Syntetická zotrvačnosť v syntetickom synchrónnom generátore (VSG) pre mriežkové-systémy na premenu výkonu (PCS)

S rastúcim prienikom novej veternej a slnečnej energie a neustálym vyraďovaním tradičných synchrónnych blokov sa energetické systémy dostávajú doéra nízkej-zotrvačnosti. Systémy konverzie energie (PCS) pre fotovoltaiku a skladovanie energie, ako sú výkonové elektronické zariadenia-na invertoroch, nemajú žiadne rotujúce rotory a nemajú žiadnu prirodzenú rotačnú zotrvačnosť. Keď sa vyskytnú poruchy v elektrickej sieti, rýchlosť zmeny frekvencie (RoCoF) prudko vzrastie, čo jednoducho spôsobí kaskádové poruchy a veľké -rozsahové-udalosti siete.

Jedna zo základných technológiíGrid{0}}Forming (GFM) PCSjeSyntetickéAlgoritmus synchrónneho generátora (VSG).. Rieši pohybovú rovnicu rotora synchrónnych generátorov v softvéri a vytvára syntetickú rotačnú zotrvačnosť prostredníctvom kódu, čo umožňuje elektronickému zariadeniu statickej energie poskytovať zotrvačnú podporu podobnú konvenčným parným alebo vodným generátorom. To je tiež kľúčom k stabilnej prevádzke skladovania energie v scenároch so slabou sieťou.

I. Základný princíp VSGSyntetická zotrvačnosť

Bežné synchrónne generátory sa spoliehajú na kinetickú energiu uloženú v masívnych rotoroch. Keď frekvencia siete klesne, rotory uvoľnia kinetickú energiu, aby zabránili rýchlej zmene frekvencie; keď frekvencia stúpa, absorbujú prebytočný výkon, aby obmedzili frekvenčné špičky, čím v podstate vytvárajú efekt fyzického zotrvačníka.

VSG nezávisí od mechanických komponentov. Namiesto toho rieši pohybovú rovnicu rotora v ovládači PCS:

J: Syntetickémoment zotrvačnosti(konfigurované podľa parametrov softvéru)

Pₘ: Syntetická mechanická referencia výkonu

Pₑ: Skutočný elektromagnetický výkon PCS

D: Syntetický koeficient tlmenia

ω: Vnútorná syntetická uhlová rýchlosť PCS

ωg: Nameraná uhlová rýchlosť siete

Keď nastane nedostatok energie v elektrickej sieti a uhlová rýchlosť siete ωg sa zníži, v rovnici sa objaví nevyvážený výkonový člen. Regulátor okamžite čerpá elektrickú energiu z akumulátora energie a vydáva extra zotrvačnú energiuobmedziť rýchlosť zmeny frekvencie (RoCoF)a spomaliť pokles frekvencie. Naopak, v prípade prebytku výkonu a nárastu frekvencie PCS absorbuje prebytočný výkon, aby potlačil rýchlu eskaláciu frekvencie.

II. Analýza typických VSGSyntetická zotrvačnosťKód (príklad MATLABu)

Nižšie je uvedený typický implementačný kód pre riadenie syntetickej zotrvačnosti:

Definujte časovú konštantu syntetickej zotrvačnosti Tᵥᵢᵣₜ , typicky v rozsahu 2~8 s, ktorá predstavuje silu podpory zotrvačnosti;

Vypočítajte základnú uhlovú frekvenciu ​​​​​ωbₐₛₑ z menovitej frekvencie a potom odvodite syntetický moment zotrvačnosti

Vzorkujte frekvenciu siete v dvoch po sebe idúcich časových známkach a vypočítajte rýchlosť zmeny uhlovej frekvencie dω/dt (zodpovedajúca RoCoF);

Vypočítajte dodatočný zotrvačný výkon Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ pomocou Jᵥᵢᵣₜ a rýchlosti zmeny uhlovej frekvencie;

Superponujte zotrvačný výkon na pôvodnú referenčnú hodnotu výkonu Pᵣₑf, aby ste získali konečný príkaz výstupného výkonu PCS Pᵣₑfₜₒₜₐₗ.

III. Základné rozdiely medzi VSGSyntetická zotrvačnosťa{0}}sledovanie mriežky (GFL)

Predpokladom pre konvertory-nasledujúce sieť je, že samotná sieť funguje ako pevný zdroj napätia. V slabých sieťach s veľkou impedanciou vedenia sa napätie v bode spoločnej väzby (PCC) ľahko posúva, slučka fázového-zámku má tendenciu strácať stabilitu a účinok dodatočnej syntetickej zotrvačnosti je značne oslabený.

GFM VSG PCS už nezávisí od vonkajšej pevnej siete a slúži ako napäťová kotva. Dokonca aj vtedy, keď pomer skratov{1}}okruhu (SCR) mriežky klesne na 1,5 alebo nižšie, môže stabilne poskytovať syntetickú zotrvačnosť a potláčať oscilácie systému.

IV. Návrhové úvahy pre inžiniersku implementáciu

LadenieSyntetická zotrvačnosťParametre

Tᵥᵢᵣₜ nie je lepšie, keď je väčšie. Príliš veľké Jᵥᵢᵣₜ zavádza nízko-frekvenčné oscilácie; príliš malá hodnota poskytuje nedostatočnú podporu zotrvačnosti a nedokáže zadržať RoCoF. V inžinierskej praxi,adaptívna premenná zotrvačnosťsa bežne preberá: zvýšiťJpri rýchlom kolísaní frekvencie a znižovaťJv podmienkach ustáleného{0}}stavu na vyváženie stability a dynamickej odozvy.

Obmedzenia kapacity skladovania energie
Všetka energia pre syntetickú zotrvačnosť pochádza z akumulátora energie. Krátkodobá-podpora zotrvačnosti spúšťa nabíjanie a vybíjanie. Počas návrhu je potrebné overiť napájanie batérie a rozsah stavu nabitia (SOC), aby sa predišlo -mimo{4}}medzným ochranným opatreniam spôsobeným častou odozvou zotrvačnosti.

Prekážka šírky pásma hardvéru
Bez ohľadu na to, ako dobre je navrhnutý algoritmus zotrvačnosti VSG Synthetic, je obmedzený rýchlosťou spínania výkonových zariadení. Oneskorenie riadenia spôsobené nízkou spínacou frekvenciou oslabuje výkon zotrvačnosti a môže dokonca vyvolať subsynchrónne oscilácie. Výkonové moduly SiC s vysokou-šírkou pásma tvoria hardvérový základ pre-výkonné GFM PCS.

V. Zhrnutie priemyselnej hodnoty

Kódy siete na celom svete (ENTSO-E NC RfG 2.0, UK GC0137, Čínsky kódex pre návrh elektrochemickej skladovacej stanice energie) postupne inovovali-schopnosť formovania siete z voliteľnej funkcie na povinný prah prepojenia siete.

VSG v podstate syntetická zotrvačnosťreplikuje zotrvačnosť rotora synchrónnych generátorov na počítačoch s ukladaním energie prostredníctvom softvérových algoritmov a vysokorýchlostného{0}}elektronického hardvéru. V novom-systéme napájania s rozsiahlou-integráciou veternej a solárnej siete sa syntetická zotrvačnosť siete-vytvárajúcich PCS stáva kľúčovou technológiou na udržanie stability frekvencie siete a zaručenie-bezpečnosti pripojenia nových energetických základní.