Szintetikus tehetetlenség szintetikus szinkron generátorban (VSG) grid{0}}alakító teljesítményátalakító rendszerekhez (PCS)

Az új szél- és napenergia növekvő elterjedésével és a hagyományos szinkron egységek folyamatos leszerelésével az energiarendszerek belépnekalacsony-tehetetlenségű korszak. A fotovoltaikus és energiatároló energiaátalakító rendszerek (PCS), mint inverter-alapú teljesítményelektronikai eszközök, nem rendelkeznek forgó rotorral, és nincs természetes forgási tehetetlenségük. Amint áramhálózati zavarok lépnek fel, a frekvenciaváltozás mértéke (RoCoF) élesen megugrik, ami könnyen lépcsőzetes hibákat és nagy-kilépési-hálózati eseményeket vált ki.

Az egyik alapvető technológiaRács{0}}alakító (GFM) PCSazSzintetikusSzinkron generátor (VSG) algoritmus. Szoftverben megoldja a szinkron generátorok forgórészének mozgási egyenletét, és kódon keresztül szintetikus forgási tehetetlenséget konstruál, lehetővé téve a statikus teljesítményű elektronikus berendezések számára, hogy a hagyományos gőz- vagy vízerőművekhez hasonló tehetetlenségi támogatást biztosítsanak. Ez a kulcsa az energiatárolás stabil működésének gyenge hálózati forgatókönyvek esetén is.

I. A VSG alapelveSzintetikus tehetetlenség

A hagyományos szinkron generátorok a masszív rotorokban tárolt kinetikus energiára támaszkodnak. Amikor a rácsfrekvencia csökken, a rotorok kinetikus energiát szabadítanak fel, hogy megakadályozzák a gyors frekvenciaváltozást; Amikor a frekvencia emelkedik, felszívják a többletteljesítményt, hogy megfékezzék a frekvenciacsúcsokat, lényegében fizikai lendkerék-effektust hozva létre.

A VSG nem függ a mechanikai alkatrészektől. Ehelyett megoldja a rotor mozgási egyenletét a PCS vezérlőn belül:

J: Szintetikustehetetlenségi nyomaték(szoftver paraméterekkel konfigurálva)

Pₘ: Szintetikus mechanikus teljesítmény referencia

Pₑ: A PCS tényleges elektromágneses teljesítménye

D: Szintetikus csillapítási együttható

ω: A PCS belső szintetikus szögsebessége

ωg: Mért rács szögsebesség

Ha az elektromos hálózatban áramhiány lép fel, és a hálózat ωg szögsebessége csökken, akkor az egyenletben egy kiegyensúlyozatlan teljesítménytag jelenik meg. A vezérlő azonnal elektromos energiát vesz fel az energiatároló akkumulátorból, és extra tehetetlenségi energiát ad kikorlátozza a frekvenciaváltozás mértékét (RoCoF)és lassítja a frekvenciacsökkenést. Ellenkezőleg, teljesítménytöbblet és frekvenciaemelkedés esetén a PCS elnyeli a többletteljesítményt, hogy megakadályozza a gyors frekvencia-eszkalációt.

II. A tipikus VSG elemzéseSzintetikus tehetetlenségKód (MATLAB példa)

Az alábbiakban egy tipikus implementációs kód látható a szintetikus tehetetlenségi vezérléshez:

Határozza meg a szintetikus tehetetlenségi időállandót Tᵥᵢᵣₜ , amely jellemzően 2-8 s között van, és a tehetetlenségi támasz erejét jelenti;

Számítsa ki a névleges frekvenciából az alapszögfrekvenciát​​​​​​ωbₐₛₑ, majd származtassa a szintetikus tehetetlenségi nyomatékot​​​​​Jᵥᵢᵣₜ ;

Mintavételezze a rácsfrekvenciát két egymást követő időbélyeggel, és számítsa ki a dω/dt szögfrekvencia változási sebességet (a RoCoF-nak megfelelően);

Számítsa ki a járulékos tehetetlenségi teljesítményt Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ a Jᵥᵢᵣₜ és a szögfrekvencia változási sebesség segítségével;

Helyezze a tehetetlenségi teljesítményt az eredeti Pᵣₑf teljesítményreferenciára, hogy megkapja a Pᵣₑfₜₒₜₐₗ végső PCS kimeneti teljesítmény parancsot.

III. Lényeges különbségek a VSG közöttSzintetikus tehetetlenségés rács{0}}követés (GFL)

A rácsot követő{0}}átalakítók előfeltétele, hogy maga a rács merev feszültségforrásként működik. Gyenge, nagy vonali impedanciájú rácsokban a közös csatolási ponton (PCC) a feszültség könnyen eltolódik, a fázis-zárt hurok elveszti stabilitását, és a további szintetikus tehetetlenség hatása nagymértékben gyengül.

A GFM VSG PCS már nem függ külső merev rácstól, hanem maga is feszültséghorgonyként szolgál. Még akkor is, ha a rács rövid{1}}áramköri aránya (SCR) 1,5-re vagy az alá esik, akkor is stabilan képes szintetikus tehetetlenséget kiadni, és elnyomni a rendszer rezgését.

IV. Tervezési szempontok a mérnöki megvalósításhoz

HangolásaSzintetikus tehetetlenségParaméterek

A Tᵥᵢᵣₜ nem jobb, ha nagyobb. A túl nagy Jᵥᵢᵣₜ alacsony-frekvenciás oszcillációt okoz; a túlságosan kis érték nem nyújt elegendő tehetetlenségi támogatást, és nem képes visszatartani a RoCoF-ot. A mérnöki gyakorlatbanadaptív változó tehetetlenségáltalánosan elfogadott: növelniJgyors frekvenciaingadozások során és csökkentiJállandó{0}}állapotban, hogy egyensúlyba kerüljön a stabilitás és a dinamikus válasz.

Energiatárolási kapacitás korlátai
A szintetikus tehetetlenség minden energiája az energiatároló akkumulátorból származik. A rövid távú tehetetlenségi támogatás elindítja a töltést és a kisütést. A tervezés során ellenőrizni kell az akkumulátor teljesítményét és a töltési állapot (SOC) tartományát, hogy elkerüljük a gyakori tehetetlenségi reakció által kiváltott -határon túli védelmi műveleteket.

Hardver sávszélesség szűk keresztmetszet
Bármilyen jól is van megtervezve a VSG Synthetic tehetetlenségi algoritmus, az erősáramú eszközök kapcsolási sebessége korlátozza. Az alacsony kapcsolási frekvencia által bevezetett vezérlési késleltetés gyengíti a tehetetlenségi teljesítményt, és akár szubszinkron oszcillációt is előidézhet. A nagy-sávszélességű SiC tápmodulok alkotják a nagy-teljesítményű GFM PCS hardver alapját.

V. Ipari érték összefoglalása

A világszerte alkalmazott hálózati kódok (ENTSO-E NC RfG 2.0, UK GC0137, Kína elektrokémiai energiatároló állomások tervezési szabályzata) fokozatosan bővítették a hálózatképzési képességet opcionális funkcióról kötelező hálózat-összekapcsolási küszöbértékre.

VSG Lényegében szintetikus tehetetlenségszoftveralgoritmusok és nagy sebességű elektromos. A nagy-szél- és napenergia-hálózat integrációjával rendelkező új-típusú energiarendszerben a hálózatot alkotó PCS szintetikus tehetetlensége-a hálózatfrekvencia-stabilitás megőrzésének és az új energiabázisok hálózati-csatlakozási biztonságának garantálásának alapvető technológiájává válik.