Ta članek se osredotoča na izvedbene metode virtualnega sinhronskega generatorja za shranjevanje energije (VSG) in njegovo pomembno podporno vlogo za električno omrežje. Z vse večjim prodorom porazdeljenih virov energije, kot je fotovoltaična proizvodnja električne energije, se stabilnost električnega omrežja sooča z izzivi zaradi njihove naključnosti in prekinitve.
Tehnologija VSG omogoča porazdeljenim virom električne energije, da pokažejo lastnosti, podobne tradicionalnim sinhronskim generatorjem, ko so priključeni na omrežje, s simulacijo mehanskih in zunanjih značilnosti sinhronskih generatorjev, s čimer se poveča stabilnost in zanesljivost električnega omrežja. Ta članek najprej uvaja metode implementacije Energy Storage VSG z vidika nadzornih strategij in sistemskih arhitektur. Nato podrobneje predstavi podporno vlogo VSG za shranjevanje energije za električno omrežje v smislu podpore frekvenci, napetosti in izboljšanju stabilnosti električnega omrežja. Na koncu so bili predstavljeni scenariji uporabe tehnologije VSG1.
1.Strategija nadzora za virtualni sinhronski generator
Glavna ideja krmiljenja VSG je simulacija enačbe gibanja rotorja in elektromagnetne prehodne enačbe sinhronskega generatorja s krmiljenjem izhodne napetosti in toka pretvornika. Njegova osnovna nadzorna strategija običajno vključuje naslednje dele:
1.Simulacija enačbe kota moči: Simulirajte enačbo gibanja rotorja sinhronskega generatorja, da ugotovite razmerje med izhodno delovno močjo in virtualno kotno frekvenco.
2. Simulacija napetostne enačbe: Simulirajte enačbo vzbujanja sinhronskega generatorja, da ugotovite razmerje med izhodno jalovo močjo in virtualnim notranjim potencialom.
3. Izračun moči in filtriranje: Za natančen izračun delovne in jalove izhodne moči pretvornika je treba zbrati izhodno napetost in tok ter izvesti ustrezno obdelavo filtriranja, da se odpravi vpliv visoko{1}}frekvenčnega šuma in motenj v omrežju.
4. Zamenjava s fazno zaklenjeno zanko (PLL): Pri krmiljenju VSG običajna fazno zaklenjena zanka običajno ni potrebna. Virtualna kotna frekvenca se neposredno izračuna z enačbo power Angle, s čimer se doseže sinhronizacija z električnim omrežjem. S tem se izognete možnemu problemu izgube zaklepanja PLL v pogojih šibkega električnega omrežja2.
V fotovoltaičnem hibridnem sistemu za shranjevanje energije, ki temelji na VSG-, nadzor VSG pretvornika za shranjevanje energije običajno prejme navodila za napajanje od EMS. EMS izračuna referenčne vrednosti delovne in jalove moči, ki jih mora zagotoviti sistem za shranjevanje energije, na podlagi informacij, kot so fotovoltaični izhod, zahteva po obremenitvi, stanje omrežja in SOC za shranjevanje energije. Krmilnik VSG pretvornika za shranjevanje energije na podlagi teh referenčnih vrednosti in s simulacijo karakteristik sinhronskih generatorjev krmili izhod pretvornika za doseganje natančne regulacije moči in inercialne podpore za električno omrežje3.
Poleg tega je treba glede na značilnosti priključitve fotonapetostnega omrežja upoštevati tudi nekatere posebne nadzorne strategije:
Usklajena strategija krmiljenja: Kako uskladiti krmiljenje med fotonapetostnimi razsmerniki in pretvorniki za shranjevanje energije, da dosežemo optimalno delovanje celotnega sistema. Na primer, ko frekvenca omrežja pade, sistem za shranjevanje energije zagotavlja vztrajnostno podporo s hitrim sproščanjem aktivne moči prek krmiljenja VSG, medtem ko lahko fotovoltaični sistem zmerno zniža točko MPPT, da sodeluje pri regulaciji frekvence.
Upravljanje SOC za shranjevanje energije: SOC baterij za shranjevanje energije je ključni dejavnik, ki vpliva na dolgoročno-stabilno delovanje sistema. Strategije upravljanja SOC morajo biti vključene v nadzor VSG, da se prepreči prekomerno polnjenje ali prekomerno praznjenje baterije.
Šibka prilagodljivost omrežja: V pogojih šibkega omrežja je impedanca omrežja relativno visoka, napetost in frekvenca pa sta bolj nagnjeni k nihanju. Nadzor VSG je treba optimizirati za šibke karakteristike omrežja, da se poveča meja stabilnosti sistema4.
2. Arhitektura sistema za shranjevanje energije VSG
Povezovalni sistem VSG za shranjevanje energije - je v glavnem sestavljen iz fotovoltaičnih nizov, sistemov za shranjevanje energije, pretvornikov in krmilnih enot VSG.
Fotovoltaični niz: odgovoren je za pretvorbo sončne energije v enosmerno električno energijo, ki je vir energije sistema. Fotonapetostni pretvornik lahko sprejme nadzorno strategijo Maximum Power Point Tracking (MPPT), da čim bolj poveča pridobivanje energije iz fotonapetostnega niza ali sodeluje pri usklajenem nadzoru sistema, ko sistem to potrebuje, in zagotavlja določeno podporo.
Sistem za shranjevanje energije: Običajno se uporabljajo baterije ali super - kondenzatorji. Preko dvosmernega pretvornika DC - DC se shranjevanje in sproščanje energije izvajata za zmanjšanje izhodnih nihanj fotovoltaične moči in izboljšanje stabilnosti sistema. Enota za shranjevanje energije sprejme arhitekturo krmiljenja dvojne - zanke, ki temelji na dvosmernem pretvorniku DC - DC. Krmiljenje zunanje zanke - sprejme strategijo nadzora izenačitve napetosti - za vzdrževanje stabilnosti napetosti vodila DC - prek PI regulatorja z odzivnim časom, ki je manjši ali enak 5 ms. Krmiljenje notranje zanke - izvaja nadzor ločevanja toka za natančno sledenje referenčnemu toku z uporabo povratne informacije o stanju s koeficientom valovanja toka<1.5%.
Inverter: pretvarja enosmerno električno energijo v izmenično električno energijo in izvaja sinhronizacijo in regulacijo z električnim omrežjem preko krmilne enote VSG. V sistemu VSG za shranjevanje energije - se krmiljenje VSG običajno uporablja za pretvornik za shranjevanje energije - ali integrirani pretvornik, ker ima sistem za shranjevanje energije - možnost dvosmernega pretoka moči, kar je bolj primerno za simulacijo krmiljenja delovne in jalove moči sinhronskih generatorjev.
Krmilna enota VSG: je jedro sistema. S simulacijo enačbe gibanja rotorja in enačbe regulacije reaktivne - napetosti sinhronskih generatorjev realizira regulacijo frekvence in napetosti električnega omrežja. Krmilna enota VSG vključuje tudi modul za izračun moči in filtriranje, ki zbira izhodno napetost in tok ter izvaja ustrezno obdelavo filtriranja za odpravo vpliva visokofrekvenčnega šuma - in motenj omrežja5.
3. Podporna vloga VSG za shranjevanje energije za električno omrežje
3.1Frekvenčna podpora
Podpora vztrajnosti: V elektroenergetskem sistemu imajo tradicionalni sinhroni generatorji ključno vlogo pri stabilnosti sistemske frekvence zaradi svoje rotacijske vztrajnosti. Ko omrežna frekvenca niha, lahko rotacijska vztrajnost sinhronskih generatorjev absorbira ali sprosti kinetično energijo in s tem upočasni hitrost spremembe frekvence. Shranjevanje energije VSG simulira vztrajnost rotorja tradicionalnih generatorjev z virtualno vztrajnostjo. Ko se frekvenca omrežja spremeni, lahko VSG hitro sprosti ali absorbira energijo, da upočasni hitrost spremembe frekvence. Na primer, ko frekvenca omrežja nenadoma pade, bo VSG z navidezno vztrajnostjo sprostil energijo v skladu z enačbo gibanja rotorja, povečal izhod delovne moči in zadušil nadaljnji padec frekvence.
Regulacija frekvence: VSG lahko sodeluje pri primarni regulaciji frekvence električnega omrežja prek strategije nadzora padca frekvence moči -. Konfigurira frekvenčno - modulacijsko mrtvo - območje 2 % nazivne moči/0,1 Hz in uporablja nadzor padca za doseganje samodejne regulacije frekvence v območju ±0,5 Hz z odzivnim časom<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 Napetostna podpora
Nadzor padca reaktivne - napetosti za regulacijo napetosti: VSG nadzoruje izhodno napetost s simulacijo sistema vzbujanja sinhronskih generatorjev, to je prek karakteristike padca reaktivne - napetosti. Izračuna vrednost odstopanja jalove moči in nato prilagodi napetost za realizacijo učinkovitega nadzora sistemske napetosti. V električnem omrežju, ko napetost niha, lahko VSG prilagodi izhodno jalovo moč glede na karakteristiko padca jalove napetosti -. Na primer, ko napetost v omrežju pade, bo VSG povečal izhodno reaktivno moč, reaktivna moč pa bo delovala na omrežje in zvišala napetost; ko napetost omrežja naraste, bo VSG zmanjšal izhodno reaktivno moč, da bi znižal napetost.
Dinamična reaktivna podpora v šibkih omrežjih: V situacijah šibkega - omrežja ali načina otoka - se lahko VSG za shranjevanje energije - uporabi kot vir napetosti za zagotavljanje podpore. V šibkih območjih omrežja - je impedanca omrežja razmeroma visoka, napetost in frekvenca pa bosta bolj verjetno nihali. VSG lahko izboljša stabilnost napetosti z zagotavljanjem reaktivne kompenzacije. Na primer, na nekaterih oddaljenih območjih s šibkimi električnimi omrežji lahko VSG prilagodi izhodno jalovo moč v realnem - času glede na napetostno situacijo električnega omrežja, kompenzira pomanjkanje jalove - moči električnega omrežja in ohranja stabilnost napetosti.7.
3.3 Izboljšanje stabilnosti električnega omrežja
Zatiranje sistemskega nihanja: krmiljenje VSG simulira karakteristike dušenja sinhronskih generatorjev, ki lahko učinkovito zadušijo sistemsko nihanje in izboljšajo dinamično odzivnost sistema. V elektroenergetskem sistemu z visokim deležem obnovljivih virov energije je sistem zaradi pomanjkanja dušenja močnostnih elektronskih naprav ob določenih motnjah nagnjen k nihanju moči. VSG lahko uvede navidezno dušenje s krmilnimi algoritmi. Ko ima sistem nihanja moči ali nihanja, bo navidezno dušenje igralo vlogo pri zatiranju nihanja in omogočanju hitre vrnitve sistema v stabilno stanje.
Izboljšanje napake - Ride - Through Capability: Tehnologija VSG lahko izboljša napako - ride - skozi zmogljivost sistemov za shranjevanje energije -. Ko napetost v omrežju začasno pade, lahko VSG pomaga obnoviti električno omrežje z reaktivno podporo. Na primer, v primeru nizke - napetosti - skozi (LVRT) lahko VSG prilagodi izhodno jalovo moč glede na situacijo padca napetosti, zagotovi reaktivno kompenzacijo za električno omrežje in pomaga električnemu omrežju hitro obnoviti napetostno stabilnost, pri čemer se izogne odklopu sistema za shranjevanje energije - med motnjami v omrežju in izboljša stabilnost in zanesljivost električnega omrežja.
Brezhibno preklapljanje med omrežnim - povezanim in otočnim - načinom: shranjevanje energije - VSG podpira brezhibno preklapljanje med omrežnim - povezanim in otočnim - načinom. V mikro - omrežjih lahko fotovoltaična proizvodnja električne energije podnevi deluje v načinu PQ, ponoči ali v otočnem - načinu pa se lahko preklopi v način VSG, da se ohrani stabilnost mikro - omrežja. Ta zmožnost brezhibnega - preklopa zagotavlja neprekinjeno napajanje ključnih bremen (kot so bolnišnice, podatkovni centri) in izboljšuje zanesljivost in prilagodljivost napajalnega sistema8.
4. Scenariji uporabe
Visok{0}}scenariji dostopa do nove energije: Z obsežno-integracijo nove energije sta se vztrajnost in-kratkostična zmogljivost električnega omrežja zmanjšali, stabilnost frekvence in napetosti pa se sooča z izzivi. Tako virtualni sinhroni generatorji kot omrežno-strukturirano shranjevanje energije imajo v tem scenariju pomembno uporabniško vrednost. Zagotovijo lahko potrebno vztrajnostno in dušilno podporo za nove sisteme za proizvodnjo električne energije, izboljšajo stabilnost in zanesljivost električnega omrežja, povečajo zmogljivost za sprejem nove energije ter zagotovijo varno in stabilno delovanje energetskih sistemov z visokim deležem nove energije.
Scenarij mikroomrežja: V scenariju mikroomrežja, ne glede na to, ali gre za-delovanje v omrežju ali izven-omrežja, je potrebna stabilna in zanesljiva oskrba z električno energijo za ohranjanje stabilnosti napetosti in frekvence sistema. Sistem za shranjevanje energije, ki ga nadzirajo virtualni sinhroni generatorji, lahko zagotovi stabilno napajanje mikromrež, tako kot tradicionalni dizelski generatorji, s čimer doseže gladko preklapljanje in neodvisno delovanje mikromrež. Shranjevanje energije-, ki tvori omrežje, ki temelji na tehnologiji virtualnega sinhronega generatorja, lahko služi kot osrednji vir energije mikroomrežij, gradi in podpira stabilno delovanje mikroomrežij ter izboljša zanesljivost oskrbe z električno energijo in kakovost električne energije mikroomrežij.
Pomožne storitve-na strani omrežja: Strukturirano shranjevanje energije-omrežja sodeluje pri pomožnih storitvah, kot sta regulacija frekvence in napetosti, ter zagotavlja vztrajnostni odziv in dinamično podporo prek tehnologije VSG.
Šibka električna omrežja in oddaljena območja: Na območjih s šibko močjo električnega omrežja ali oddaljenih regijah omrežno-strukturirano shranjevanje energije zagotavlja kratko{1}}zmogljivost in napetostno podporo s tehnologijo VSG, kar zmanjšuje odvisnost od dizelskih generatorjev9.
1.CSDN, tehnologija virtualnega sinhronega generatorja za shranjevanje energije.
2.CSDN,-mrežno povezan fotovoltaični hibridni sistem za shranjevanje energije, ki temelji na virtualnem sinhronem generatorju s simulacijo Simulink.
3. Li Yongli, Li Yi. Distribucija moči in virtualna inercijska metoda krmiljenja za fotonapetostne hibridne sisteme za shranjevanje energije, ki temeljijo na virtualnih sinhronskih generatorjih. CN202211422434.1 [20.4.2025].
4.Dai Jiaoyang, elektrotehnika. Raziskave o strategiji distribucije električne energije in stabilnosti hibridnega virtualnega sinhronskega generatorskega sistema za shranjevanje energije [D] Univerza za znanost in tehnologijo Huazhong [20. 4. 2025].
5.CSDN, virtualna sinhronizacija VSG omrežje-povezana aktivna in jalova moč po raziskavi fotovoltaičnega shranjevanja energije (izvedeno s simulacijo Simulink).
6.Nacionalna visoko{1}}platforma za izmenjavo znanstvenoraziskovalnih člankov in tehnoloških informacij, ki izboljšuje nadzorno strategijo fotonapetostnega shranjevanja VSG pod neuravnoteženo napetostjo omrežja.
7.VIP informacije, naprava za statično proizvodnjo jalove energije tipa shranjevanja energije in njen samo-sinhroni nadzor vira napetosti.
8.NSTL, virtualni sinhroni generator, prilagodljiv nadzor elektrarne za shranjevanje energije na podlagi fizičnih omejitev.
9.CSDN, Razmerje med virtualnimi sinhronimi generatorji in omrežno-strukturiranim shranjevanjem energije.
