Tuule- ja päikeseenergia leviku suurenemisega ning traditsiooniliste sünkroonseadmete pideva dekomisjoneerimisega on elektrisüsteemid sisenemasmadala-inertsiga ajastu. Fotogalvaaniliste ja energiasalvestite võimsuse muundamise süsteemidel (PCS) kui inverteril{1}}põhinevatel elektrielektroonikatel ei ole pöörlevaid rootoreid ega loomulikku pöörlemisinertsust. Kui elektrivõrgu häired tekivad, tõuseb sageduse muutumise määr (RoCoF) järsult, käivitades kergesti kaskaadtõrkeid ja suuri -mastaapisi-võrgusündmusi.
Üks peamisi tehnoloogiaidRuudustik-Vormimine (GFM) PCSonSünteetilineSünkroongeneraatori (VSG) algoritm. See lahendab tarkvaras sünkroonsete generaatorite rootori liikumisvõrrandi ja konstrueerib koodi abil sünteetilise pöörlemisinertsi, võimaldades staatilise võimsusega elektroonikaseadmetel pakkuda tavapärastele auru- või hüdroelektrijaamadele sarnast inertsi. See on ka võti energia salvestamise stabiilseks toimimiseks nõrga võrgu stsenaariumi korral.
I. VSG aluspõhimõteSünteetiline inerts
Tavalised sünkroongeneraatorid toetuvad massiivsetesse rootoritesse salvestatud kineetilisele energiale. Kui võrgu sagedus langeb, vabastavad rootorid kineetilise energia, et takistada sageduse kiiret muutumist; kui sagedus tõuseb, neelavad nad liigse võimsuse, et ohjeldada sageduse hüppeid, moodustades sisuliselt füüsilise hooratta efekti.
VSG ei sõltu mehaanilistest komponentidest. Selle asemel lahendab see rootori liikumisvõrrandi PCS-kontrolleri sees:
J: Sünteetilineinertsimoment(konfigureeritud tarkvara parameetritega)
Pₘ: sünteetiline mehaaniline võimsuse etalon
Pₑ: PCS-i tegelik elektromagnetiline väljundvõimsus
D: Sünteetiline summutustegur
ω: PCS sisemine sünteetiline nurkkiirus
ωg: mõõdetud ruudustiku nurkkiirus
Kui elektrivõrgus tekib voolupuudus ja võrgu nurkkiirus ωg väheneb, ilmub võrrandisse tasakaalustamata võimsuse liige. Kontroller ammutab koheselt energiat salvestavast akust elektrienergiat ja väljastab täiendavat inertsvõimsustpiirata sageduse muutumise kiirust (RoCoF)ja aeglustada sageduse langust. Vastupidi, võimsuse ülejäägi ja sageduse tõusu korral neelab PCS liigse võimsuse, et pidurdada kiiret sageduse suurenemist.
II. Tüüpilise VSG analüüsSünteetiline inertsKood (MATLAB-i näide)
Allpool on sünteetilise inertsi juhtimise tüüpiline rakenduskood:
|
matlab |
Määratlege sünteetilise inertsi ajakonstant Tᵥᵢᵣₜ , mis jääb tavaliselt vahemikku 2–8 s, mis tähistab inertsi toe tugevust;
Arvutage nimisagedusest baasnurksagedusωbₐₛₑ, seejärel tuletage sünteetiline inertsimomentJᵥᵢᵣₜ ;
Võrgustiku sagedus valitakse kahel järjestikusel ajatemplil ja arvutatakse nurksageduse muutumise kiirus dω/dt (vastab RoCoF-ile);
Arvutage täiendav inertsvõimsus Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ, kasutades Jᵥᵢᵣₜ ja nurksageduse variatsioonimäära;
Asetage inertsvõimsus algse võimsuse etalon Pᵣₑf peale, et saada lõplik PCS-i väljundvõimsuse käsk Pᵣₑfₜₒₜₐₗ.
|
Põhipunkt:Inertsvõimsuse reageerimiskiiruse määrab PCS-i riistvara lülitussagedus. Traditsiooniline räni IGBT{1}}põhine PCS saavutab ainult lülitussageduse 3–5 kHz, juhtimislatentsusega kuni sadu mikrosekundeid ja ilmse faasiviivitusega sünteetilises inertsuses. Seevastu GFM PCS, mis kasutab SiC mooduleid, suurendab lülitussagedust 100 kHz tasemele, surudes kontrolli latentsusaega umbes tosina mikrosekundini. Selle inertsreaktsioon sobib paremini tegelike sünkroongeneraatoritega ja stabiilsus nõrkades võrkudes on oluliselt paranenud. |
III. Olulised erinevused VSG vahelSünteetiline inertsja ruudustik-jälgimine (GFL)
|
Tüüp |
Põhiomadused |
Inertsi võime |
Kohaldatavad stsenaariumid |
|
Grid-Järgnevad (GFL) PCS-id |
Kontrollitud vooluallikas, tugineb võrgu pingefaasi jälgimiseks PLL-ile |
Puudub loomulik inerts; ainult piiratud lisaseade Sünteetiline inerts, rikete korral kalduvus faasiluku kadumisele |
Strong power grid, high Short-Circuit Ratio (SCR) >3 |
|
Ruudustik-VSG PCS-i moodustamine |
Kontrollitav pingeallikas, loob autonoomselt pinge/sageduse referentsi |
Looduslik sünteetiline inerts + summutus, toetab sõltumatult sagedust, on võimeline mustalt käivitama |
Nõrk grid SCR<3, high-renewable-energy bases, islanded microgrids |
Võrgu{0}}järgmiste muundurite eelduseks on see, et võrk ise toimib jäiga pingeallikana. Nõrkades võrkudes, millel on suur liinitakistus, triivib pinge ühise sidestuspunktis (PCC) kergesti, faasi{2}}ahel kipub kaotama stabiilsust ja täiendava sünteetilise inertsi mõju nõrgeneb oluliselt.
GFM VSG PCS ei sõltu enam välisest jäigast võrgust ja toimib ise pingeankruna. Isegi kui võrgu lühisuhe (SCR) langeb 1,5-ni või madalamale, võib see stabiilselt väljastada sünteetilist inertsi ja summutada süsteemi võnkumisi.
IV. Projekteerimise kaalutlused insenerirakenduse rakendamisel
häälestamineSünteetiline inertsParameetrid
Tᵥᵢᵣₜ pole suurem, kui see on parem. Liiga suur Jᵥᵢᵣₜ toob kaasa madala-sagedusliku võnkumise; liiga väike väärtus annab ebapiisava inertsi toe ega suuda RoCoF-i ohjeldada. Inseneripraktikas,adaptiivne muutuv inertskasutatakse tavaliselt: suurendamineJkiirete sageduste kõikumiste ajal ja vähendadaJpüsioleku tingimustes, et tasakaalustada stabiilsust ja dünaamilist reaktsiooni.
Energiasalvestusmahu piirangud
Kogu sünteetilise inertsi energia pärineb energiasalvestisest. Lühiajaline-inertsi tugi käivitab laadimise ja tühjenemise. Projekteerimise ajal on vaja kontrollida aku võimsust ja laadimisoleku (SOC) ulatust, et vältida sagedase inertsreaktsiooni põhjustatud -piiri-väliseid kaitsetoiminguid.
Riistvara ribalaiuse kitsaskoht
Ükskõik kui hästi VSG Synthetic inertsialgoritm on kavandatud, piirab seda toiteseadmete lülituskiirus. Madala lülitussageduse põhjustatud juhtimisviivitus nõrgendab inertsi jõudlust ja võib isegi esile kutsuda subsünkroonse võnkumise. Suure-ribalaiusega SiC toitemoodulid moodustavad suure jõudlusega-GFM PCS-i riistvaralise aluse.
V. Tööstusliku väärtuse kokkuvõte
Ülemaailmsed võrgukoodid (ENTSO-E NC RfG 2.0, UK GC0137, Hiina elektrokeemiliste energiasalvestusjaamade projekteerimise koodeks) on järk-järgult täiendanud võrgu{3}}võimalust, mis moodustab valikulise funktsiooni, et kehtestada kohustuslik võrguühenduse lävi.
VSG Sünteetiline inerts sisuliseltkordab sünkroongeneraatorite rootori inertsi energiasalvestavatel PCS-idel tarkvaraalgoritmide ja{0}}kiire võimsusega elektroonilise riistvara abil. Uut-tüüpi elektrisüsteemis, mis on integreeritud suure-tuule- ja päikeseenergiavõrguga, on võrgu-moodustava PCS-i sünteetiline inerts muutumas põhitehnoloogiaks, mis säilitab võrgu sageduse stabiilsuse ja tagab uute energiabaaside võrgu-ühenduse ohutuse.
