Sintetička inercija u sintetičkom sinhronom generatoru (VSG) za mrežu-formiranje sistema za pretvaranje energije (PCS)

Sa sve većim prodorom nove energije vjetra i sunca i kontinuiranim gašenjem tradicionalnih sinhronih jedinica, energetski sistemi ulaze uera niske{0}}e inercije. Sistemi za pretvaranje energije (PCS) za fotonapon i skladištenje energije, kao energetski elektronski uređaji{1}}bazirani na inverterima, nemaju rotirajuće rotore i nemaju prirodnu inerciju rotacije. Jednom kada dođe do poremećaja u električnoj mreži, stopa promjene frekvencije (RoCoF) će naglo porasti, lako će pokrenuti kaskadne greške i velike-događaje van{4}}mreže.

Jedna od osnovnih tehnologijaMreža-Kompjuteri za formiranje (GFM).jeSintetičkiAlgoritam sinhronog generatora (VSG).. Rješava jednadžbu kretanja rotora sinhronih generatora u softveru i konstruiše sintetičku inerciju rotacije putem koda, omogućavajući elektroničkoj opremi statičke snage da isporuči podršku inerciji slično kao kod konvencionalnih parnih ili hidroelektričnih jedinica. Ovo je također ključ za stabilan rad skladišta energije u scenarijima slabe mreže.

I. Osnovni princip VSGSintetička inercija

Konvencionalni sinhroni 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, oni apsorbiraju višak snage kako bi obuzdali skokove frekvencije, u suštini stvarajući fizički efekat zamašnjaka.

VSG ne zavisi od mehaničkih komponenti. Umjesto toga, rješava jednačinu kretanja rotora unutar PCS kontrolera:

J: Sintetičkimoment inercije(konfigurirano softverskim parametrima)

Pₘ: Sintetička mehanička referenca snage

Pₑ: Stvarna izlazna elektromagnetna snaga PCS-a

D: Sintetički koeficijent prigušenja

ω: Unutrašnja sintetička ugaona brzina PCS-a

ωg: Izmjerena ugaona brzina mreže

Kada dođe do nestašice električne energije u električnoj mreži i ugaona brzina mreže ωg se smanji, u jednačini se pojavljuje neuravnoteženi član snage. Kontroler odmah crpi električnu energiju iz baterije za skladištenje energije i daje joj dodatnu inercijsku snaguograničiti brzinu promjene frekvencije (RoCoF)i usporavaju pad frekvencije. Suprotno tome, u slučaju viška snage i porasta frekvencije, PCS apsorbira višak energije kako bi suzbio brzu eskalaciju frekvencije.

II. Analiza tipične VSGSintetička inercijaKod (MATLAB primjer)

Ispod je tipičan implementacijski kod za kontrolu sintetičke inercije:

Definirajte sintetičku vremensku konstantu inercije Tᵥᵢᵣₜ , obično u rasponu od 2~8 s, što predstavlja snagu inercijske podrške;

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

Uzorak frekvencije mreže na dvije uzastopne vremenske oznake i izračunajte brzinu promjene ugaone frekvencije dω/dt (koja odgovara RoCoF);

Izračunajte dodatnu inercijsku snagu Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ koristeći Jᵥᵢᵣₜ i brzinu varijacije ugaone frekvencije;

Superponirajte inercijsku snagu na originalnu referencu snage Pᵣₑf da dobijete konačnu naredbu PCS izlazne snage Pᵣₑfₜₒₜₐₗ .

III. Bitne razlike između VSG-aSintetička inercijai Grid{0}}Praćenje (GFL)

Pretpostavka za mrežne{0}}konvertore je da sama mreža djeluje kao kruti izvor napona. U slabim mrežama sa velikom impedancijom linije, napon na tački zajedničkog spajanja (PCC) lako se pomjera, fazno-zaključana petlja ima tendenciju da izgubi stabilnost, a efekat dodatne sintetičke inercije je znatno oslabljen.

GFM VSG PCS više ne zavisi od eksterne krute mreže i služi kao naponsko sidro. Čak i kada omjer kratkog{1}}omjera mreže (SCR) padne na 1,5 ili niže, on može stabilno proizvesti sintetičku inerciju i potisnuti oscilacije sistema.

IV. Razmatranja dizajna za inženjersku implementaciju

Tuning ofSintetička inercijaParameters

Tᵥᵢᵣₜ nije bolji kada je veći. Previše veliki Jᵥᵢᵣₜ uvodi nisko-oscilaciju; previše mala vrijednost pruža nedovoljnu podršku inerciji i ne uspijeva da obuzda RoCoF. U inženjerskoj praksi,adaptivna varijabla inercijaje uobičajeno prihvaćeno: povećanjeJtokom brzih fluktuacija frekvencije i smanjiJu uslovima stabilnog{0}}stanja radi balansiranja stabilnosti i dinamičkog odziva.

Ograničenja kapaciteta skladištenja energije
Sva energija za sintetičku inerciju dolazi iz baterije za skladištenje energije. Kratkoročna-podrška inerciji pokreće punjenje i pražnjenje. Tokom projektovanja, potrebno je provjeriti snagu baterije i opseg stanja napunjenosti (SOC) kako bi se spriječilo -preko-ograničenje zaštitnih radnji uzrokovanih čestim inercijskim odzivom.

Hardversko usko grlo u propusnom opsegu
Bez obzira na to koliko je VSG Synthetic inercijski algoritam dobro dizajniran, on je ograničen brzinom prebacivanja energetskih uređaja. Kontrolno kašnjenje uvedeno niskom frekvencijom preklapanja slabi performanse inercije i može čak izazvati podsinhrone oscilacije. SiC energetski moduli velikog-propusnog opsega čine hardversku osnovu za GFM PCS visokih{3}}performansi.

V. Sažetak industrijske vrijednosti

Mrežni kodovi širom svijeta (ENTSO-E NC RfG 2.0, UK GC0137, Kineski kodeks za dizajn stanice za pohranu elektrohemijske energije) postepeno su nadogradili mogućnost formiranja mreže-sa opcione funkcije na obavezni prag međupovezivanja mreže.

VSG Sintetička inercija u suštinireplicira inerciju rotora sinhronih generatora na PCS-u za pohranu energije putem softverskih algoritama i-elektronskog hardvera velike brzine. U novom-energijskom sistemu sa velikom-integracijom vjetro- i solarne mreže, sintetička inercija PCS-a koji formira mrežu{3}}postaje osnovna tehnologija za održavanje stabilnosti frekvencije mreže i garantiranje sigurnosti-konekcije na mrežu novih energetskih baza.