Modelo dinámico de batería de sodio sulfuro para su aplicación en microredes

Abstract

Hoy en día, además de la tendencia a utilizar fuentes renovables de energía, existe también una tendencia a operar estas unidades en una forma descentralizada de modo que sean capaces, si es necesario, de trabajar independientemente o en forma aislada del resto del sistema de potencia. Estos sistemas se denominan microredes (MGs). Cuando se utilizan fuentes de energías renovables, basadas principalmente en la radiación solar o el viento, el problema que normalmente se enfrenta son las fluctuaciones y la naturaleza intermitente de estos recursos. En el caso de las MGs este problema es particularmente crítico dada la capacidad que deben tener de trabajar en forma aislada. Para operar con seguridad la MG normalmente se utiliza una combinación de varios tipos de generadores y también se hace uso de almacenamiento de energía para mantener el equilibrio de la potencia activa. Entre los nuevos sistemas de almacenamiento, las baterías de sodio-sulfuro (NAS) se consideran adecuadas para llevar a cabo diversas tareas de seguridad en las MGs. Las baterías del tipo NAS tienen son capaces de almacenar gran cantidad de energía y densidad de potencia por unidad de volumen y también pueden proporcionar energía tanto en el corto como en el largo alcance. Sin embargo, el inconveniente que estas baterías tienen es que hay pocos modelos que representan fielmente su comportamiento dinámico. Para un estudio adecuado de la seguridad de MGs usando baterías tipo NAS, es necesario identificar el comportamiento dinámico de estas baterías con un modelo preciso. Este artículo presenta el modelado detallado y simulación dinámica de un dispositivo de almacenamiento tipo NAS para su uso en microredes. También se describe el sistema de acondicionamiento de potencia (DSTATCOM) que se utiliza para conectar la batería NAS con la MG y la estrategia de control. Por último, el modelo de la batería NAS se implementa en el entorno de MATLAB / Simulink, poniéndolo a prueba en una microred.

Nowadays, in addition to a tendency to the use of renewable energy sources, there is also the tendency to operate these units in a decentralized manner so that they are able, if necessary, to work independently or in isolation from the rest of the power system. These systems are called microgrids (MGs). When using renewable energy sources, mainly based on solar radiation or wind, the problem is mainly the fluctuating and intermittent nature of these resources. In the case of MGs, this problem is particularly critical given the need of the ability to work in isolation. To operate MGs safely, a combination of several types of generators and also energy storage should be used to maintain the balance of active power. Among the new storage systems, sodium sulphur batteries (NAS) are considered suitable to perform various security tasks in MG. NAS batteries have a high energy and power density per unit volume and they can also provide energy in both the short and long range. However, the disadvantage of these batteries is that there are few models that genuinely represent their dynamic behavior. For a proper study of the security of MGs using NAS battery, it is necessary to identify their dynamic performance with an accurate model. This paper presents the detailed modeling and dynamic simulation of a NAS battery storage for use in MGs. It also describes the power conditioning system (DSTATCOM) used to connect the NAS battery with the MG and the control strategy. Finally, a NAS battery model was implemented in the environment of MATLAB/Simulink, and then tested in a microgrid system.