ТЕХНІЧНІ ТА СИСТЕМНІ АСПЕКТИ ІНТЕГРАЦІЇ НАКОПИЧУВАЧІВ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ В ПРОМИСЛОВІ ЕЛЕКТРОМЕРЕЖІ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2313-8890.2026.04.01Ключові слова:
системи накопичення енергії, промислові електромережі, реактивна потужність, напругова стабільність, мікромережі, інверторні технології, енергетичний арбітражАнотація
Анотація. У статті здійснено комплексний аналіз технічних та системних аспектів інтеграції систем накопичення електроенергії (BESS) у промислові електромережі з урахуванням режимних, технологічних та економічних параметрів їхнього функціонування. Показано, що зростання частки відновлюваних джерел енергії та високі коливання навантаження на промислових підприємствах зумовлюють потребу у застосуванні накопичувачів як інструменту підвищення гнучкості та стабільності електропостачання. Встановлено, що BESS забезпечують згладжування стохастичних коливань активної потужності, компенсацію реактивної потужності, покращення якості напруги та зменшення навантаження на мережеве обладнання завдяки застосуванню інверторів із функцією керування Q-потужністю, LPF-орієнтованих стратегій та PR-регуляторів. Проаналізовано роль різних типів накопичувачів (літій-іонних, натрій-сірчаних, ванадієвих редокс-систем, гібридних рішень) і критерії їх вибору для промислових умов з урахуванням швидкодії, тривалості циклів та профілю навантаження. Розкрито особливості схем підключення (on-line, off-line, гібридних) і їхній вплив на доступність сервісів керування потужністю та напругою. У системному аспекті обґрунтовано ефективність BESS у вирівнюванні графіка споживання, зменшенні договірної потужності, мінімізації штрафів за реактивну енергію, підвищенні надійності живлення та інтеграції локальних ВДЕ. Показано, що мультисервісне використання накопичувачів (арбітраж, пікове зрізання, регулювання напруги й частоти) істотно скорочує строк окупності проєктів і підвищує економічну ефективність промислових енергосистем порівняно з монофункціональним використанням накопичувачів. На основі кластеризації сезонних сценаріїв «генерація–навантаження» та аналізу індексів вразливості вузлів показано, що раціональне розміщення BESS у структурно та режимно критичних точках мережі забезпечує максимальний техніко-економічний ефект. Отримані висновки можуть бути використані для розроблення стратегій енергоменеджменту промислових підприємств та планування модернізації розподільчих мереж в умовах зростання частки ВДЕ.
Посилання
IEEE Standards Association. (2018). IEEE standard for interconnecting distributed resources with electric power systems (IEEE Std 1547a-2018).
Ma W., Wang W., Wu X., Hu R., Tang F., Zhang W., Han X., Ding L. (2019). Optimal allocation of hybrid energy storage systems for smoothing photovoltaic power fluctuations considering the active power curtailment of photovoltaic. IEEE Access, 7, 74787–74799.
Marcos J., de la Parra I., García M., Marroyo L. (2014). Control strategies to smooth short-term power fluctuations in large photovoltaic plants using battery storage systems. Energies, 7(10), 6593–6619.
Li X., Hui D., Lai X. (2013). Battery energy storage station (BESS)-based smoothing control of photovoltaic (PV) and wind power generation fluctuations. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 4(2), 464–473.
Salimbeni A., Boi M., Marongiu I., Porru M., Damiano A. (2016, June). Integration of active filter and energy storage system for power quality improvement in microgrids. In Proceedings of the International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM) (pp. 709–714).
Jiang Q., Wang H. (2013). Two-time-scale coordination control for a battery energy storage system to mitigate wind power fluctuations. IEEE Transactions on Energy Conversion, 28(1), 52–61.
Jiang Q., Hong H. (2013). Wavelet-based capacity configuration and coordinated control of hybrid energy storage system for smoothing out wind power fluctuations. IEEE Transactions on Power Systems, 28(2), 1363–1372.
Fang C., Chai W., Gu H., Wang L., Cai X. (2016, May). A fuzzy control scheme of the wind-storage combined system for power complementary. In Proceedings of the IPEMC-ECCE Asia Conference (pp. 1474–1479).
Atif A., Khalid M. (2020). Savitzky–Golay filtering for solar power smoothing and ramp rate reduction based on controlled battery energy storage. IEEE Access, 8, 33806–33817.
Liu L.-Y., Gao J.-T., Lo K.-Y. (2017, June). A reactive power control strategy of the grid-connected inverter for microgrid application. In Proceedings of the IFEEC-ECCE Asia Conference (pp. 755–759).
Jena B., Choudhury A. (2017, April). Voltage and frequency stabilisation in a micro-hydro-PV based hybrid microgrid using FLC based STATCOM equipped with BESS. In Proceedings of the International Conference on Circuit, Power and Computing Technologies (ICCPCT) (pp. 1–7).
Park J., Yu J., Kim J., Kim M., Kim K., Han S. (2016). Frequency/voltage regulation with STATCOM with battery in high voltage transmission system. IFAC-PapersOnLine, 49(27), 296–300.
Gao Jun-Ting & Shih, Chang-Heng & Lee, Chun-Wei & Lo, Kuo-Yuan. (2022). An Active and Reactive Power Controller for Battery Energy Storage System in Microgrids. IEEE Access. 10. 1-1. 10.1109/ACCESS.2022.3145009.
Weckesser T., Dominković D. F., Blomgren E. M., Schledorn A., Madsen H. (2021). Renewable energy communities: Optimal sizing and distribution grid impact of photovoltaics and battery storage. Applied Energy, 301, 117408. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.117408
Walker A., Kwon S. (2021). Design of structured control policy for shared energy storage in residential community: A stochastic optimization approach. Applied Energy, 298, 117182. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.117182
Song H., Gu M., Liu C., Amani A. M., Jalili M., Meegahapola L., Yu X., Dickeson G. (2023). Multi-objective battery energy storage optimization for virtual power plant applications. Applied Energy, 352, 121860. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121860
Lawder M. T., Suthar B., Northrop P. W., De S., Hoff C. M., Leitermann O., Crow M. L., Santhanagopalan S., Subramanian V. R. (2014). Battery energy storage system (BESS) and battery management system (BMS) for grid-scale applications. Proceedings of the IEEE, 102(6), 1014–1030. https://doi.org/10.1109/JPROC.2014.2317451
Hamedmoghadam H., Jalili M., Moradi P., Yu X. (2018). A global optimization approach based on opinion formation in complex networks. IEEE Transactions on Network Science and Engineering, 6(3), 173–187. https://doi.org/10.1109/TNSE.2018.2856522
Fadaee M., Radzi M. A. M. (2012). Multi-objective optimization of a stand-alone hybrid renewable energy system by using evolutionary algorithms: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(5), 3364–3369. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.02.071
Lai C. M., Teh J. (2022). Network topology optimisation based on dynamic thermal rating and battery storage systems for improved wind penetration and reliability. Applied Energy, 305, 117837. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.117837
Nguyen D. H., Khazaei J. (2018). Multiagent time-delayed fast consensus design for distributed battery energy storage systems. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 9(3), 1397–1406.
Cao Q., Song Y.-D., Guerrero J. M., Tian S. (2016). Coordinated control for flywheel energy storage matrix systems for wind farm based on charging/discharging ratio consensus algorithms. IEEE Transactions on Smart Grid, 7(3), 1259–1267.
Morstyn T., Savkin A. V., Hredzak B., Agelidis V. G. (2018). Multi-agent sliding mode control for state of charge balancing between battery energy storage systems distributed in a DC microgrid. IEEE Transactions on Smart Grid, 9(5), 4735–4748.
Lawder M. T., Suthar B., Northrop P. W., De S., Hoff C. M., Leitermann O., Crow M. L., Santhanagopalan S., Subramanian V. R. (2014). Battery energy storage system (BESS) and battery management system (BMS) for grid-scale applications. Proceedings of the IEEE, 102(6), 1014–1030. https://doi.org/10.1109/JPROC.2014.2317451
Fadaee M., Radzi M. A. M. (2012). Multi-objective optimization of a stand-alone hybrid renewable energy system by using evolutionary algorithms: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(5), 3364–3369. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.02.071
Song H., Gu M., Liu C., Amani A. M., Jalili M., Meegahapola L., Yu X., Dickeson G. (2023). Multi-objective battery energy storage optimization for virtual power plant applications. Applied Energy, 352, 121860. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121860
Liu L., Gao J., Lo K. Y.: A reactive power control strategy of the gridconnected inverter for microgrid application. IEEE 3rd International Future Energy Electronics Conference and ECCE Asia (IFEEC - ECCE Asia), Kaohsiung, Taiwan, June 2017, pp. 755–759, doi: 10.1109/IFEEC.2017.7992134
Pati S., Mohanty K., Kumar S., Panda D. (2016). Voltage and frequency stabilization of a micro hydro-PV based hybrid microgrid using STATCOM equipped with battery energy storage system. In 2016 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES) (pp. 1–5). https://doi.org/10.1109/PEDES.2016.7914481
Zhao Z., Shang Y., Qi B., Wang Y., Zhang Q. Optimal sizing and siting of energy storage systems based on power grid vulnerability analysis: A trilevel optimization model. Energy Strategy Reviews, 2025, 59. URL: https://doi.org/10.1016/j.esr.2025.101720
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами: Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи, яка через [6 місяців] з дати публікації автоматично стає доступною на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).