Ovaj se rad usredotočuje na metode implementacije virtualnog sinkronog generatora za pohranu energije (VSG) i njegovu značajnu ulogu podrške za elektroenergetsku mrežu. Sa sve većim prodorom distribuiranih izvora energije kao što je fotonaponska proizvodnja energije, stabilnost električne mreže suočava se s izazovima zbog njihove nasumičnosti i isprekidanosti.
VSG tehnologija omogućuje distribuiranim izvorima energije da pokažu karakteristike slične tradicionalnim sinkronim generatorima kada su spojeni na mrežu simulacijom mehaničkih i vanjskih karakteristika sinkronih generatora, čime se povećava stabilnost i pouzdanost električne mreže. Ovaj rad prvo predstavlja metode implementacije Energy Storage VSG s aspekta strategija upravljanja i arhitekture sustava. Zatim se razrađuje uloga podrške VSG-a za pohranu energije za elektroenergetsku mrežu u smislu frekvencijske podrške, naponske podrške i poboljšanja stabilnosti električne mreže. Na kraju su objašnjeni scenariji primjene VSG tehnologije1.
1. Strategija upravljanja za virtualni sinkroni generator
Temeljna ideja VSG kontrole je simulacija jednadžbe gibanja rotora i elektromagnetske prijelazne jednadžbe sinkronog generatora kontroliranjem izlaznog napona i struje pretvarača. Njegova osnovna strategija kontrole obično uključuje sljedeće dijelove:
1. Simulacija jednadžbe kuta snage: Simulirajte jednadžbu gibanja rotora sinkronog generatora kako biste uspostavili odnos između izlazne aktivne snage i virtualne kutne frekvencije.
2.Simulacija naponske jednadžbe: Simulirajte jednadžbu uzbude sinkronog generatora kako biste uspostavili odnos između izlazne jalove snage i virtualnog unutarnjeg potencijala.
3. Izračun snage i filtriranje: Za točan izračun aktivne i jalove izlazne snage pretvarača, potrebno je prikupiti izlazni napon i struju i izvršiti odgovarajuću obradu filtriranja kako bi se eliminirao utjecaj visoko-frekvencijskog šuma i smetnji u mreži.
4. Zamjena fazno zaključane petlje (PLL): U VSG upravljanju, tradicionalna fazno zaključana petlja obično nije potrebna. Virtualna kutna frekvencija izravno se izračunava jednadžbom kuta snage, čime se postiže sinkronizacija s električnom mrežom. Time se izbjegava mogući problem gubitka zaključavanja PLL-a u uvjetima slabe električne mreže2.
U VSG-temeljenom fotonaponskom hibridnom sustavu za pohranu energije, VSG kontrola pretvarača za pohranu energije obično prima upute za napajanje od EMS-a. EMS izračunava referentne vrijednosti aktivne i jalove snage koje sustav za pohranu energije treba osigurati na temelju informacija kao što su fotonaponski izlaz, potražnja za opterećenjem, status mreže i SOC za pohranu energije. VSG kontroler pretvarača za pohranu energije, na temelju ovih referentnih vrijednosti i simulacijom karakteristika sinkronih generatora, kontrolira izlaz pretvarača kako bi se postigla precizna regulacija snage i inercijalna podrška za elektroenergetsku mrežu3.
Osim toga, s obzirom na karakteristike fotonaponske mreže, potrebno je razmotriti i neke posebne strategije upravljanja:
Strategija koordiniranog upravljanja: Kako koordinirati upravljanje između fotonaponskih pretvarača i pretvarača za pohranu energije kako bi se postigao optimalan rad cijelog sustava. Na primjer, kada frekvencija mreže padne, sustav za pohranu energije pruža inercijsku podršku brzim otpuštanjem aktivne snage kroz VSG kontrolu, dok fotonaponski sustav može umjereno sniziti MPPT točku kako bi sudjelovao u regulaciji frekvencije.
Upravljanje SOC-om za pohranu energije: SOC baterija za pohranu energije ključni je čimbenik koji utječe na dugo-stabilan rad sustava. Strategije upravljanja SOC-om moraju biti integrirane u VSG kontrolu kako bi se spriječilo prekomjerno punjenje ili prekomjerno pražnjenje baterije.
Slaba prilagodljivost mreže: Pod uvjetima slabe mreže, impedancija mreže je relativno visoka, a napon i frekvencija skloniji su fluktuaciji. VSG kontrolu treba optimizirati za slabe karakteristike mreže kako bi se povećala margina stabilnosti sustava4.
2. Arhitektura sustava za pohranu energije VSG
VSG mrežni spojni sustav za pohranu energije - uglavnom se sastoji od fotonaponskih nizova, sustava za pohranu energije, pretvarača i VSG kontrolnih jedinica.
Fotonaponski niz: odgovoran je za pretvaranje sunčeve energije u istosmjernu električnu energiju, koja je izvor energije sustava. Fotonaponski pretvarač može usvojiti strategiju upravljanja Maximum Power Point Tracking (MPPT) kako bi maksimalno povećao ekstrakciju energije iz fotonaponskog niza ili sudjelovati u koordiniranoj kontroli sustava kada je sustavu to potrebno, pružajući određenu podršku.
Sustav za pohranu energije: Obično se koriste baterije ili super - kondenzatori. Kroz dvosmjerni DC - DC pretvarač, pohranjivanje i otpuštanje energije ostvaruje se kako bi se potisnule izlazne fluktuacije fotonaponske snage i poboljšala stabilnost sustava. Jedinica za pohranu energije usvaja arhitekturu upravljanja dvostrukom - petljom koja se temelji na dvosmjernom DC - DC pretvaraču. Kontrola vanjske - petlje usvaja strategiju upravljanja izjednačavanjem napona - za održavanje stabilnosti napona DC - sabirnice kroz PI regulator, s vremenom odziva manjim ili jednakim 5 ms. Kontrola unutarnje petlje - implementira kontrolu odvajanja struje za točno praćenje referentne struje pomoću povratne informacije o stanju, s koeficijentom valovitosti struje od<1.5%.
Inverter: pretvara istosmjernu električnu energiju u izmjeničnu električnu energiju i ostvaruje sinkronizaciju i regulaciju s električnom mrežom preko VSG upravljačke jedinice. U VSG sustavu za pohranu energije -, VSG kontrola se obično primjenjuje na pretvarač za pohranu energije - ili integrirani pretvarač jer sustav za pohranu energije - ima mogućnost dvosmjernog toka snage, što je prikladnije za simulaciju upravljanja aktivnom i jalovom snagom sinkronih generatora.
Upravljačka jedinica VSG: jezgra je sustava. Simulacijom jednadžbe gibanja rotora i jednadžbe upravljanja reaktivnim - naponom sinkronih generatora ostvaruje se regulacija frekvencije i napona elektroenergetske mreže. Upravljačka jedinica VSG također uključuje modul za izračun snage i filtriranje, koji prikuplja izlazni napon i struju i obavlja odgovarajuću obradu filtriranja kako bi se eliminirao utjecaj šuma visoke - frekvencije i smetnji u mreži5.
3. Uloga podrške VSG-a za pohranu energije za električnu mrežu
3.1 Frekvencijska podrška
Potpora inerciji: U elektroenergetskom sustavu tradicionalni sinkroni generatori igraju ključnu ulogu u stabilnosti frekvencije sustava zahvaljujući svojoj rotacijskoj inerciji. Kada frekvencija mreže fluktuira, rotacijska inercija sinkronih generatora može apsorbirati ili otpustiti kinetičku energiju, čime se usporava brzina promjene frekvencije. Pohrana energije VSG simulira inerciju rotora tradicionalnih generatora kroz virtualnu inerciju. Kada se frekvencija mreže promijeni, VSG može brzo osloboditi ili apsorbirati energiju kako bi usporio brzinu promjene frekvencije. Na primjer, kada frekvencija mreže iznenada padne, VSG s virtualnom inercijom će osloboditi energiju prema jednadžbi gibanja rotora, povećavajući izlaz aktivne snage i potiskujući daljnji pad frekvencije.
Regulacija frekvencije: VSG može sudjelovati u primarnoj regulaciji frekvencije električne mreže putem strategije kontrole pada frekvencije snage -. Konfigurira frekvencijsku - modulacijsku mrtvu - zonu od 2% nazivne snage/0,1 Hz i koristi kontrolu pada za postizanje automatske regulacije frekvencije unutar raspona od ±0,5 Hz, s vremenom odziva od<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 Naponska podrška
Reaktivna - kontrola pada napona za regulaciju napona: VSG kontrolira izlazni napon simulacijom sustava pobude sinkronih generatora, to jest, kroz reaktivnu - karakteristiku pada napona. Izračunava vrijednost odstupanja jalove snage i zatim prilagođava napon kako bi se ostvarila učinkovita kontrola napona sustava. U električnoj mreži, kada napon fluktuira, VSG može prilagoditi izlaznu jalovu snagu u skladu s karakteristikom pada reaktivnog - napona. Na primjer, kada napon mreže padne, VSG će povećati izlaznu jalovu snagu, a jalova snaga će djelovati na mrežu da povisi napon; kada napon mreže poraste, VSG će smanjiti izlaz jalove snage kako bi smanjio napon.
Dinamička reaktivna podrška u slabim mrežama: U situacijama slabog - mrežnog ili otočnog - načina rada, pohrana energije - VSG može se koristiti kao izvor napona za pružanje podrške. U slabim - područjima mreže, impedancija mreže je relativno visoka, a napon i frekvencija će vjerojatnije fluktuirati. VSG može poboljšati stabilnost napona osiguravajući reaktivnu kompenzaciju. Na primjer, u nekim udaljenim područjima sa slabim elektroenergetskim mrežama, VSG može prilagoditi izlaznu jalovu snagu u stvarnom - vremenu prema naponskoj situaciji u elektroenergetskoj mreži, nadoknađujući manjak reaktivne - snage u elektroenergetskoj mreži i održavajući stabilnost napona7.
3.3 Poboljšanje stabilnosti električne mreže
Suzbijanje oscilacija sustava: VSG kontrola simulira karakteristike prigušivanja sinkronih generatora, što može učinkovito potisnuti oscilacije sustava i poboljšati performanse dinamičkog odziva sustava. U elektroenergetskom sustavu s visokim udjelom obnovljivih izvora energije, zbog nedostatka prigušenja energetskih elektroničkih uređaja, sustav je pod određenim poremećajima sklon oscilaciji snage. VSG može uvesti virtualno prigušenje putem kontrolnih algoritama. Kada sustav ima fluktuacije snage ili oscilacije, virtualno prigušenje će igrati ulogu u potiskivanju oscilacija i brzom vraćanju sustava u stabilno stanje.
Poboljšanje sposobnosti - vožnje - kroz sposobnost: VSG tehnologija može poboljšati - vožnju - kroz sposobnost sustava za pohranu energije -. Kada napon mreže privremeno padne, VSG može pomoći oporavku električne mreže putem reaktivne podrške. Na primjer, u slučaju niskog - napona - kroz (LVRT), VSG može prilagoditi izlaznu jalovu snagu prema situaciji pada napona, osigurati reaktivnu kompenzaciju za elektroenergetsku mrežu i pomoći elektroenergetskoj mreži da brzo uspostavi stabilnost napona, izbjegavajući odspajanje sustava za pohranu energije - tijekom poremećaja u mreži i poboljšavajući stabilnost i pouzdanost električne mreže.
Besprijekorno prebacivanje između mrežnog - povezanog i otočnog - načina: Energetska - pohrana VSG podržava besprijekorno prebacivanje između mrežnog - povezanog i otočnog - načina. U mikro - mrežama, tijekom dana fotonaponska proizvodnja energije može raditi u PQ načinu rada, a noću ili u otočnom - načinu rada, može se prebaciti na VSG način rada kako bi se održala stabilnost mikro - mreže. Ova besprijekorna - mogućnost prebacivanja osigurava neprekidno napajanje ključnih potrošača (kao što su bolnice, podatkovni centri) i poboljšava pouzdanost i fleksibilnost elektroenergetskog sustava8.
4.Scenariji primjene
Visok{0}}scenarij novog pristupa energiji: s velikom-integracijom nove energije, inercija i kapacitet kratkog{2}}spoja električne mreže su se smanjili, a stabilnost frekvencije i napona suočava se s izazovima. I virtualni sinkroni generatori i mrežno-strukturirano skladištenje energije imaju značajnu vrijednost primjene u ovom scenariju. Oni mogu pružiti potrebnu inercijsku i prigušnu potporu za nove sustave za proizvodnju električne energije, poboljšati stabilnost i pouzdanost električne mreže, povećati kapacitet za prilagodbu nove energije i osigurati siguran i stabilan rad energetskih sustava s visokim udjelom nove energije.
Scenarij mikromreže: U scenariju mikromreže, bilo da se radi o-povezanom na mrežu ili o-ne-mrežnom radu, potrebno je stabilno i pouzdano napajanje kako bi se održala stabilnost napona i frekvencije sustava. Sustav za pohranu energije kojim upravljaju virtualni sinkroni generatori može pružiti stabilnu energetsku podršku za mikromreže baš kao i tradicionalni dizel generatori, postižući glatko prebacivanje i neovisan rad mikromreža. Skladištenje-energije koje formira mrežu, temeljeno na tehnologiji virtualnog sinkronog generatora, može poslužiti kao osnovni izvor energije mikromreža, izgraditi i podržati stabilan rad mikromreža i poboljšati pouzdanost napajanja i kvalitetu električne energije mikromreža.
Pomoćne usluge-na strani mreže: Strukturirano pohranjivanje energije-mreže sudjeluje u pomoćnim uslugama kao što su regulacija frekvencije i regulacija napona, te pruža inercijski odziv i dinamičku podršku putem VSG tehnologije.
Slabe električne mreže i udaljena područja: U područjima sa slabom električnom mrežom ili udaljenim regijama, mrežno-strukturirano skladištenje energije pruža-kapacitet kratkog spoja i podršku naponu putem VSG tehnologije, smanjujući oslanjanje na dizelske generatore9.
1.CSDN, tehnologija virtualnog sinkronog generatora za pohranu energije.
2.CSDN, mrežno-povezani fotonaponski hibridni sustav za pohranu energije temeljen na virtualnom sinkronom generatoru sa Simulink simulacijom.
3. Li Yongli, Li Yi. Metoda distribucije energije i virtualne inercije za fotonaponske hibridne sustave za pohranu energije temeljene na virtualnim sinkronim generatorima. CN202211422434.1 [2025-04-20].
4.Dai Jiaoyang, Elektrotehnika. Istraživanje strategije distribucije električne energije i stabilnosti hibridnog virtualnog sinkronog generatorskog sustava za pohranu energije [D] Sveučilište znanosti i tehnologije Huazhong [20.4.2025].
5.CSDN, virtualna sinkronizacija VSG mreža-povezana aktivna i jalova snaga nakon istraživanja fotonaponske pohrane energije (implementirano kroz Simulink simulaciju).
6.Nacionalna vrhunska-platforma za razmjenu znanstvenoistraživačkih radova i tehnoloških informacija, poboljšanje strategije upravljanja fotonaponskim spremnikom VSG pod neuravnoteženim naponom mreže.
7.VIP informacije, tip statičkog uređaja za proizvodnju jalove energije i njegova samo-sinkrona kontrola izvora napona.
8.NSTL, Virtualni sinkroni generator, prilagodljivo upravljanje elektranom za pohranu energije na temelju fizičkih ograničenja.
9.CSDN, Odnos između virtualnih sinkronih generatora i mrežnog-strukturiranog skladištenja energije.