Sintetička inercija u sintetičkom sinkronom generatoru (VSG) za mrežne-sustave za pretvorbu energije (PCS)

Sa sve većim prodorom nove energije vjetra i sunca i stalnim prestankom rada tradicionalnih sinkronih jedinica, elektroenergetski sustavi ulaze uniska{0}}tromost. Sustavi za pretvorbu energije (PCS) za fotonapon i pohranu energije, kao-temeljeni energetski elektronički uređaji, nemaju rotirajuće rotore i nemaju prirodnu rotacijsku inerciju. Jednom kad dođe do poremećaja u elektroenergetskoj mreži, stopa promjene frekvencije (RoCoF) naglo će porasti, lako izazivajući kaskadne kvarove i velike-događaje van-mreže.

Jedna od temeljnih tehnologijaOblikovanje mreže- (GFM) PCSjesintetičkaAlgoritam sinkronog generatora (VSG).. Rješava jednadžbu gibanja rotora sinkronih generatora u softveru i konstruira sintetičku rotacijsku inerciju putem koda, omogućujući elektroničkoj opremi statičkog napajanja da pruži potporu inerciji sličnu konvencionalnim parnim ili hidroelektričnim generatorskim jedinicama. Ovo je također ključ za stabilan rad skladišta energije u scenarijima slabe mreže.

I. Temeljni princip VSGSintetička inercija

Konvencionalni sinkroni generatori oslanjaju se na kinetičku energiju pohranjenu u masivnim rotorima. Kada frekvencija mreže padne, rotori oslobađaju kinetičku energiju kako bi spriječili brzu varijaciju frekvencije; kada frekvencija raste, apsorbiraju višak snage kako bi obuzdali skokove frekvencije, u biti stvarajući fizički učinak zamašnjaka.

VSG ne ovisi o mehaničkim komponentama. Umjesto toga, rješava jednadžbu gibanja rotora unutar PCS kontrolera:

J: sintetičkamoment inercije(konfigurirano softverskim parametrima)

Pₘ: Referenca sintetičke mehaničke snage

Pₑ: Stvarna izlazna elektromagnetska snaga PCS-a

D: Sintetički koeficijent prigušenja

ω: Unutarnja sintetička kutna brzina PCS-a

ωg: Izmjerena kutna brzina mreže

Kada dođe do nedostatka energije u električnoj mreži i kutna brzina mreže ωg se smanji, u jednadžbi se pojavljuje neuravnoteženi član snage. Regulator odmah crpi električnu energiju iz baterije za pohranu energije i daje dodatnu snagu inercijeograničiti brzinu promjene frekvencije (RoCoF)i usporiti pad frekvencije. Obrnuto, u slučaju viška snage i porasta frekvencije, PCS apsorbira višak snage kako bi suzbio brzu eskalaciju frekvencije.

II. Analiza tipičnog VSG-aSintetička inercijaKod (primjer MATLAB-a)

Ispod je tipičan implementacijski kod za kontrolu sintetičke inercije:

Definirajte vremensku konstantu sintetičke inercije Tᵥᵢᵣₜ, obično u rasponu od 2~8 s, koja predstavlja snagu potpore inercije;

Izračunajte osnovnu kutnu frekvenciju​​​​​ωbₐₛₑ iz nazivne frekvencije, a zatim izvedite sintetički moment tromosti​​​​​​Jᵥᵢᵣₜ ;

Uzorkujte mrežnu frekvenciju u dvije uzastopne vremenske oznake i izračunajte brzinu promjene kutne frekvencije dω/dt (koja odgovara RoCoF-u);

Izračunajte dodatnu inercijsku snagu Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ pomoću Jᵥᵢᵣₜ i stope varijacije kutne frekvencije;

Superponirajte snagu inercije na izvornu referencu snage Pᵣₑf da biste dobili konačnu PCS naredbu izlazne snage Pᵣₑfₜₒₜₐₗ .

III. Bitne razlike između VSGSintetička inercijai praćenje-mreže (GFL)

Pretpostavka za-pretvarače koji slijede mrežu je da sama mreža djeluje kao kruti izvor napona. U slabim mrežama s velikom impedancijom vodova, napon na točki zajedničkog spajanja (PCC) lako se mijenja, fazno-zaključana petlja teži gubitku stabilnosti, a učinak dodatne sintetičke inercije uvelike je oslabljen.

GFM VSG PCS više ne ovisi o vanjskoj krutoj mreži i sam služi kao naponsko sidro. Čak i kada omjer kratkog -spoja mreže (SCR) padne na 1,5 ili niže, može stabilno proizvoditi sintetičku inerciju i potisnuti oscilacije sustava.

IV. Razmatranja dizajna za inženjersku implementaciju

UgađanjeSintetička inercijaParametri

Tᵥᵢᵣₜ nije bolji kada je veći. Pretjerano veliki Jᵥᵢᵣₜ uvodi oscilaciju niske-frekventnosti; pretjerano mala vrijednost pruža nedovoljnu potporu inerciji i ne uspijeva obuzdati RoCoF. U inženjerskoj praksi,adaptivna varijabla inercijeuobičajeno je usvojeno: povećanjeJtijekom brzih fluktuacija frekvencije i smanjitiJu stacionarnim-uvjetima za ravnotežu stabilnosti i dinamičkog odziva.

Ograničenja kapaciteta za pohranu energije
Sva energija za sintetičku inerciju dolazi iz baterije za pohranu energije. Kratkoročna-podrška inercije pokreće punjenje i pražnjenje. Tijekom projektiranja potrebno je provjeriti snagu baterije i raspon stanja napunjenosti (SOC) kako bi se spriječile radnje zaštite izvan--ograničenja uzrokovane čestim odgovorom na inerciju.

Usko grlo hardverske propusnosti
Bez obzira na to koliko je VSG sintetički inercijski algoritam dizajniran, ograničen je brzinom prebacivanja energetskih uređaja. Kašnjenje upravljanja uvedeno niskom frekvencijom preklapanja slabi performanse inercije i može čak inducirati subsinkrone oscilacije. SiC moduli napajanja velike-propusnosti čine hardverski temelj za GFM PCS visokih{3}}performansi.

V. Sažetak industrijske vrijednosti

Mrežni kodovi u cijelom svijetu (ENTSO-E NC RfG 2.0, UK GC0137, Kineski kodeks za projektiranje stanica za skladištenje elektrokemijske energije) postupno su nadogradili sposobnost formiranja-mreže od izborne funkcije do obveznog praga međupovezivanja mreže.

VSG Sintetička inercija u bitireplicira inerciju rotora sinkronih generatora na PCS-u za pohranu energije putem softverskih algoritama i elektroničkog hardvera velike brzine-. U novom-energetskom sustavu s velikom-integracijom vjetroelektrane i solarne mreže, sintetička inercija PCS-a koji-formira mrežu postaje temeljna tehnologija za održavanje stabilnosti frekvencije mreže i jamstvo-sigurnosti povezivanja na mrežu novih energetskih baza.