Šiame straipsnyje pagrindinis dėmesys skiriamas energijos kaupimo virtualaus sinchroninio generatoriaus (VSG) diegimo metodams ir svarbiam jo vaidmeniui elektros tinkle. Didėjant paskirstytų energijos šaltinių, tokių kaip fotovoltinės energijos gamyba, skverbtis, elektros tinklo stabilumas susiduria su iššūkiais dėl jų atsitiktinumo ir pertrūkių.
VSG technologija leidžia paskirstytiems energijos šaltiniams turėti charakteristikas, panašias į tradicinius sinchroninius generatorius, kai jie prijungti prie tinklo, imituojant sinchroninių generatorių mechanines ir išorines charakteristikas, taip padidinant elektros tinklo stabilumą ir patikimumą. Šiame darbe pirmiausia pristatomi Energy Storage VSG įgyvendinimo metodai valdymo strategijų ir sistemų architektūros aspektais. Tada išsamiai aprašomas „Energy Storage VSG“ pagalbinis vaidmuo elektros tinklui, atsižvelgiant į dažnio palaikymą, įtampos palaikymą ir elektros tinklo stabilumo gerinimą. Galiausiai buvo paaiškinti VSG technologijos taikymo scenarijai1.
1. Virtualaus sinchroninio generatoriaus valdymo strategija
Pagrindinė VSG valdymo idėja yra imituoti sinchroninio generatoriaus rotoriaus judėjimo lygtį ir elektromagnetinio pereinamojo laikotarpio lygtį, valdant keitiklio išėjimo įtampą ir srovę. Jo pagrindinė valdymo strategija paprastai apima šias dalis:
1. Galios kampo lygties modeliavimas: imituokite sinchroninio generatoriaus rotoriaus judėjimo lygtį, kad nustatytumėte ryšį tarp aktyviosios išėjimo galios ir virtualaus kampinio dažnio.
2. Įtampos lygties modeliavimas: Imituokite sinchroninio generatoriaus sužadinimo lygtį, kad nustatytumėte ryšį tarp išėjimo reaktyviosios galios ir virtualaus vidinio potencialo.
3. Galios apskaičiavimas ir filtravimas: norint tiksliai apskaičiuoti keitiklio išėjimo aktyviąją ir reaktyviąją galią, būtina surinkti išėjimo įtampą ir srovę bei atlikti atitinkamą filtravimo procesą, kad būtų pašalinta aukšto-dažnio triukšmo ir tinklo trikdžių įtaka.
4.Phase Locked Loop (PLL) pakeitimas: Valdant VSG tradicinė fazinė užrakinta kilpa paprastai nereikalinga. Virtualus kampinis dažnis tiesiogiai apskaičiuojamas pagal galios kampo lygtį, siekiant sinchronizuoti su elektros tinklu. Taip išvengiama galimo PLL užrakto praradimo problemos esant silpnoms elektros tinklo sąlygoms2.
VSG{0}}pagrįstoje fotovoltinėje hibridinėje energijos kaupimo sistemoje energijos kaupimo keitiklio VSG valdiklis paprastai gauna maitinimo nurodymus iš EMS. EMS apskaičiuoja pamatines aktyviosios ir reaktyviosios galios vertes, kurias turi pateikti energijos kaupimo sistema, remdamasi tokia informacija kaip fotovoltinė galia, apkrovos poreikis, tinklo būsena ir energijos kaupimo SOC. Energijos kaupimo keitiklio VSG valdiklis, remdamasis šiomis pamatinėmis vertėmis ir imituodamas sinchroninių generatorių charakteristikas, valdo keitiklio išėjimą, kad būtų pasiektas tikslus galios reguliavimas ir inercinis elektros tinklo palaikymas.3.
Be to, atsižvelgiant į fotovoltinio tinklo prijungimo ypatybes, taip pat reikia atsižvelgti į kai kurias specialias valdymo strategijas:
Suderinto valdymo strategija: kaip koordinuoti valdymą tarp fotovoltinių keitiklių ir energijos kaupimo keitiklių, kad būtų pasiektas optimalus visos sistemos veikimas. Pavyzdžiui, kai tinklo dažnis krenta, energijos kaupimo sistema teikia inercinę paramą, greitai išleisdama aktyviąją galią per VSG valdymą, o fotovoltinė sistema gali šiek tiek sumažinti MPPT tašką, kad dalyvautų dažnio reguliavime.
Energijos kaupimo SOC valdymas: energijos kaupimo baterijų SOC yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos ilgalaikiam{0}}stabiliam sistemos veikimui. SOC valdymo strategijos turi būti integruotos į VSG valdymą, kad būtų išvengta per didelio akumuliatoriaus įkrovimo ar iškrovimo.
Silpnas tinklo prisitaikymas: esant silpnoms tinklo sąlygoms, tinklo varža yra gana didelė, o įtampa ir dažnis yra labiau linkę svyruoti. VSG valdymas turi būti optimizuotas silpnoms tinklo charakteristikoms, kad būtų padidinta sistemos stabilumo riba4.
2. Energijos kaupimo VSG sistemos architektūra
Energijos kaupimo VSG tinklo - prijungimo sistema daugiausia sudaryta iš fotovoltinių matricų, energijos kaupimo sistemų, keitiklių ir VSG valdymo blokų.
Fotovoltinis masyvas: jis atsakingas už saulės energijos pavertimą nuolatinės srovės elektros energija, kuri yra sistemos energijos šaltinis. Fotovoltinis keitiklis gali pritaikyti didžiausios galios taško sekimo (MPPT) valdymo strategiją, kad maksimaliai padidintų energijos ištraukimą iš fotovoltinės matricos, arba dalyvauti koordinuotame sistemos valdyme, kai sistemai to reikia, suteikdamas tam tikrą palaikymą.
Energijos kaupimo sistema: paprastai naudojamos baterijos arba super - kondensatoriai. Naudojant dvikryptį DC - DC keitiklį, energijos kaupimas ir išleidimas yra realizuojami siekiant slopinti fotovoltinės galios išėjimo svyravimus ir pagerinti sistemos stabilumą. Energijos kaupimo blokas naudoja dvigubą - kilpos valdymo architektūrą, pagrįstą dvikrypčiu DC - nuolatinės srovės keitikliu. Išorinis - kilpos valdiklis naudoja įtampos - išlyginimo valdymo strategiją, kad išlaikytų nuolatinės srovės - magistralės įtampos stabilumą per PI reguliatorių, o atsako laikas yra mažesnis arba lygus 5 ms. Vidinis - kilpos valdiklis įgyvendina srovės atsiejimo valdymą, kad tiksliai sektų atskaitos srovę, naudodamas būsenos grįžtamąjį ryšį su srovės pulsacijos koeficientu<1.5%.
Inverteris: Jis paverčia nuolatinės srovės elektros energiją į kintamosios srovės elektros energiją ir įgyvendina sinchronizavimą bei reguliavimą su elektros tinklu per VSG valdymo bloką. Energijos - kaupimo VSG sistemoje VSG valdymas dažniausiai taikomas energijos - kaupimo keitikliui arba integruotam keitikliui, nes energijos - kaupimo sistema turi dvikrypčio galios srauto galimybę, kuri labiau tinka sinchroninių generatorių aktyviosios ir reaktyviosios galios valdymui imituoti.
VSG valdymo blokas: tai yra sistemos šerdis. Imituojant rotoriaus judėjimo lygtį ir sinchroninių generatorių reaktyviosios - įtampos valdymo lygtį, realizuojamas elektros tinklo dažnio ir įtampos reguliavimas. VSG valdymo bloke taip pat yra galios skaičiavimo ir filtravimo modulis, kuris renka išėjimo įtampą ir srovę bei atlieka atitinkamą filtravimo procesą, kad pašalintų aukšto - dažnio triukšmo ir tinklo trikdžių įtaką.5.
3. Pagalbinis energijos kaupimo VSG vaidmuo elektros tinkle
3.1 Dažnio palaikymas
Inercijos palaikymas: Energijos sistemoje tradiciniai sinchroniniai generatoriai atlieka pagrindinį vaidmenį užtikrinant sistemos dažnio stabilumą dėl savo sukimosi inercijos. Kai tinklo dažnis svyruoja, sinchroninių generatorių sukimosi inercija gali sugerti arba išleisti kinetinę energiją, taip sulėtindama dažnio kitimo greitį. Energijos kaupiklis VSG imituoja tradicinių generatorių rotoriaus inerciją per virtualią inerciją. Kai keičiasi tinklo dažnis, VSG gali greitai išleisti arba sugerti energiją, kad sulėtintų dažnio kitimo greitį. Pavyzdžiui, staigiai krentant tinklo dažniui, VSG su virtualia inercija išleis energiją pagal rotoriaus judėjimo lygtį, padidindamas aktyviosios galios išėjimą ir slopindamas tolesnį dažnio kritimą.
Dažnio reguliavimas: VSG gali dalyvauti pirminiame elektros tinklo dažnio reguliavime, naudodamas galios - dažnio kritimo valdymo strategiją. Jis sukonfigūruoja 2 % vardinės galios / 0,1 Hz dažnio - moduliacijos negyvos - zoną ir naudoja kritimo valdymą, kad automatiškai reguliuotų dažnį ±0,5 Hz diapazone, o atsako laikas yra<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 Įtampos palaikymas
Reaktyvusis - įtampos kritimo valdymas, skirtas įtampos reguliavimui: VSG valdo išėjimo įtampą, imituodamas sinchroninių generatorių sužadinimo sistemą, ty per reaktyviąją - įtampos kritimo charakteristiką. Jis apskaičiuoja reaktyviosios galios nuokrypio vertę ir tada sureguliuoja įtampą, kad būtų veiksmingai valdoma sistemos įtampa. Elektros tinkle, kai įtampa svyruoja, VSG gali reguliuoti išėjimo reaktyviąją galią pagal reaktyviosios - įtampos kritimo charakteristiką. Pavyzdžiui, nukritus tinklo įtampai, VSG padidins reaktyviosios galios išėjimą, o reaktyvioji galia veiks tinkle, kad pakeltų įtampą; Kai tinklo įtampa pakyla, VSG sumažins reaktyviosios galios išėjimą, kad sumažintų įtampą.
Dinaminis reaktyvus palaikymas silpnuose tinkluose: esant silpnam - tinklo ar salos - režimui, energijos - saugojimo VSG gali būti naudojamas kaip įtampos šaltinis palaikymui. Silpnose - tinklo srityse tinklo varža yra gana didelė, todėl įtampa ir dažnis dažniau svyruoja. VSG gali pagerinti įtampos stabilumą suteikdamas reaktyviąją kompensaciją. Pavyzdžiui, kai kuriose atokiose vietovėse, kuriose yra silpni elektros tinklai, VSG gali reguliuoti išėjimo reaktyviąją galią realiu - laiku pagal elektros tinklo įtampos situaciją, kompensuodama elektros tinklo reaktyviosios - galios trūkumą ir palaikydama įtampos stabilumą.7.
3.3 Elektros tinklo stabilumo gerinimas
Sistemos virpesių slopinimas: VSG valdymas imituoja sinchroninių generatorių slopinimo charakteristikas, kurios gali veiksmingai slopinti sistemos virpesius ir pagerinti sistemos dinaminio atsako veikimą. Energijos sistemoje, kurioje yra daug atsinaujinančių energijos šaltinių, dėl to, kad trūksta galios elektroninių prietaisų slopinimo, esant tam tikriems trikdžiams sistema yra linkusi į galios svyravimus. VSG gali įvesti virtualų slopinimą per valdymo algoritmus. Kai sistemoje yra galios svyravimai arba svyravimai, virtualus slopinimas vaidins svarbų vaidmenį slopindamas virpesius ir priversdamas sistemą greitai grįžti į stabilią būseną.
Gedimo - važiavimo - patobulinimas per galimybę: VSG technologija gali pagerinti gedimo - važiavimą -, nes gali padėti energijos - kaupimo sistemos. Kai tinklo įtampa laikinai nukrenta, VSG gali padėti elektros tinklui atsigauti per reaktyvųjį palaikymą. Pavyzdžiui, esant žemai - įtampai - per (LVRT), VSG gali reguliuoti išėjimo reaktyviąją galią pagal įtampos kritimo situaciją, suteikti elektros tinklo reaktyviąją kompensaciją ir padėti elektros tinklui greitai atkurti įtampos stabilumą, išvengiant energijos - kaupimo sistemos atjungimo tinklo trikdžių metu ir pagerinant elektros energijos stabilumą ir atkuriamumą.
Sklandus perjungimas tarp tinklo - prijungto ir salos - režimo: energijos - saugykla VSG palaiko sklandų perjungimą tarp tinklo - prijungto ir salos - režimo. Mikro - tinkluose dienos metu fotovoltinės energijos generavimas gali veikti PQ režimu, o naktį arba salos - režimu gali būti perjungtas į VSG režimą, kad būtų išlaikytas mikro - tinklo stabilumas. Ši vientisa - perjungimo galimybė užtikrina nuolatinį pagrindinių apkrovų (pvz., ligoninių, duomenų centrų) maitinimą ir pagerina maitinimo sistemos patikimumą bei lankstumą.8.
4. Taikymo scenarijai
Didelės-proporcijos naujos energijos prieigos scenarijai: dėl didelio-naujos energijos integravimo, elektros tinklo inercija ir trumpojo jungimo{2}}pajėgumai sumažėjo, o dažnio ir įtampos stabilumas susiduria su iššūkiais. Šiame scenarijuje tiek virtualūs sinchroniniai generatoriai, tiek tinkle{4}}struktūrizuotas energijos kaupimas turi didelę taikymo vertę. Jie gali suteikti reikiamą inercinę ir slopinimo paramą naujoms energijos gamybos sistemoms, padidinti elektros tinklo stabilumą ir patikimumą, padidinti naujos energijos priėmimo pajėgumus ir užtikrinti saugų ir stabilų elektros energijos sistemų, turinčių didelę naujos energijos dalį, darbą.
Mikrotinklo scenarijus: pagal mikrotinklo scenarijų, nesvarbu, ar jis veikia-prijungtas prie tinklo, ar išjungtas{1}}tinklas, norint išlaikyti sistemos įtampos ir dažnio stabilumą, reikalingas stabilus ir patikimas maitinimo šaltinis. Energijos kaupimo sistema, valdoma virtualių sinchroninių generatorių, gali užtikrinti stabilų mikrotinklų energijos palaikymą, kaip ir tradiciniams dyzeliniams generatoriams, užtikrinant sklandų perjungimą ir nepriklausomą mikrotinklų veikimą. Tinklą-suformuojantis energijos kaupiklis, pagrįstas virtualaus sinchroninio generatoriaus technologija, gali būti pagrindinis mikrotinklų energijos šaltinis, kurti ir palaikyti stabilų mikrotinklų veikimą bei pagerinti mikrotinklų maitinimo patikimumą ir energijos kokybę.
Tinklo-pagalbinės paslaugos: tinkle-struktūrizuotas energijos kaupimas dalyvauja teikiant pagalbines paslaugas, pvz., dažnio ir įtampos reguliavimą, ir teikia inercinį atsaką bei dinaminį palaikymą naudojant VSG technologiją.
Silpni elektros tinklai ir atokios vietovės: vietovėse, kuriose yra silpnas elektros tinklo stiprumas arba atokiuose regionuose, tinklo{0}}struktūrinis energijos kaupimas užtikrina trumpojo-jungimo pajėgumą ir įtampą naudojant VSG technologiją, todėl sumažėja priklausomybė nuo dyzelinių generatorių.9.
1.CSDN, energijos kaupimo virtualaus sinchroninio generatoriaus technologija.
2.CSDN, tinkle{1}}prijungta fotovoltinė hibridinė energijos kaupimo sistema, pagrįsta virtualiu sinchroniniu generatoriumi su Simulink modeliavimu.
3.Li Yongli, Li Yi. Galios paskirstymas ir virtualios inercijos valdymo metodas fotovoltinėms hibridinėms energijos kaupimo sistemoms, pagrįstoms virtualiais sinchroniniais generatoriais. CN202211422434.1 [2025-04-20].
4.Dai Jiaoyang, Elektros inžinerija. Hibridinės energijos kaupimo virtualios sinchroninės generatorių sistemos elektros energijos paskirstymo strategijos ir stabilumo tyrimas [D] Huazhong University of Science and Technology [2025-04-20].
5.CSDN, virtualus sinchronizavimas VSG tinklelis{1}}prijungtas aktyvioji ir reaktyvioji galia atlikus fotovoltinės energijos kaupimo tyrimus (įgyvendinta naudojant Simulink modeliavimą).
6. Nacionalinė aukšto lygio mainų platforma mokslinių tyrimų darbams ir technologinei informacijai, tobulinanti fotovoltinės saugyklos VSG valdymo strategiją esant nesubalansuotai tinklo įtampai.
7. VIP informacija, energijos kaupimo tipas Statinės reaktyviosios galios generavimo įrenginys ir jo savarankiškas{1}}sinchroninis įtampos šaltinio valdymas.
8.NSTL, virtualus sinchroninis generatorius, adaptyvus energijos kaupimo jėgainės valdymas, pagrįstas fiziniais apribojimais.
9.CSDN, virtualių sinchroninių generatorių ir tinklelio struktūrinės energijos saugojimo ryšys.