Ez a cikk az Energy Storage Virtual Synchronous Generator (VSG) megvalósítási módszereire és az elektromos hálózatban betöltött jelentős támogató szerepére összpontosít. Az elosztott energiaforrások, például a fotovoltaikus energiatermelés növekvő elterjedésével az elektromos hálózat stabilitása kihívásokkal néz szembe azok véletlenszerűsége és szakaszossága miatt.
A VSG technológia lehetővé teszi, hogy az elosztott áramforrások a hagyományos szinkron generátorokhoz hasonló jellemzőket mutassanak a hálózathoz csatlakoztatva, szimulálva a szinkrongenerátorok mechanikai és külső jellemzőit, ezáltal növelve az áramhálózat stabilitását és megbízhatóságát. Ez a cikk először az Energy Storage VSG megvalósítási módszereit mutatja be a vezérlési stratégiák és a rendszerarchitektúrák szempontjaiból. Ezt követően kifejti az Energy Storage VSG hálózati támogató szerepét a frekvenciatámogatás, a feszültségtámogatás és az elektromos hálózat stabilitásának javítása tekintetében. Végül a VSG technológia alkalmazási forgatókönyveit ismertettük1.
1.Virtuális szinkrongenerátor vezérlési stratégiája
A VSG vezérlés alapötlete egy szinkrongenerátor forgórész mozgási egyenletének és elektromágneses tranziens egyenletének szimulálása az inverter kimeneti feszültségének és áramának szabályozásával. Alapvető szabályozási stratégiája általában a következő részekből áll:
1. Teljesítményszög egyenlet szimulációja: szimulálja egy szinkron generátor forgórészének mozgásegyenletét, hogy megállapítsa a kapcsolatot a kimeneti aktív teljesítmény és a virtuális szögfrekvencia között.
2. Feszültségegyenlet szimulációja: szimulálja a szinkron generátor gerjesztési egyenletét a kimeneti meddőteljesítmény és a virtuális belső potenciál közötti kapcsolat megállapításához.
3. Teljesítményszámítás és szűrés: Az inverter aktív és meddő teljesítményének pontos kiszámításához össze kell gyűjteni a kimeneti feszültséget és áramerősséget, és végre kell hajtani a megfelelő szűrési folyamatot a nagy-frekvenciás zaj és a hálózati zavarok hatásának kiküszöbölése érdekében.
4.Phase Locked Loop (PLL) helyettesítés: VSG vezérlésben a hagyományos fáziszárt hurokra általában nincs szükség. A virtuális szögfrekvenciát közvetlenül a Power Angle egyenlet számítja ki, elérve az elektromos hálózattal való szinkronizálást. Ezzel elkerülhető a PLL lehetséges zárvesztési problémája gyenge hálózati feltételek mellett2.
A VSG{0}}alapú fotovoltaikus hibrid energiatároló rendszerben az energiatároló átalakító VSG vezérlése általában kap tápellátási utasításokat az EMS-től. Az EMS kiszámítja az aktív és meddő teljesítmény referenciaértékeit, amelyeket az energiatároló rendszernek biztosítania kell, olyan információk alapján, mint a fotovoltaikus teljesítmény, a terhelési igény, a hálózat állapota és az energiatároló SOC. Az energiatároló átalakító VSG vezérlője ezen referenciaértékek alapján és a szinkron generátorok jellemzőit szimulálva vezérli az inverter kimenetét a pontos teljesítményszabályozás és az elektromos hálózat tehetetlenségi támogatása érdekében.3.
Ezen túlmenően, tekintettel a fotovoltaikus hálózati csatlakozás jellemzőire, néhány speciális szabályozási stratégiát is figyelembe kell venni:
Összehangolt szabályozási stratégia: Hogyan lehet összehangolni a vezérlést a fotovoltaikus inverterek és az energiatároló átalakítók között a teljes rendszer optimális működése érdekében. Például, amikor a hálózati frekvencia lecsökken, az energiatároló rendszer tehetetlenségi támogatást nyújt az aktív teljesítmény gyors felszabadításával a VSG vezérlésen keresztül, míg a fotovoltaikus rendszer mérsékelten csökkentheti az MPPT pontot, hogy részt vegyen a frekvenciaszabályozásban.
Energiatároló SOC-kezelés: Az energiatároló akkumulátorok SOC-értéke kulcsfontosságú tényező, amely befolyásolja a rendszer hosszú távú stabil működését. Az SOC kezelési stratégiákat integrálni kell a VSG vezérlésbe, hogy megakadályozzuk az akkumulátor túltöltését vagy túlmerülését.
Gyenge hálózati alkalmazkodóképesség: Gyenge hálózati feltételek mellett a rács impedanciája viszonylag magas, és a feszültség és a frekvencia hajlamosabb az ingadozásra. A VSG vezérlést a gyenge rácsjellemzőkre optimalizálni kell, hogy növeljük a rendszer stabilitási rátáját4.
2. Az energiatárolás rendszerarchitektúrája VSG
Az energiatároló VSG grid - csatlakozási rendszer főként fotovoltaikus tömbökből, energiatároló rendszerekből, inverterekből és VSG vezérlőegységekből áll.
Fotovoltaikus tömb: A napenergiát egyenáramú elektromos energiává alakítja, amely a rendszer energiaforrása. A fotovoltaikus inverter alkalmazhatja a Maximum Power Point Tracking (MPPT) vezérlési stratégiát, hogy maximalizálja az energia kinyerését a fotovoltaikus tömbből, vagy részt vehet a rendszer koordinált vezérlésében, amikor a rendszernek szüksége van rá, bizonyos támogatást nyújtva.
Energiatároló rendszer: Általában akkumulátorokat vagy szuper - kondenzátorokat használnak. A kétirányú DC - DC átalakítón keresztül az energia tárolása és felszabadítása úgy valósul meg, hogy elnyomja a fotovoltaikus teljesítmény kimeneti ingadozásait és javítja a rendszer stabilitását. Az energiatároló egység kettős - hurkos vezérlési architektúrát alkalmaz, amely a kétirányú DC - DC konverteren alapul. A külső - hurokvezérlés egy feszültség - kiegyenlítő vezérlési stratégiát alkalmaz, hogy fenntartsa az egyenáramú - busz feszültségének stabilitását egy PI-szabályozón keresztül, válaszideje legfeljebb 5 ms. A belső - hurokvezérlés áramleválasztási vezérlést valósít meg, hogy pontosan nyomon követhesse a referenciaáramot állapot-visszacsatolás segítségével, az áram hullámossági együtthatójával<1.5%.
Inverter: Az egyenáramú elektromos energiát váltakozó áramú elektromos energiává alakítja, és a VSG vezérlőegységen keresztül szinkronizálja és szabályozza az elektromos hálózatot. Az energia - tároló VSG rendszerben a VSG vezérlést általában az energia - tároló konverterre vagy az integrált konverterre alkalmazzák, mert az energia - energiatároló rendszer képes kétirányú teljesítményáramlásra, amely alkalmasabb a szinkron generátorok aktív és meddő teljesítmény szabályozásának szimulálására.
VSG vezérlőegység: Ez a rendszer magja. A szinkron generátorok rotor mozgási egyenletének és reaktív - feszültségszabályozási egyenletének szimulálásával megvalósítja az elektromos hálózat frekvenciájának és feszültségének szabályozását. A VSG vezérlőegység egy teljesítményszámító és -szűrő modult is tartalmaz, amely összegyűjti a kimeneti feszültséget és áramerősséget, és elvégzi a megfelelő szűrési folyamatot a nagy - frekvenciájú zajok és hálózati zavarok hatásának kiküszöbölésére.5.
3. Az energiatároló VSG támogatása az elektromos hálózatban
3.1 Frekvencia támogatás
Inerciatámogatás: Az energiarendszerben a hagyományos szinkron generátorok forgási tehetetlenségük révén kulcsszerepet játszanak a rendszerfrekvencia stabilitásában. Amikor a rácsfrekvencia ingadozik, a szinkron generátorok forgási tehetetlensége elnyelheti vagy felszabadíthatja a kinetikus energiát, ezáltal lelassítja a frekvencia változásának sebességét. Az energiatároló VSG a hagyományos generátorok rotortehetetlenségét szimulálja a virtuális tehetetlenségen keresztül. Amikor a rácsfrekvencia megváltozik, a VSG gyorsan felszabadíthat vagy elnyelhet energiát, hogy lelassítsa a frekvencia változásának sebességét. Például, amikor a rácsfrekvencia hirtelen lecsökken, a virtuális tehetetlenséggel rendelkező VSG a rotor mozgási egyenletének megfelelően energiát szabadít fel, növelve az aktív teljesítmény kimenetét és elnyomva a frekvencia további csökkenését.
Frekvenciaszabályozás: A VSG részt vehet az elektromos hálózat elsődleges frekvenciaszabályozásában a teljesítmény - frekvenciacsökkenés szabályozási stratégiáján keresztül. Beállít egy frekvencia - modulációs holt - zónát a névleges teljesítmény 2%-ára/0,1 Hz-re, és droop vezérlést használ az automatikus frekvenciaszabályozás eléréséhez ±0,5 Hz tartományon belül, válaszidővel<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 Feszültségtámogatás
Reaktív - Feszültségcsökkenés szabályozása feszültségszabályozáshoz: A VSG a kimeneti feszültséget a szinkrongenerátorok gerjesztőrendszerének szimulálásával szabályozza, azaz a reaktív - feszültségesés karakterisztikán keresztül. Kiszámolja a meddőteljesítmény-eltérés értékét, majd beállítja a feszültséget, hogy megvalósítsa a rendszerfeszültség hatékony szabályozását. Az elektromos hálózatban a feszültség ingadozása esetén a VSG a kimeneti meddőteljesítményt a meddő - feszültségesés karakterisztika szerint állíthatja be. Például, amikor a hálózat feszültsége csökken, a VSG növeli a meddőteljesítmény kimenetét, és a meddő teljesítmény a hálózatra hatva növeli a feszültséget; Amikor a hálózati feszültség emelkedik, a VSG csökkenti a meddőteljesítmény kimenetét, hogy csökkentse a feszültséget.
Dinamikus reaktív támogatás gyenge hálózatokban: Gyenge - rács vagy sziget - üzemmódban az energia - tároló VSG feszültségforrásként használható a támogatás biztosítására. Gyenge - rácsterületeken a rács impedanciája viszonylag magas, és a feszültség és a frekvencia nagyobb valószínűséggel ingadoz. A VSG reaktív kompenzációval javíthatja a feszültség stabilitását. Például egyes távoli területeken, ahol gyenge az elektromos hálózat, a VSG valós - időben be tudja állítani a kimenő meddőteljesítményt az elektromos hálózat feszültséghelyzetének megfelelően, ezzel kompenzálja az elektromos hálózat meddő - teljesítményhiányát és fenntartja a feszültség stabilitását.7.
3.3 Az elektromos hálózat stabilitásának javítása
A rendszer oszcillációjának elnyomása: A VSG vezérlés szimulálja a szinkron generátorok csillapítási jellemzőit, ami hatékonyan elnyomja a rendszer rezgését és javítja a rendszer dinamikus választeljesítményét. A megújuló energiaforrások nagy részarányával rendelkező villamosenergia-rendszerben a teljesítményelektronikai eszközök csillapításának hiánya miatt a rendszer bizonyos zavarok esetén hajlamos a teljesítmény oszcillációjára. A VSG virtuális csillapítást tud bevezetni vezérlőalgoritmusokon keresztül. Ha a rendszerben teljesítmény-ingadozások vagy rezgések vannak, a virtuális csillapítás szerepet játszik az oszcilláció elnyomásában és a rendszer gyors stabil állapotba állításában.
A hiba - Ride - képességének javítása: A VSG technológia javíthatja a hiba - utazást - az energiatároló - tárolórendszerek képessége révén. Amikor a hálózati feszültség átmenetileg lecsökken, a VSG reaktív támogatás révén segíthet az áramhálózat helyreállításában. Például alacsony - feszültségű - átmenet (LVRT) esetén a VSG a feszültségesési helyzetnek megfelelően állíthatja be a kimeneti meddőteljesítményt, reaktív kompenzációt biztosít az elektromos hálózat számára, és segít a hálózatnak gyorsan helyreállítani a feszültségstabilitást, elkerülve az - energiatároló rendszer szétkapcsolását a hálózati zavarok során, és javítja az áramellátás stabilitását és visszaállását.
Zökkenőmentes váltás a Grid - Connected és a Island - mód között: Az energia - tároló VSG támogatja a zökkenőmentes váltást a hálózati - csatlakoztatott és a sziget - mód között. Mikro - rácsokban nappal PQ módban, éjszaka vagy sziget - módban pedig VSG módba kapcsolható a fotovoltaikus áramtermelés a mikro - rács stabilitásának megőrzése érdekében. Ez a zökkenőmentes - kapcsolási képesség biztosítja a kulcsfontosságú terhelések (például kórházak, adatközpontok) folyamatos áramellátását, és javítja az energiarendszer megbízhatóságát és rugalmasságát.8.
4. Alkalmazási forgatókönyvek
Nagyarányú új Ebben a forgatókönyvben mind a virtuális szinkron generátorok, mind a grid{4}}strukturált energiatárolás jelentős alkalmazási értékkel bír. Szükséges tehetetlenségi és csillapítási támogatást nyújthatnak az új energiatermelő rendszerek számára, növelhetik az elektromos hálózat stabilitását és megbízhatóságát, növelhetik az új energia befogadóképességét, valamint biztosíthatják a magas új energia arányú villamosenergia-rendszerek biztonságos és stabil működését.
Mikrogrid forgatókönyv: Mikrogrid forgatókönyv esetén, legyen szó hálózatról-kapcsolt vagy kikapcsolt-hálózatról, stabil és megbízható tápegységre van szükség a rendszer feszültségének és frekvenciájának stabilitásának fenntartásához. A virtuális szinkron generátorok által vezérelt energiatároló rendszer a hagyományos dízelgenerátorokhoz hasonlóan stabil tápellátást biztosít a mikrogridek számára, zökkenőmentes kapcsolódást és a mikrogridek független működését biztosítva. A virtuális szinkron generátortechnológián alapuló grid-energiatárolók a mikrogridek magáramforrásaként szolgálhatnak, mikrogridek stabil működését építhetik és támogathatják, valamint javíthatják a mikrogridek áramellátásának megbízhatóságát és energiaminőségét.
Grid{0}}oldali kiegészítő szolgáltatások: A grid-strukturált energiatárolás olyan kiegészítő szolgáltatásokban vesz részt, mint például a frekvenciaszabályozás és a feszültségszabályozás, valamint tehetetlenségi választ és dinamikus támogatást biztosít a VSG technológián keresztül.
Gyenge villamosenergia-hálózatok és távoli területek: Azokon a területeken, ahol gyenge az elektromos hálózat erőssége, vagy távoli régiókban, a hálózati-strukturált energiatárolás rövid-áramköri kapacitást és feszültségtámogatást biztosít a VSG technológia révén, csökkentve a dízelgenerátoroktól való függést9.
1.CSDN, energiatároló virtuális szinkron generátor technológia.
2.CSDN, grid{1}}kapcsolt fotovoltaikus hibrid energiatároló rendszer, amely virtuális szinkrongenerátoron alapul Simulink szimulációval.
3.Li Yongli, Li Yi. Energiaelosztás és virtuális tehetetlenség szabályozási módszer virtuális szinkron generátorokon alapuló fotovoltaikus hibrid energiatároló rendszerekhez. CN202211422434.1 [2025-04-20].
4. Dai Jiaoyang, Elektrotechnika. Kutatás a hibrid energiatároló virtuális szinkron generátorrendszer áramelosztási stratégiájáról és stabilitásáról [D] Huazhong University of Science and Technology [2025-04-20].
5.CSDN, virtuális szinkronizálás VSG grid{1}}kapcsolt aktív és meddő teljesítmény a fotovoltaikus energiatárolás kutatása után (Simulink szimulációval megvalósítva).
6.Nemzeti csúcsminőségű csereplatform tudományos kutatási cikkekhez és technológiai információkhoz, amely javítja a VSG fotovoltaikus tároló vezérlési stratégiáját kiegyensúlyozatlan hálózati feszültség mellett.
7. VIP információ, energiatároló típusú statikus meddő áramot termelő eszköz és ön-szinkron feszültségforrás vezérlése.
8.NSTL, virtuális szinkron generátor, energiatároló erőmű adaptív vezérlése fizikai korlátok alapján.
9.CSDN, A virtuális szinkrongenerátorok és a grid{1}}strukturált energiatárolás kapcsolata.
