Evaluation of flywheel and battery systems for power smoothing of a photovoltaic plant into power grid

Abstract

The integration of renewable energy generation presents a great challenge in the energy management of an electrical system. The rapid variability in the production of energy from renewable resources, specifically solar, produces ramps that can cause instability in the electric system due to the inability of conventional generators to assimilate these rapid changes in a short period. As a result, the electric power company limits integration by renewable energy producers. The purpose of this research work is to compare the capabilities of a flywheel and battery for voltage regulation in the face of disturbances produced by a photovoltaic plant in the power grid. A ramp control strategy and a static synchronous compensating control (STATCOM) were used to evaluate the performance of both energy storage systems (ESS). The results showed that the flywheel has better performance than the battery thanks to its rapid capacity to absorb and supply energy at the same rate. Another important result is that the ramp control used makes a considerable contribution to the regulation of voltage, requiring less reactive power and injecting more active power to the network while maintaining the stability of the voltage at the point of common connection.

La integración de la generación de energía renovable presenta un gran reto en el manejo de energía de un sistema eléctrico. Las rápidas variabilidades en la producción de energía de los recursos renovables, específicamente solar, produce rampas que pueden causar inestabilidad en el sistema electico debido a la incapacidad de los generadores convencionales de asimilar estos rápidos cambios en un corto periodo. Como resultado, esto obliga a la compañía de energía eléctrica a limitar la integración por parte de los productores de energía renovable. El propósito de este trabajo de investigación es comparar las capacidades de un volante giratorio (Flywheel) y batería para la regulación de voltaje ante los disturbios producidos por un parque fotovoltaico en la red eléctrica. Una estrategia de control de rampa y un control compensador sincrónico estático (STATCOM) fueron utilizado para evaluar el desempeño de ambos sistemas de almacenamiento de energía. Los resultados demostraron que el volante giratorio tiene mejor desempeño que la batería gracias a su rápida capacidad de absorber y suplir energía a la misma razón. Otro resultado importante es que el control de rampa utilizado hace una considerable contribución a la regulación de voltaje, requiriendo menos potencia reactiva e inyectando más potencia activa a la red manteniendo la estabilidad del voltaje en el punto de conexión en común.