Sintetična vztrajnost v sintetičnem sinhronem generatorju (VSG) za sisteme za-oblikovanje električne energije (PCS)

Z naraščajočim prodorom nove energije vetra in sonca ter nenehno razgradnjo tradicionalnih sinhronskih enot vstopajo elektroenergetski sistemi vnizko-vztrajnostno obdobje. Sistemi za pretvorbo električne energije (PCS) za fotovoltaiko in shranjevanje energije, kot so močnostne elektronske-naprave na osnovi inverterja, nimajo rotirajočih rotorjev in nimajo naravne rotacijske vztrajnosti. Ko pride do motenj v električnem omrežju, bo stopnja spremembe frekvence (RoCoF) močno narasla, kar zlahka sproži kaskadne napake in velike{3}}dogodke zunaj-omrežja.

Ena od temeljnih tehnologijOblikovanje-mreže (GFM) PCSjeSintetičnaAlgoritem sinhronega generatorja (VSG).. Rešuje enačbo gibanja rotorja sinhronskih generatorjev v programski opremi in konstruira sintetično rotacijsko vztrajnost prek kode, ki omogoča elektronski opremi statične moči, da zagotavlja vztrajnostno podporo, podobno običajnim enotam za proizvodnjo pare ali hidroelektrarn. To je tudi ključ do stabilnega delovanja hranilnika energije v scenarijih šibkega omrežja.

I. Temeljno načelo VSGSintetična vztrajnost

Običajni sinhroni generatorji se zanašajo na kinetično energijo, shranjeno v masivnih rotorjih. Ko frekvenca omrežja pade, rotorji sprostijo kinetično energijo, da preprečijo hitro spreminjanje frekvence; ko frekvenca naraste, absorbirajo odvečno moč, da zajezijo frekvenčne skoke, kar v bistvu tvori fizični učinek vztrajnika.

VSG ni odvisen od mehanskih komponent. Namesto tega rešuje enačbo gibanja rotorja znotraj krmilnika PCS:

J: Sintetičnavztrajnostni moment(konfigurirano s parametri programske opreme)

Pₘ: Referenca sintetične mehanske moči

Pₑ: Dejanska elektromagnetna izhodna moč PCS

D: Sintetični koeficient dušenja

ω: Notranja sintetična kotna hitrost PCS

ωg: Izmerjena mrežna kotna hitrost

Ko v električnem omrežju pride do pomanjkanja električne energije in se kotna hitrost omrežja ωg zmanjša, se v enačbi pojavi neuravnotežen izraz moči. Krmilnik takoj črpa električno energijo iz akumulatorja za shranjevanje energije in oddaja dodatno vztrajnostno močomejitev stopnje spremembe frekvence (RoCoF)in upočasni padec frekvence. Nasprotno pa v primeru presežka moči in dviga frekvence PCS absorbira odvečno moč, da prepreči hitro stopnjevanje frekvence.

II. Analiza tipičnega VSGSintetična vztrajnostKoda (primer MATLAB)

Spodaj je tipična izvedbena koda za krmiljenje sintetične vztrajnosti:

Definirajte sintetično vztrajnostno časovno konstanto Tᵥᵢᵣₜ, običajno v razponu od 2~8 s, ki predstavlja moč vztrajnostne podpore;

Izračunajte osnovno kotno frekvenco ​​​​​​​ωbₐₛₑ iz nazivne frekvence, nato izpeljite sintetični vztrajnostni moment​​​​​Jᵥᵢᵣₜ ;

Vzorčenje frekvence omrežja pri dveh zaporednih časovnih žigih in izračun stopnje spremembe kotne frekvence dω/dt (ustreza RoCoF);

Izračunajte dodatno vztrajnostno moč Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ z uporabo Jᵥᵢᵣₜ in stopnje variacije kotne frekvence;

Nadgradite vztrajnostno moč na prvotno referenčno moč Pᵣₑf, da dobite končni ukaz izhodne moči PCS Pᵣₑfₜₒₜₐₗ.

III. Bistvene razlike med VSGSintetična vztrajnostin sledenje-mreži (GFL)

Predpostavka za-pretvornike, ki sledijo omrežju, je, da omrežje samo deluje kot togi vir napetosti. V šibkih omrežjih z veliko impedanco voda napetost na točki skupne sklopitve (PCC) zlahka niha, fazno-zaklenjena zanka izgubi stabilnost in učinek dodatne sintetične vztrajnosti je močno oslabljen.

GFM VSG PCS ni več odvisen od zunanje toge mreže in sam služi kot napetostno sidro. Tudi ko razmerje kratkega-vezja omrežja (SCR) pade na 1,5 ali nižje, lahko stabilno oddaja sintetično vztrajnost in duši nihanje sistema.

IV. Premisleki glede načrtovanja za inženirsko izvedbo

UglaševanjeSintetična vztrajnostParametri

Tᵥᵢᵣₜ ni boljši, če je večji. Prevelik Jᵥᵢᵣₜ uvaja nizko{1}}frekvenčno nihanje; prenizka vrednost zagotavlja nezadostno vztrajnostno podporo in ne zadrži RoCoF. V inženirski praksi,prilagodljiva spremenljiva vztrajnostje splošno sprejeto: povečanjeJmed hitrimi nihanji frekvence in zmanjšatiJv stacionarnih-pogojih za uravnoteženje stabilnosti in dinamičnega odziva.

Omejitve zmogljivosti shranjevanja energije
Vsa energija za sintetično vztrajnost prihaja iz akumulatorja za shranjevanje energije. Kratkotrajna-podpora vztrajnosti sproži polnjenje in praznjenje. Med načrtovanjem je treba preveriti moč baterije in obseg napolnjenosti (SOC), da prepreči--zaščitna dejanja izven meja, ki jih povzroči pogost vztrajnostni odziv.

Ozko grlo pasovne širine strojne opreme
Ne glede na to, kako dobro je sintetični vztrajnostni algoritem VSG zasnovan, je omejen s hitrostjo preklapljanja napajalnih naprav. Zakasnitev krmiljenja, ki jo povzroči nizka preklopna frekvenca, oslabi vztrajnostno zmogljivost in lahko celo povzroči subsinhrono nihanje. Napajalni moduli SiC z visoko-pasovno širino tvorijo temelj strojne opreme za visoko{3}}zmogljiv GFM PCS.

V. Povzetek industrijske vrednosti

Kode omrežij po vsem svetu (ENTSO-E NC RfG 2.0, UK GC0137, Kitajski kodeks za načrtovanje postaje za shranjevanje elektrokemijske energije) so postopoma nadgradile-zmožnost oblikovanja omrežij iz neobvezne funkcije v obvezni prag medomrežne povezave.

VSG V bistvu sintetična vztrajnostposnema vztrajnost rotorja sinhronskih generatorjev na PCS za shranjevanje energije prek programskih algoritmov in strojne-napajalne elektronske strojne opreme visoke hitrosti. V novem-vrstnem elektroenergetskem sistemu z-integracijo vetrnih in sončnih omrežij v velikem- obsegu postaja sintetična inercija PCS, ki- tvorijo omrežje, osrednja tehnologija za ohranjanje stabilnosti frekvence omrežja in zagotavljanje varnosti-povezave z omrežjem novih energetskih baz.