С нарастващото навлизане на вятърната и слънчевата нова енергия и непрекъснатото извеждане от експлоатация на традиционните синхронни блокове, енергийните системи навлизат вниска{0}}инерционна ера. Системите за преобразуване на енергия (PCS) за фотоволтаици и съхранение на енергия, като инверторни-базирани силови електронни устройства, нямат въртящи се ротори и нямат естествена ротационна инерция. След като възникнат смущения в електропреносната мрежа, скоростта на промяна на честотата (RoCoF) рязко ще скочи, като лесно ще задейства каскадни повреди и големи-мащабни-събития извън мрежата.
Една от основните технологии наОформяне-на мрежа (GFM) PCSеСинтетиченАлгоритъм на синхронен генератор (VSG).. Той решава уравнението за движение на ротора на синхронни генератори в софтуера и конструира синтетична ротационна инерция чрез код, позволявайки на статично захранващо електронно оборудване да доставя инерционна поддръжка, подобна на конвенционалните парни или водноелектрически генераторни единици. Това също е ключът към стабилната работа на съхранението на енергия при сценарии със слаба мрежа.
I. Основен принцип на VSGСинтетична инерция
Конвенционалните синхронни генератори разчитат на кинетичната енергия, съхранявана в масивни ротори. Когато честотата на мрежата падне, роторите освобождават кинетична енергия, за да възпрепятстват бързото изменение на честотата; когато честотата се повиши, те абсорбират излишната мощност, за да ограничат честотните пикове, като по същество образуват физически ефект на маховика.
VSG не зависи от механични компоненти. Вместо това, той решава уравнението за движение на ротора вътре в PCS контролера:
J: Синтетиченинерционен момент(конфигуриран от софтуерни параметри)
Pₘ: Синтетична механична еталонна мощност
Pₑ: Действителна електромагнитна мощност на PCS
D: Синтетичен коефициент на затихване
ω: Вътрешна синтетична ъглова скорост на PCS
ωg: Измерена ъглова скорост на мрежата
Когато възникне недостиг на мощност в електрическата мрежа и ъгловата скорост на мрежата ωg намалее, в уравнението се появява небалансиран член на мощността. Контролерът веднага черпи електрическа енергия от батерията за съхранение на енергия и извежда допълнителна инерционна мощност къмограничаване на скоростта на промяна на честотата (RoCoF)и забавяне на падането на честотата. Обратно, в случай на излишък на мощност и повишаване на честотата, PCS абсорбира излишната мощност, за да потисне бързата ескалация на честотата.
II. Анализ на типичен VSGСинтетична инерцияКод (пример за MATLAB)
По-долу е даден типичен код за внедряване на синтетичен инерционен контрол:
|
matlab |
Определете времевата константа на синтетичната инерция Tᵥᵢᵣₜ, обикновено варираща от 2~8 s, представляваща силата на инерционната опора;
Изчислете основната ъглова честота ωbₐₛₑ от номиналната честота, след което извлечете синтетичния инерционен моментJᵥᵢᵣₜ;
Извадка от честотата на мрежата при два последователни времеви отпечатъка и изчисляване на скоростта на промяна на ъгловата честота dω/dt (съответстваща на RoCoF);
Изчислете допълнителната инерционна мощност Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ, като използвате Jᵥᵢᵣₜ и скоростта на изменение на ъгловата честота;
Добавете инерционната мощност към оригиналната еталонна мощност Pᵣₑf, за да получите крайната PCS команда за изходна мощност Pᵣₑfₜₒₜₐₗ.
|
Ключов момент:Скоростта на реакция на инерционната мощност се определя от честотата на превключване на PCS хардуера. Традиционният силициев IGBT-PCS постига само честота на превключване от 3~5 kHz, със закъснение на контрола до стотици микросекунди и очевидно фазово забавяне в синтетичната инерция. За разлика от това, GFM PCS, използвайки SiC модули, повишава честотата на превключване до ниво от 100 kHz, компресирайки латентността на управлението до около дузина микросекунди. Неговата инерционна реакция съответства по-добре на реалните синхронни генератори и стабилността при слаби мрежи е значително подобрена. |
III. Съществени разлики между VSGСинтетична инерцияи следене-на мрежа (GFL)
|
Тип |
Основни характеристики |
Инерционна способност |
Приложими сценарии |
|
Решетка-Следване (GFL) PCS |
Контролиран източник на ток, разчита на PLL за проследяване на фазата на мрежовото напрежение |
Без естествена инерция; само ограничена спомагателна Синтетична инерция, склонна към загуба на фазово заключване при повреди |
Strong power grid, high Short-Circuit Ratio (SCR) >3 |
|
Решетка-Оформяне на VSG PCS |
Контролиран източник на напрежение, автономно установява референтно напрежение/честота |
Нативна синтетична инерция + затихване, независимо поддържаща честота, способна на черен старт |
Слаба мрежа SCR<3, high-renewable-energy bases, islanded microgrids |
Предпоставката за преобразувателите,-следващи мрежата, е, че самата мрежа действа като твърд източник на напрежение. В слаби мрежи с голям импеданс на линията напрежението в точката на общо свързване (PCC) се променя лесно, фазово-заключената верига има тенденция да губи стабилност и ефектът от допълнителната синтетична инерция е значително отслабен.
GFM VSG PCS вече не зависи от външна твърда решетка и самата служи като котва за напрежение. Дори когато коефициентът на късо{1}}връзка на мрежата (SCR) спадне до 1,5 или по-ниско, той може стабилно да извежда синтетична инерция и да потиска колебанията на системата.
IV. Проектни съображения за инженерно внедряване
Настройка наСинтетична инерцияПараметри
Tᵥᵢᵣₜ не е по-добър, когато е по-голям. Прекалено големият Jᵥᵢᵣₜ въвежда ниско-честотно трептене; твърде малка стойност осигурява недостатъчна инерционна подкрепа и не успява да ограничи RoCoF. В инженерната практика,адаптивна променлива инерцияе общоприето: увеличениеJпо време на бързи колебания на честотата и намалетеJпри стабилни-условия за балансиране на стабилността и динамичната реакция.
Ограничения на капацитета за съхранение на енергия
Цялата енергия за синтетична инерция идва от батерията за съхранение на енергия. Краткосрочната-инерционна поддръжка задейства зареждане и разреждане. По време на проектирането е необходимо да се провери мощността на батерията и обхватът на състоянието на заряд (SOC), за да се предотвратят--действия за защита извън-граничните стойности, причинени от честа инерционна реакция.
Тясно място в честотната лента на хардуера
Без значение колко добре е проектиран синтетичният инерционен алгоритъм на VSG, той е ограничен от скоростта на превключване на захранващите устройства. Забавянето на управлението, въведено от ниска честота на превключване, отслабва инерционните характеристики и може дори да предизвика субсинхронни колебания. SiC захранващите модули с висока-честотна лента формират хардуерната основа за високо-производителен GFM PCS.
V. Обобщение на промишлената стойност
Мрежовите кодове в целия свят (ENTSO-E NC RfG 2.0, GC0137 на Обединеното кралство, китайският кодекс за проектиране на електрохимична станция за съхранение на енергия) постепенно надстроиха способността за-формиране на мрежа от незадължителна функция до задължителен праг за взаимно свързване на мрежата.
VSG Синтетична инерция по съществовъзпроизвежда инерцията на ротора на синхронни генератори на PCS за съхранение на енергия чрез софтуерни алгоритми и високо{0}}скоростен електронен хардуер. В енергийната система от нов-тип с-широкомащабна интеграция на вятърна и слънчева мрежа, синтетичната инерция на-образуващата мрежа PCS се превръща в основната технология за поддържане на стабилност на честотата на мрежата и гарантиране на безопасността на-мрежовата връзка на нови енергийни бази.
