 28 4.1.4 智慧電力表 30 4.1.5 電網控制器 31 4.1.6 能源管理系統 32 4.1.7 總電池管理系統 34 4.2 儲能系統限制值 34 4.3 動態調頻備轉之一般控制策略 36 4.4 動態調頻備轉之不動帶SOC補償控制策略 39 4.5 靜態調頻備轉之控制策略 40 4.6 結合削峰填谷概念之調頻備轉控制策略 41 4.7 增強型頻率調節控制策略 44 4.8 結合SOC補償之增強型動態調頻備轉控制策略 45 4.9 電池儲能系統模擬 48 第五章 策略模擬與結果分析 51 5.1 策略模擬 51 5.1.1 模擬-動態調頻備轉之一般控制策略 51 5.1.2 模擬-動態調頻備轉之不動帶SoC補償控制策略 54 5.1.3 模擬-靜態調頻備轉之控制策略 56 5.1.4 模擬-結合削峰填谷概念之調頻備轉控制策略 58 5.1.5 模擬-增強型動態調頻備轉(E-dReg)之控制策略 68 5.1.6 模擬-結合SoC補償之增強型動態調頻備轉控制策略 71 5.1.7 結合削峰填谷之調頻服務與增強型調頻服務控制策略比較 75 5.1.8 模擬使用之數據 77 5.2 策略場域實作 81 5.2.1 實測-動態調頻備轉之一般控制策略 81 5.2.2 實測-動態調頻備轉之不動帶SoC補償控制策略 83 5.2.3 實測-靜態調頻備轉(sReg)之控制策略 84 5.2.4 實測-結合削峰填谷SoC補償之調頻備轉控制策略 85 第六章 結論及未來展望 90 6.1 結論 90 6.2 未來展望 91 參考文獻 92

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