Ovaj rad se fokusira na metode implementacije virtuelnog sinhronog generatora za skladištenje energije (VSG) i njegovu značajnu ulogu podrške za električnu mrežu. Sa sve većim prodorom distribuiranih izvora energije kao što je fotonaponska proizvodnja električne energije, stabilnost električne mreže suočava se sa izazovima zbog njihove nasumice i isprekidanosti.
VSG tehnologija omogućava distribuiranim izvorima energije da pokažu karakteristike slične tradicionalnim sinhronim generatorima kada su povezani na mrežu simulacijom mehaničkih i eksternih karakteristika sinhronih generatora, čime se povećava stabilnost i pouzdanost električne mreže. Ovaj rad prvi put predstavlja metode implementacije VSG za skladištenje energije sa aspekta strategija upravljanja i arhitekture sistema. Zatim elaborira ulogu podrške VSG-a za skladištenje energije za električnu mrežu u smislu podrške frekvenciji, naponske podrške i poboljšanja stabilnosti električne mreže. Konačno, izloženi su scenariji primjene VSG tehnologije1.
1.Strategija kontrole za virtuelni sinhroni generator
Osnovna ideja VSG upravljanja je simulacija jednačine kretanja rotora i jednadžbe elektromagnetskog tranzijenta sinhronog generatora kontrolom izlaznog napona i struje pretvarača. Njegova osnovna strategija kontrole obično uključuje sljedeće dijelove:
1. Simulacija jednadžbe ugla snage: Simulirajte jednačinu kretanja rotora sinhronog generatora da biste uspostavili odnos između izlazne aktivne snage i virtuelne ugaone frekvencije.
2. Simulacija jednačine napona: Simulirajte pobuđujuću jednačinu sinhronog generatora da biste uspostavili odnos između izlazne reaktivne snage i virtualnog unutrašnjeg potencijala.
3. Proračun snage i filtriranje: Da biste precizno izračunali izlaznu aktivnu i reaktivnu snagu pretvarača, potrebno je prikupiti izlazni napon i struju i izvršiti odgovarajuću obradu filtriranja kako bi se eliminisao utjecaj visoko-šuma visoke frekvencije i poremećaja mreže.
4. Zamjena fazno zaključane petlje (PLL): U VSG kontroli, tradicionalna fazno zaključana petlja obično nije potrebna. Virtuelna ugaona frekvencija se direktno izračunava jednadžbom ugla snage, čime se postiže sinhronizacija sa električnom mrežom. Ovo izbjegava mogući problem gubitka zaključavanja PLL-a u uslovima slabe električne mreže2.
U VSG-baziranom fotonaponskom hibridnom sistemu za pohranu energije, VSG kontrola pretvarača za pohranu energije obično prima upute za napajanje od EMS-a. EMS izračunava referentne vrijednosti aktivne i reaktivne snage koje sistem za skladištenje energije treba da pruži na osnovu informacija kao što su fotonaponski izlaz, potražnja za opterećenjem, status mreže i SOC za skladištenje energije. VSG kontroler pretvarača za skladištenje energije, na osnovu ovih referentnih vrijednosti i simulacijom karakteristika sinhronih generatora, kontrolira izlaz invertera kako bi se postigla precizna regulacija snage i inercijalna podrška za električnu mrežu.3.
Osim toga, s obzirom na karakteristike fotonaponske mreže, potrebno je razmotriti i neke posebne strategije upravljanja:
Koordinirana strategija upravljanja: Kako koordinirati kontrolu između fotonaponskih invertera i pretvarača za skladištenje energije kako bi se postigao optimalan rad cijelog sistema. Na primjer, kada frekvencija mreže padne, sistem za skladištenje energije pruža inercijalnu podršku brzim oslobađanjem aktivne snage kroz VSG kontrolu, dok fotonaponski sistem može umjereno sniziti MPPT tačku kako bi učestvovao u regulaciji frekvencije.
Upravljanje SOC-om za skladištenje energije: SOC baterija za pohranu energije je ključni faktor koji utiče na-dugoročni stabilan rad sistema. Strategije upravljanja SOC-om moraju biti integrirane u VSG kontrolu kako bi se spriječilo prekomjerno punjenje ili prekomjerno pražnjenje baterije.
Slaba prilagodljivost mreže: U uslovima slabe mreže, impedancija mreže je relativno visoka, a napon i frekvencija su skloniji fluktuaciji. VSG kontrolu treba optimizirati za slabe karakteristike mreže kako bi se povećala margina stabilnosti sistema4.
2. Arhitektura sistema skladištenja energije VSG
Sistem povezivanja VSG mreže za skladištenje energije - uglavnom se sastoji od fotonaponskih nizova, sistema za skladištenje energije, invertera i VSG kontrolnih jedinica.
Fotonaponski niz: Odgovoran je za pretvaranje sunčeve energije u DC električnu energiju, koja je izvor energije sistema. Fotonaponski inverter može usvojiti strategiju kontrole maksimalne Power Point Tracking (MPPT) kako bi maksimizirao ekstrakciju energije iz fotonaponskog niza ili učestvovao u koordinisanoj kontroli sistema kada je sistemu to potrebno, pružajući određenu podršku.
Sistem za pohranu energije: Obično se koriste baterije ili super - kondenzatori. Kroz dvosmjerni DC - DC pretvarač, skladištenje i oslobađanje energije se realizuju kako bi se suzbile izlazne fluktuacije fotonaponske snage i poboljšala stabilnost sistema. Jedinica za pohranu energije usvaja arhitekturu upravljanja dvostrukom - petljom zasnovanom na dvosmjernom DC - DC pretvaraču. Kontrola vanjske - petlje usvaja strategiju upravljanja izjednačavanjem napona - za održavanje stabilnosti napona DC - sabirnice kroz PI regulator, sa vremenom odziva manjim ili jednakim 5 ms. Unutrašnja - kontrola petlje implementira kontrolu razdvajanja struje kako bi precizno pratila referentnu struju koristeći povratnu informaciju o stanju, sa koeficijentom talasanja struje od<1.5%.
Inverter: Konvertuje DC električnu energiju u AC električnu energiju i ostvaruje sinhronizaciju i regulaciju sa električnom mrežom preko VSG kontrolne jedinice. U sistemu za skladištenje energije - VSG, VSG kontrola se obično primjenjuje na pretvarač za pohranu energije - ili integrirani pretvarač jer sistem za pohranu energije - ima mogućnost dvosmjernog toka snage, što je pogodnije za simulaciju kontrole aktivne i reaktivne snage sinhronih generatora.
VSG kontrolna jedinica: To je srž sistema. Simulacijom jednačine kretanja rotora i jednačine reaktivnog - upravljanja naponom sinhronih generatora ostvaruje se regulacija frekvencije i napona električne mreže. VSG kontrolna jedinica također uključuje modul za proračun snage i filtriranje, koji prikuplja izlazni napon i struju i izvodi odgovarajuću obradu filtriranja kako bi se eliminisao utjecaj šuma visoke - frekvencije i poremećaja mreže5.
3. Uloga podrške VSG za skladištenje energije za električnu mrežu
3.1 Podrška za frekvenciju
Podrška inerciji: U elektroenergetskom sistemu tradicionalni sinhroni generatori igraju ključnu ulogu u stabilnosti frekvencije sistema zahvaljujući svojoj rotacionoj inerciji. Kada frekvencija mreže fluktuira, inercija rotacije sinhronih generatora može apsorbirati ili osloboditi kinetičku energiju, usporavajući time brzinu promjene frekvencije. Skladištenje 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 naglo opadne, VSG sa virtuelnom inercijom će osloboditi energiju prema jednačini kretanja rotora, povećavajući izlaz aktivne snage i potiskujući daljnji pad frekvencije.
Regulacija frekvencije: VSG može učestvovati u primarnoj regulaciji frekvencije električne mreže putem strategije kontrole pada frekvencije snage -. Konfigurira mrtvu zonu frekvencije - modulacije - od 2% nazivne snage/0,1 Hz i koristi kontrolu spuštanja za postizanje automatske regulacije frekvencije u rasponu 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 Podrška za napon
Reaktivna - kontrola pada napona za regulaciju napona: VSG kontrolira izlazni napon simulirajući sistem pobude sinhronih generatora, odnosno, kroz reaktivnu - karakteristiku pada napona. On izračunava vrijednost odstupanja reaktivne snage i zatim prilagođava napon kako bi se ostvarila efektivna kontrola napona sistema. U električnoj mreži, kada napon fluktuira, VSG može podesiti izlaznu reaktivnu snagu prema reaktivnoj - karakteristici pada napona. Na primjer, kada napon mreže opadne, VSG će povećati izlaz reaktivne snage, a reaktivna snaga će djelovati na mrežu da podigne napon; kada napon mreže poraste, VSG će smanjiti izlaz reaktivne snage kako bi snizio napon.
Dinamička reaktivna podrška u slabim mrežama: U situacijama sa slabom - mrežom ili ostrvskim - načinom rada, VSG za skladištenje energije - može se koristiti kao izvor napona za pružanje podrške. U oblastima slabe - mreže, impedansa mreže je relativno visoka, a napon i frekvencija će vjerovatnije fluktuirati. VSG može poboljšati stabilnost napona pružanjem reaktivne kompenzacije. Na primjer, u nekim udaljenim područjima sa slabom elektroenergetskom mrežom, VSG može prilagoditi izlaznu reaktivnu snagu u realnom - vremenu prema naponskoj situaciji u elektroenergetskoj mreži, kompenzirajući reaktivni nedostatak električne energije - u električnoj mreži i održavajući stabilnost napona7.
3.3 Poboljšanje stabilnosti električne mreže
Suzbijanje sistemskih oscilacija: VSG kontrola simulira karakteristike prigušenja sinhronih generatora, koji mogu efikasno potisnuti oscilacije sistema i poboljšati performanse dinamičkog odziva sistema. U elektroenergetskom sistemu sa visokim udjelom obnovljivih izvora energije, zbog nedostatka prigušenja energetskih elektronskih uređaja, sistem je sklon oscilacijama snage pod određenim smetnjama. VSG može uvesti virtualno prigušivanje kroz algoritame upravljanja. Kada sistem ima fluktuacije snage ili oscilacije, virtuelno prigušenje će igrati ulogu u suzbijanju oscilacija i brzom vraćanju sistema u stabilno stanje.
Poboljšanje mogućnosti kvara - Ride -: VSG tehnologija može poboljšati - vožnju - kroz sposobnost sistema za pohranu energije -. Kada napon mreže privremeno opadne, VSG može pomoći energetskoj mreži da se oporavi kroz reaktivnu podršku. Na primjer, u slučaju vožnje niskog napona - od - do (LVRT), VSG može podesiti izlaznu reaktivnu snagu u skladu sa situacijom pada napona, obezbijediti reaktivnu kompenzaciju za električnu mrežu i pomoći elektroenergetskoj mreži da brzo obnovi stabilnost napona, izbjegavajući isključenje sistema za pohranu energije - tokom poremećaja u mreži i poboljšavajući stabilnost mreže.
Besprekorno prebacivanje između mrežnog - povezanog i ostrvskog - načina: pohrana energije - VSG podržava besprijekorno prebacivanje između mrežnog - povezanog i ostrvskog - načina rada. U mikro - mrežama, tokom dana, fotonaponska proizvodnja električne energije može raditi u PQ modu, a noću ili u ostrvskom - načinu rada, može se prebaciti na VSG način kako bi se održala stabilnost mikro - mreže. Ova besprijekorna mogućnost prebacivanja - osigurava kontinuirano napajanje ključnih opterećenja (kao što su bolnice, podatkovni centri) i poboljšava pouzdanost i fleksibilnost elektroenergetskog sistema8.
4.Aplikacijski scenariji
Scenariji visokog{0}}proporcija novog pristupa energiji: Uz veliku-integraciju nove energije, inercija i kapacitet kratkog-spoja električne mreže su smanjeni, a stabilnost frekvencije i napona se suočava sa izazovima. I virtuelni sinhroni generatori i mrežno{4}}strukturirano skladištenje energije imaju značajnu primjenu u ovom scenariju. Oni mogu pružiti neophodnu inercijsku i prigušnu podršku za nove sisteme za proizvodnju energije, poboljšati stabilnost i pouzdanost električne mreže, povećati kapacitet za smještaj nove energije i osigurati siguran i stabilan rad elektroenergetskih sistema sa visokim udjelom nove energije.
Scenario mikromreže: U scenariju mikromreže, bilo da se radi o-povezanom s mrežom ili van{1}}mreže, potrebno je stabilno i pouzdano napajanje da bi se održala stabilnost napona i frekvencije sistema. Sistem za skladištenje energije koji kontrolišu virtuelni sinhroni generatori može da obezbedi stabilnu podršku za napajanje mikromrežama kao i tradicionalni dizel generatori, postižući nesmetano prebacivanje i nezavisan rad mikromreža. Skladištenje energije koje formira mrežu, bazirano na tehnologiji virtuelnog sinhronog generatora, može poslužiti kao osnovni izvor napajanja mikromreža, izgraditi i podržati stabilan rad mikromreža, te poboljšati pouzdanost napajanja i kvalitet električne energije mikromreža.
Pomoćne usluge{0}}strane mreže: Mrežno-strukturirano skladištenje energije učestvuje u pomoćnim uslugama kao što su regulacija frekvencije i regulacija napona, te pruža inercijski odgovor i dinamičku podršku kroz VSG tehnologiju.
Slabe elektroenergetske mreže i udaljena područja: U područjima sa slabom snagom električne mreže ili udaljenim regijama, mrežno{0}}strukturirano skladište energije pruža podršku kratkom-naponu kroz VSG tehnologiju, smanjujući oslanjanje na dizel generatore9.
1.CSDN, tehnologija virtuelnog sinkronog generatora za skladištenje energije.
2.CSDN, mrežni-povezan fotonaponski hibridni sistem za pohranu energije baziran na virtuelnom sinhronom generatoru sa Simulink simulacijom.
3.Li Yongli, Li Yi. Metoda upravljanja distribucijom energije i virtuelne inercije za fotonaponske hibridne sisteme za skladištenje energije zasnovane na virtuelnim sinhronim generatorima. CN202211422434.1 [2025-04-20].
4.Dai Jiaoyang, elektrotehnika. Istraživanje o strategiji distribucije energije i stabilnosti hibridnog sistema virtuelnog sinkronog generatora za skladištenje energije [D] Univerzitet nauke i tehnologije Huazhong [2025-04-20].
5.CSDN, virtuelna sinhronizacija VSG mreža-povezana aktivna i reaktivna snaga nakon istraživanja o fotonaponskom skladištenju energije (implementirano kroz Simulink simulaciju).
6.Nacionalna vrhunska platforma za razmjenu naučno-istraživačkih radova i tehnoloških informacija, poboljšavajući strategiju upravljanja fotonaponskim skladišnim VSG-om pod neuravnoteženim mrežnim naponom.
7.VIP informacije, tip za pohranu energije statički uređaj za proizvodnju reaktivne energije i njegova samo-sinhrona kontrola izvora napona.
8.NSTL, virtuelni sinhroni generator, adaptivna kontrola elektrane za skladištenje energije na osnovu fizičkih ograničenja.
9.CSDN, Odnos između virtuelnih sinhronih generatora i grid{1}}strukturiranog skladištenja energije.
