Tento článok sa zameriava na metódy implementácie virtuálneho synchrónneho generátora na ukladanie energie (VSG) a jeho významnú podpornú úlohu pre elektrickú sieť. S rastúcou penetráciou distribuovaných zdrojov energie, ako je výroba fotovoltaickej energie, čelí stabilita elektrickej siete výzvam v dôsledku ich náhodnosti a prerušovania.
Technológia VSG umožňuje distribuovaným zdrojom energie po pripojení k sieti vykazovať vlastnosti podobné tradičným synchrónnym generátorom simuláciou mechanických a vonkajších charakteristík synchrónnych generátorov, čím sa zvyšuje stabilita a spoľahlivosť elektrickej siete. Tento článok najprv predstavuje metódy implementácie Energy Storage VSG z hľadiska stratégií riadenia a systémových architektúr. Ďalej rozpracúva podpornú úlohu Energy Storage VSG pre elektrickú sieť z hľadiska frekvenčnej podpory, podpory napätia a zlepšenia stability elektrizačnej siete. Nakoniec boli vysvetlené aplikačné scenáre technológie VSG1.
1. Stratégia riadenia pre virtuálny synchrónny generátor
Hlavnou myšlienkou riadenia VSG je simulovať pohybovú rovnicu rotora a elektromagnetickú prechodovú rovnicu synchrónneho generátora riadením výstupného napätia a prúdu meniča. Jeho základná stratégia kontroly zvyčajne zahŕňa tieto časti:
1. Simulácia uhlovej rovnice výkonu: Simulujte pohybovú rovnicu rotora synchrónneho generátora na stanovenie vzťahu medzi výstupným činným výkonom a virtuálnou uhlovou frekvenciou.
2. Simulácia rovnice napätia: Simulujte rovnicu budenia synchrónneho generátora na stanovenie vzťahu medzi výstupným jalovým výkonom a virtuálnym vnútorným potenciálom.
3. Výpočet výkonu a filtrovanie: Na presný výpočet výstupného činného a jalového výkonu meniča je potrebné zhromaždiť výstupné napätie a prúd a vykonať príslušné filtračné spracovanie, aby sa eliminoval vplyv vysokofrekvenčného šumu a rušenia siete.
4. Náhrada fázovej slučky (PLL): Pri riadení VSG sa tradičná slučka fázového závesu zvyčajne nevyžaduje. Virtuálna uhlová frekvencia sa priamo vypočíta pomocou rovnice uhla výkonu, čím sa dosiahne synchronizácia s elektrickou sieťou. Tým sa zabráni možnému problému straty zámku PLL pri slabých podmienkach elektrickej siete2.
Vo fotovoltaickom hybridnom systéme skladovania energie založenom na VSG{0}}dostáva riadenie VSG meniča skladovania energie zvyčajne pokyny týkajúce sa napájania od EMS. EMS vypočítava referenčné hodnoty aktívneho a jalového výkonu, ktoré musí systém skladovania energie poskytnúť, na základe informácií, ako je fotovoltaický výkon, dopyt po záťaži, stav siete a skladovanie energie SOC. Regulátor VSG meniča akumulácie energie na základe týchto referenčných hodnôt a simuláciou charakteristík synchrónnych generátorov riadi výstup meniča, aby sa dosiahla presná regulácia výkonu a zotrvačná podpora pre elektrickú sieť.3.
Okrem toho, vzhľadom na vlastnosti pripojenia fotovoltaickej siete, je potrebné zvážiť aj niektoré špeciálne stratégie riadenia:
Stratégia koordinovaného riadenia: Ako zosúladiť riadenie medzi fotovoltaickými invertormi a meničmi na ukladanie energie, aby sa dosiahla optimálna prevádzka celého systému. Napríklad, keď frekvencia siete klesne, systém akumulácie energie poskytuje zotrvačnú podporu rýchlym uvoľnením aktívneho výkonu prostredníctvom riadenia VSG, zatiaľ čo fotovoltaický systém môže mierne znížiť bod MPPT, aby sa podieľal na regulácii frekvencie.
Správa SOC akumulácie energie: SOC batérií na ukladanie energie je kľúčovým faktorom ovplyvňujúcim dlhodobú-stabilnú prevádzku systému. Stratégie riadenia SOC musia byť integrované do riadenia VSG, aby sa zabránilo prebitiu alebo nadmernému vybitiu batérie.
Slabá adaptabilita siete: Pri slabých podmienkach siete je impedancia siete relatívne vysoká a napätie a frekvencia sú náchylnejšie na kolísanie. Riadenie VSG je potrebné optimalizovať pre slabé charakteristiky siete, aby sa zvýšila rezerva stability systému4.
2.Systémová architektúra skladovania energie VSG
Systém pripojenia siete VSG na skladovanie energie - sa skladá hlavne z fotovoltaických polí, systémov na skladovanie energie, invertorov a riadiacich jednotiek VSG.
Fotovoltaické pole: Je zodpovedné za premenu slnečnej energie na elektrickú energiu DC, ktorá je zdrojom energie systému. Fotovoltaický invertor si môže osvojiť riadiacu stratégiu Maximum Power Point Tracking (MPPT), aby maximalizoval extrakciu energie z fotovoltaického poľa, alebo sa môže podieľať na koordinovanom riadení systému, keď to systém potrebuje, pričom poskytuje určitú podporu.
Systém skladovania energie: Zvyčajne sa používajú batérie alebo super kondenzátory -. Prostredníctvom obojsmerného DC - DC meniča sa uskladňovanie a uvoľňovanie energie realizuje s cieľom potlačiť kolísanie výstupu fotovoltaickej energie a zlepšiť stabilitu systému. Jednotka na uchovávanie energie využíva architektúru riadenia s dvojitou slučkou - založenú na obojsmernom DC - konvertore DC. Vonkajšie riadenie slučky - využíva stratégiu riadenia vyrovnávania napätia - na udržanie stability napätia zbernice DC - prostredníctvom PI regulátora s dobou odozvy 5 ms alebo menej. Riadenie vnútornej slučky - implementuje riadenie oddelenia prúdu na presné sledovanie referenčného prúdu pomocou spätnej väzby stavu s koeficientom zvlnenia prúdu<1.5%.
Invertor: Premieňa elektrickú energiu jednosmerného prúdu na elektrickú energiu striedavého prúdu a realizuje synchronizáciu a reguláciu s elektrickou sieťou prostredníctvom riadiacej jednotky VSG. V systéme zásobníka energie - VSG sa riadenie VSG zvyčajne aplikuje na konvertor zásobníka energie - alebo integrovaný konvertor, pretože systém zásobníka energie - má schopnosť obojsmerného toku energie, čo je vhodnejšie na simuláciu riadenia aktívneho a jalového výkonu synchrónnych generátorov.
Riadiaca jednotka VSG: Je jadrom systému. Simuláciou rovnice pohybu rotora a rovnice riadenia reaktívneho - napätia synchrónnych generátorov realizuje reguláciu frekvencie a napätia elektrickej siete. Riadiaca jednotka VSG obsahuje aj modul na výpočet a filtrovanie výkonu, ktorý zhromažďuje výstupné napätie a prúd a vykonáva zodpovedajúce filtračné spracovanie, aby sa eliminoval vplyv vysokofrekvenčného šumu a rušení siete -5.
3.Podporná úloha zásobníka energie VSG pre energetickú sieť
3.1Frekvenčná podpora
Podpora zotrvačnosti: V systéme napájania hrajú tradičné synchrónne generátory kľúčovú úlohu pri stabilite frekvencie systému vďaka svojej rotačnej zotrvačnosti. Keď frekvencia siete kolíše, rotačná zotrvačnosť synchrónnych generátorov môže absorbovať alebo uvoľňovať kinetickú energiu, čím sa spomalí rýchlosť zmeny frekvencie. Akumulácia energie VSG simuluje zotrvačnosť rotora tradičných generátorov prostredníctvom virtuálnej zotrvačnosti. Keď sa zmení frekvencia siete, VSG môže rýchlo uvoľniť alebo absorbovať energiu, aby spomalila rýchlosť zmeny frekvencie. Napríklad, keď frekvencia siete náhle klesne, VSG s virtuálnou zotrvačnosťou uvoľní energiu podľa pohybovej rovnice rotora, čím sa zvýši výstup činného výkonu a potláča sa ďalší pokles frekvencie.
Regulácia frekvencie: VSG sa môže podieľať na primárnej regulácii frekvencie elektrickej siete prostredníctvom stratégie riadenia poklesu frekvencie výkonu -. Konfiguruje frekvenčnú - zónu necitlivej modulácie - 2 % menovitého výkonu/0,1 Hz a používa riadenie poklesu na dosiahnutie automatickej regulácie frekvencie v rozsahu ±0,5 Hz s dobou odozvy<100 ms. When the grid frequency deviates from the rated value, VSG will adjust the output of active power according to the power - frequency droop characteristic to make the grid frequency return to the stable range6.
3.2 Podpora napätia
Riadenie poklesu reaktívneho - napätia pre reguláciu napätia: VSG riadi výstupné napätie simuláciou budiaceho systému synchrónnych generátorov, to znamená prostredníctvom charakteristiky poklesu reaktívneho - napätia. Vypočítava hodnotu odchýlky jalového výkonu a potom upravuje napätie tak, aby sa dosiahla efektívna kontrola napätia systému. V rozvodnej sieti môže VSG pri kolísaní napätia upraviť výstupný jalový výkon podľa charakteristiky poklesu jalového napätia -. Napríklad, keď napätie siete klesne, VSG zvýši výstup jalového výkonu a jalový výkon bude pôsobiť na sieť, aby zvýšil napätie; keď napätie v sieti stúpne, VSG zníži výstup jalového výkonu, aby sa znížilo napätie.
Dynamická reaktívna podpora v slabých sieťach: V situáciách slabého režimu - siete alebo ostrovného - režimu možno ako zdroj napätia na poskytovanie podpory použiť úložisko energie - VSG. V slabých - oblastiach siete je impedancia siete relatívne vysoká a napätie a frekvencia pravdepodobne kolíšu. VSG môže zlepšiť stabilitu napätia poskytnutím reaktívnej kompenzácie. Napríklad v niektorých odľahlých oblastiach so slabými rozvodnými sieťami môže VSG upraviť výstupný jalový výkon v reálnom - čase podľa napäťovej situácie v rozvodnej sieti, čím kompenzuje nedostatok jalového - výkonu elektrickej siete a udržiava stabilitu napätia7.
3.3 Zlepšenie stability elektrickej siete
Potlačenie kmitania systému: Riadenie VSG simuluje charakteristiky tlmenia synchrónnych generátorov, ktoré môžu účinne potlačiť kmitanie systému a zlepšiť výkon dynamickej odozvy systému. V napájacom systéme s vysokým podielom obnoviteľných zdrojov energie je systém v dôsledku nedostatku tlmenia výkonových elektronických zariadení náchylný na kolísanie výkonu pri určitých poruchách. VSG môže zaviesť virtuálne tlmenie prostredníctvom riadiacich algoritmov. Keď má systém kolísanie výkonu alebo oscilácie, virtuálne tlmenie bude hrať úlohu pri potláčaní oscilácií a pri rýchlom návrate systému do stabilného stavu.
Zlepšenie - jazdy - prostredníctvom schopnosti: Technológia VSG môže zlepšiť - jazdu - prostredníctvom schopnosti systémov na ukladanie energie -. Keď sieťové napätie dočasne klesne, VSG môže pomôcť elektrickej sieti zotaviť sa prostredníctvom reaktívnej podpory. Napríklad v prípade prechodu nízkeho napätia - - (LVRT) môže VSG upraviť výstupný jalový výkon podľa situácie poklesu napätia, poskytnúť jalovú kompenzáciu elektrickej siete a pomôcť rozvodnej sieti rýchlo obnoviť stabilitu napätia, čím sa zabráni odpojeniu systému ukladania energie - počas porúch siete a zlepší sa stabilita a spoľahlivosť elektrickej siete.
Bezproblémové prepínanie medzi sieťovým - pripojeným a ostrovným - režimom: Úložisko energie - VSG podporuje plynulé prepínanie medzi sieťovým - pripojeným a ostrovným - režimom. V mikro - sieťach môže cez deň fungovať výroba fotovoltaickej energie v režime PQ a v noci alebo v ostrovnom - režime sa dá prepnúť do režimu VSG, aby sa udržala stabilita mikro - siete. Táto bezproblémová - schopnosť prepínania zaisťuje nepretržité napájanie kľúčových záťaží (ako sú nemocnice, dátové centrá) a zlepšuje spoľahlivosť a flexibilitu napájacieho systému8.
4.Aplikačné scenáre
Scenáre vysokého-pomeru nového prístupu k energii: S rozsiahlou-integráciou novej energie sa zotrvačnosť a skratová{2}}kapacita elektrickej siete znížila a stabilita frekvencie a napätia čelí problémom. Virtuálne synchrónne generátory aj sieťové-štruktúrované ukladanie energie majú v tomto scenári významnú aplikačnú hodnotu. Môžu poskytnúť potrebnú inerciálnu a tlmiacu podporu pre nové energetické systémy na výrobu energie, zvýšiť stabilitu a spoľahlivosť elektrickej siete, zvýšiť kapacitu na prijatie novej energie a zabezpečiť bezpečnú a stabilnú prevádzku energetických systémov s vysokým podielom novej energie.
Scenár mikrosiete: V scenári mikrosiete, či už ide o prevádzku -pripojenú k sieti alebo vypnutú{1}} sieť, je potrebný stabilný a spoľahlivý zdroj napájania na udržanie stability napätia a frekvencie systému. Systém akumulácie energie riadený virtuálnymi synchrónnymi generátormi môže poskytnúť stabilnú podporu napájania pre mikrosiete rovnako ako tradičné dieselové generátory, čím sa dosiahne hladké prepínanie a nezávislá prevádzka mikrosietí. Úložisko energie-tvoriace mriežku, založené na technológii virtuálneho synchrónneho generátora, môže slúžiť ako hlavný zdroj energie mikrosietí, vytvárať a podporovať stabilnú prevádzku mikrosietí a zvyšovať spoľahlivosť a kvalitu napájania mikrosietí.
Pomocné služby-na strane siete: Štruktúrované úložisko energie siete{1}}sa podieľa na pomocných službách, ako je regulácia frekvencie a regulácia napätia, a poskytuje odozvu zotrvačnosti a dynamickú podporu prostredníctvom technológie VSG.
Slabé rozvodné siete a odľahlé oblasti: V oblastiach so slabou silou rozvodnej siete alebo vo vzdialených regiónoch poskytuje sieťové-štruktúrované ukladanie energie skratovú-kapacitu a napätie pomocou technológie VSG, čím sa znižuje závislosť od dieselových generátorov9.
1.CSDN, technológia virtuálneho synchrónneho generátora na skladovanie energie.
2.CSDN, sieťový-pripojený fotovoltaický hybridný systém skladovania energie založený na virtuálnom synchrónnom generátore so simuláciou Simulink.
3.Li Yongli, Li Yi. Spôsob distribúcie energie a virtuálnej zotrvačnej regulácie pre fotovoltaické hybridné systémy akumulácie energie založené na virtuálnych synchrónnych generátoroch. CN202211422434.1 [20.04.2025].
4.Dai Jiaoyang, elektrotechnika. Výskum stratégie distribúcie energie a stability systému virtuálneho synchrónneho generátora na ukladanie hybridnej energie [D] Huazhong University of Science and Technology [2025-04-20].
5.CSDN, virtuálna synchronizačná sieť VSG-prepojila aktívny a jalový výkon po výskume skladovania fotovoltaickej energie (implementované prostredníctvom simulácie Simulink).
6.Národná špičková-výmena platformy pre vedecké výskumné práce a technologické informácie, zlepšujúca stratégiu riadenia fotovoltaického úložiska VSG pri nevyváženom sieťovom napätí.
7.VIP informácie, zariadenie na ukladanie energie typu statického jalového výkonu a jeho vlastné-synchrónne riadenie zdroja napätia.
8.NSTL, Virtuálne synchrónne generátorové adaptívne riadenie elektrárne na skladovanie energie na základe fyzických obmedzení.
9.CSDN, Vzťah medzi virtuálnymi synchrónnymi generátormi a sieťovým-štruktúrovaným ukladaním energie.
