Optimized design method for storage systems in photovoltaic plants with delivery limitation

Abstract

[EN] It results widely common for distribution network operators to impose restrictions on delivered solar photovoltaic generated power when the power plant rated power is greater than the maximum allowed due to the distribution network capacity. Thus, a feasible solution to maximize the performance of the solar power plant is the integration of battery energy storage systems. Although this configuration has been extensively studied in the existing literature, an optimal design method to determine the proper size and operation of the energy storage system needs to be developed. In this paper, a novel method to help power plants designers to determine the optimal battery energy storage capacity to integrate into any solar photovoltaic power plant is provided. The proposed algorithm minimizes the potential power curtailment and optimizes the utilization rate of the batteries storage system. The algorithm can be applied to any grid connected solar photovoltaic power plant under delivery power restrictions, regardless of power capacity and location. The algorithm has been implemented to a simulated power plant with delivery limitations based in a real case, and results with the optimal battery capacity show that the system would be able to recover up to the 83% of the curtailed energy and a yearly average capacity utilization of 56%. Moreover, the BESS operation has been validated with a scaled model run in Simulink and laboratory measurements, achieving 98% of curtailed energy recovery rate and a 57% of average capacity utilization.

[ES] Resulta muy habitual que los operadores de las redes de distribución impongan restricciones a la potencia generada por energía solar fotovoltaica suministrada cuando la potencia nominal de la central es superior a la máxima permitida debido a la capacidad de la red de distribución. Por ello, una solución factible para maximizar el rendimiento de la central solar es la integración de sistemas de almacenamiento de energía en baterías. Aunque esta configuración ha sido ampliamente estudiada en la literatura existente, es necesario desarrollar un método de diseño óptimo para determinar el tamaño y funcionamiento adecuados del sistema de almacenamiento de energía. En este trabajo se presenta un método novedoso para ayudar a los diseñadores de centrales eléctricas a determinar la capacidad óptima de almacenamiento de energía en baterías para integrar en cualquier central solar fotovoltaica. El algoritmo propuesto minimiza el posible recorte de potencia y optimiza la tasa de utilización del sistema de almacenamiento en baterías. El algoritmo puede aplicarse a cualquier planta de energía solar fotovoltaica conectada a la red bajo restricciones de potencia de entrega, independientemente de la capacidad de potencia y la ubicación. El algoritmo se ha aplicado a una central eléctrica simulada con limitaciones de suministro basada en un caso real, y los resultados con la capacidad óptima de las baterías muestran que el sistema sería capaz de recuperar hasta el 83% de la energía restringida y una utilización media anual de la capacidad del 56%. Además, el funcionamiento del BESS se ha validado con un modelo a escala ejecutado en Simulink y mediciones de laboratorio, y se ha conseguido recuperar el 98% de la energía restringida.