Šajā rakstā galvenā uzmanība pievērsta enerģijas uzglabāšanas virtuālā sinhronā ģeneratora (VSG) ieviešanas metodēm un tā nozīmīgajai atbalsta lomai elektrotīklā. Pieaugot izplatīto enerģijas avotu, piemēram, fotoelektriskās enerģijas ražošanas, izplatībai, elektrotīkla stabilitāte saskaras ar problēmām to nejaušības un neregulāritātes dēļ.
VSG tehnoloģija ļauj sadalītajiem enerģijas avotiem uzrādīt īpašības, kas līdzīgas tradicionālajiem sinhronajiem ģeneratoriem, kad tie ir savienoti ar tīklu, simulējot sinhrono ģeneratoru mehāniskās un ārējās īpašības, tādējādi uzlabojot elektrotīkla stabilitāti un uzticamību. Šis raksts vispirms iepazīstina ar Energy Storage VSG ieviešanas metodēm no vadības stratēģiju un sistēmu arhitektūras aspektiem. Pēc tam tajā ir detalizēti aprakstīta Energy Storage VSG atbalsta loma elektrotīklam attiecībā uz frekvences atbalstu, sprieguma atbalstu un elektrotīkla stabilitātes uzlabošanu. Visbeidzot, tika izskaidroti VSG tehnoloģijas pielietošanas scenāriji1.
1. Kontroles stratēģija virtuālajam sinhronajam ģeneratoram
VSG vadības pamatideja ir simulēt sinhronā ģeneratora rotora kustības vienādojumu un elektromagnētisko pārejas vienādojumu, kontrolējot invertora izejas spriegumu un strāvu. Tās pamata kontroles stratēģija parasti ietver šādas daļas:
1. Jaudas leņķa vienādojuma simulācija. Simulē sinhronā ģeneratora rotora kustības vienādojumu, lai noteiktu saistību starp izejas aktīvo jaudu un virtuālo leņķisko frekvenci.
2. Sprieguma vienādojuma simulācija: Simulē sinhronā ģeneratora ierosmes vienādojumu, lai noteiktu sakarību starp izejas reaktīvo jaudu un virtuālo iekšējo potenciālu.
3. Jaudas aprēķins un filtrēšana: lai precīzi aprēķinātu invertora aktīvo un reaktīvo jaudu, ir jāsavāc izejas spriegums un strāva un jāveic atbilstoša filtrēšanas apstrāde, lai novērstu augstfrekvences trokšņu un tīkla traucējumu ietekmi.
4.Phase Locked Loop (PLL) aizstāšana: VSG kontrolē tradicionālā fāzes bloķētā cilpa parasti nav nepieciešama. Virtuālā leņķiskā frekvence tiek tieši aprēķināta ar jaudas leņķa vienādojumu, panākot sinhronizāciju ar elektrotīklu. Tas ļauj izvairīties no iespējamās PLL bloķēšanas zuduma problēmas vājos elektrotīkla apstākļos2.
VSG{0}}balstītajā fotoelektriskajā hibrīda enerģijas uzglabāšanas sistēmā enerģijas uzglabāšanas pārveidotāja VSG vadība parasti saņem jaudas norādījumus no EMS. EMS aprēķina aktīvās un reaktīvās jaudas atsauces vērtības, kas jānodrošina enerģijas uzglabāšanas sistēmai, pamatojoties uz tādu informāciju kā fotoelementu jauda, slodzes pieprasījums, tīkla statuss un enerģijas uzglabāšanas SOC. Enerģijas uzkrāšanas pārveidotāja VSG kontrolieris, pamatojoties uz šīm atsauces vērtībām un simulējot sinhrono ģeneratoru raksturlielumus, kontrolē invertora izvadi, lai panāktu precīzu jaudas regulēšanu un inerciālo atbalstu elektrotīklam.3.
Turklāt, ņemot vērā fotoelementu tīkla savienojuma īpašības, ir jāņem vērā arī dažas īpašas vadības stratēģijas:
Koordinētā vadības stratēģija: Kā koordinēt vadību starp fotogalvaniskajiem invertoriem un enerģijas uzglabāšanas pārveidotājiem, lai panāktu visas sistēmas optimālu darbību. Piemēram, kad tīkla frekvence samazinās, enerģijas uzkrāšanas sistēma nodrošina inerciālu atbalstu, ātri atbrīvojot aktīvo jaudu, izmantojot VSG vadību, savukārt fotoelektriskā sistēma var mēreni pazemināt MPPT punktu, lai piedalītos frekvences regulēšanā.
Enerģijas uzglabāšanas SOC pārvaldība: enerģijas uzglabāšanas akumulatoru SOC ir galvenais faktors, kas ietekmē sistēmas ilgtermiņa stabilu darbību. SOC pārvaldības stratēģijas ir jāintegrē VSG kontrolē, lai novērstu akumulatora pārlādēšanu vai pārmērīgu izlādi.
Vāja tīkla pielāgošanās spēja: Vājos tīkla apstākļos režģa pretestība ir salīdzinoši augsta, un spriegums un frekvence ir vairāk pakļauti svārstībām. VSG vadība ir jāoptimizē vājiem tīkla raksturlielumiem, lai uzlabotu sistēmas stabilitātes rezervi4.
2. Enerģijas uzglabāšanas sistēmas arhitektūra VSG
Enerģijas uzglabāšanas VSG tīkla - savienojuma sistēma galvenokārt sastāv no fotoelementu blokiem, enerģijas uzglabāšanas sistēmām, invertoriem un VSG vadības blokiem.
Fotoelementu bloks: tas ir atbildīgs par saules enerģijas pārveidošanu līdzstrāvas elektroenerģijā, kas ir sistēmas enerģijas avots. Fotoelektriskais invertors var izmantot maksimālās jaudas punkta izsekošanas (MPPT) vadības stratēģiju, lai maksimāli palielinātu enerģijas ieguvi no fotoelektriskā bloka, vai piedalīties sistēmas koordinētā kontrolē, kad sistēmai tas ir nepieciešams, nodrošinot noteiktu atbalstu.
Enerģijas uzglabāšanas sistēma: parasti tiek izmantotas baterijas vai super - kondensatori. Izmantojot divvirzienu līdzstrāvas - līdzstrāvas pārveidotāju, enerģijas uzkrāšana un atbrīvošana tiek realizēta, lai nomāktu fotoelektriskās jaudas izejas svārstības un uzlabotu sistēmas stabilitāti. Enerģijas uzglabāšanas bloks izmanto divvirzienu - cilpas vadības arhitektūru, kuras pamatā ir divvirzienu līdzstrāvas - līdzstrāvas pārveidotājs. Ārējā - cilpas vadība izmanto sprieguma - izlīdzināšanas vadības stratēģiju, lai uzturētu līdzstrāvas - kopnes sprieguma stabilitāti, izmantojot PI regulatoru, ar reakcijas laiku, kas ir mazāks vai vienāds ar 5 ms. Iekšējā - cilpas vadība īsteno strāvas atdalīšanas vadību, lai precīzi izsekotu atsauces strāvai, izmantojot stāvokļa atgriezenisko saiti ar strāvas pulsācijas koeficientu<1.5%.
Invertors: tas pārveido līdzstrāvas elektroenerģiju maiņstrāvas elektroenerģijā un realizē sinhronizāciju un regulēšanu ar elektrotīklu, izmantojot VSG vadības bloku. Enerģijas - uzglabāšanas VSG sistēmā VSG vadība parasti tiek pielietota enerģijas - uzglabāšanas pārveidotājam vai integrētajam pārveidotājam, jo enerģijas - akumulēšanas sistēmai ir divvirzienu jaudas plūsmas iespēja, kas ir vairāk piemērota sinhrono ģeneratoru aktīvās un reaktīvās jaudas kontroles simulēšanai.
VSG vadības bloks: tas ir sistēmas kodols. Simulējot sinhrono ģeneratoru rotora kustības vienādojumu un reaktīvo - sprieguma vadības vienādojumu, tas realizē elektrotīkla frekvences un sprieguma regulēšanu. VSG vadības blokā ir iekļauts arī jaudas aprēķina un filtrēšanas modulis, kas savāc izejas spriegumu un strāvu un veic atbilstošu filtrēšanas apstrādi, lai novērstu augstas - frekvences trokšņu un tīkla traucējumu ietekmi.5.
3. Enerģijas uzglabāšanas VSG atbalsta loma elektrotīklam
3.1. Frekvenču atbalsts
Inerces atbalsts: elektroenerģijas sistēmā tradicionālajiem sinhronajiem ģeneratoriem ir galvenā loma sistēmas frekvences stabilitātē, pateicoties to rotācijas inercei. Kad tīkla frekvence svārstās, sinhrono ģeneratoru rotācijas inerce var absorbēt vai atbrīvot kinētisko enerģiju, tādējādi palēninot frekvences maiņas ātrumu. Enerģijas uzglabāšana VSG simulē tradicionālo ģeneratoru rotora inerci, izmantojot virtuālo inerci. Mainoties tīkla frekvencei, VSG var ātri atbrīvot vai absorbēt enerģiju, lai palēninātu frekvences maiņas ātrumu. Piemēram, kad tīkla frekvence pēkšņi samazinās, VSG ar virtuālo inerci atbrīvos enerģiju saskaņā ar rotora kustības vienādojumu, palielinot aktīvās jaudas izvadi un nomācot turpmāku frekvences kritumu.
Frekvences regulēšana: VSG var piedalīties elektrotīkla primārajā frekvences regulēšanā, izmantojot jaudas - frekvences krituma kontroles stratēģiju. Tas konfigurē frekvenču - modulācijas mirušo - zonu 2% no nominālās jaudas/0,1 Hz un izmanto nolaišanās vadību, lai panāktu automātisku frekvences regulēšanu ±0,5 Hz diapazonā ar reakcijas laiku<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 Sprieguma atbalsts
Reaktīvā - sprieguma krituma kontrole sprieguma regulēšanai: VSG kontrolē izejas spriegumu, simulējot sinhrono ģeneratoru ierosmes sistēmu, tas ir, izmantojot reaktīvo - sprieguma krituma raksturlielumu. Tas aprēķina reaktīvās jaudas novirzes vērtību un pēc tam pielāgo spriegumu, lai nodrošinātu efektīvu sistēmas sprieguma kontroli. Elektrotīklā, kad spriegums svārstās, VSG var pielāgot izejas reaktīvo jaudu atbilstoši reaktīvā - sprieguma krituma raksturlielumam. Piemēram, kad tīkla spriegums samazinās, VSG palielinās reaktīvās jaudas izvadi, un reaktīvā jauda iedarbosies uz tīklu, lai paaugstinātu spriegumu; kad tīkla spriegums palielinās, VSG samazinās reaktīvās jaudas izvadi, lai samazinātu spriegumu.
Dinamiskais reaktīvais atbalsts vājos režģos: vājās - režģa vai salas - režīmā enerģijas - uzglabāšanas VSG var izmantot kā sprieguma avotu atbalsta nodrošināšanai. Vājos - tīkla apgabalos režģa pretestība ir salīdzinoši augsta, un ir lielāka iespēja, ka spriegums un frekvence svārstīsies. VSG var uzlabot sprieguma stabilitāti, nodrošinot reaktīvo kompensāciju. Piemēram, dažos attālos apgabalos ar vājiem elektrotīkliem VSG var pielāgot izejas reaktīvo jaudu reālajā - laikā atbilstoši elektrotīkla sprieguma situācijai, kompensējot elektrotīkla reaktīvās - jaudas deficītu un saglabājot sprieguma stabilitāti.7.
3.3. Elektrotīkla stabilitātes uzlabošana
Sistēmas svārstību slāpēšana: VSG vadība simulē sinhrono ģeneratoru slāpēšanas raksturlielumus, kas var efektīvi nomākt sistēmas svārstības un uzlabot sistēmas dinamiskās reakcijas veiktspēju. Energosistēmā ar lielu atjaunojamo enerģijas avotu īpatsvaru jaudas elektronisko ierīču slāpēšanas trūkuma dēļ sistēma ir pakļauta jaudas svārstībām noteiktu traucējumu gadījumā. VSG var ieviest virtuālo slāpēšanu, izmantojot vadības algoritmus. Ja sistēmā ir jaudas svārstības vai svārstības, virtuālajai slāpēšanai būs nozīme svārstību nomākšanā un sistēmas ātrai atgriešanai stabilā stāvoklī.
Bojājumu - braukšanas - uzlabošana, izmantojot iespēju: VSG tehnoloģija var uzlabot kļūdu - braucienu -, izmantojot enerģijas - uzglabāšanas sistēmu iespējas. Kad tīkla spriegums īslaicīgi pazeminās, VSG var palīdzēt elektrotīklam atjaunoties, izmantojot reaktīvo atbalstu. Piemēram, zema - sprieguma pārejas - caur (LVRT) gadījumā VSG var pielāgot izejas reaktīvo jaudu atbilstoši sprieguma krituma situācijai, nodrošināt elektrotīkla reaktīvo kompensāciju un palīdzēt elektrotīklam ātri atjaunot sprieguma stabilitāti, izvairoties no enerģijas - uzglabāšanas sistēmas atvienošanas tīkla traucējumu laikā un uzlabojot strāvas stabilitāti un režģa spēju.
Nevainojama pārslēgšanās starp tīkla - savienoto un salas - režīmu: enerģijas - krātuves VSG atbalsta nevainojamu pārslēgšanos starp tīkla - savienoto un salas - režīmu. Mikrotīklos - dienas laikā fotoelementu elektroenerģijas ražošana var darboties PQ režīmā, savukārt naktī vai salas - režīmā to var pārslēgt uz VSG režīmu, lai saglabātu mikro - tīkla stabilitāti. Šī nevainojamā - pārslēgšanas iespēja nodrošina nepārtrauktu strāvas padevi galvenajām slodzēm (piemēram, slimnīcām, datu centriem) un uzlabo energosistēmas uzticamību un elastību.8.
4.Lietošanas scenāriji
Jaunas enerģijas pieejamības scenāriji ar lielu-proporciju: ar liela mēroga-jaunas enerģijas integrāciju, ir samazinājusies elektrotīkla inerce un īsslēguma-kapacitāte, un frekvences un sprieguma stabilitāte saskaras ar problēmām. Gan virtuālajiem sinhronajiem ģeneratoriem, gan režģa-strukturētajai enerģijas uzglabāšanai šajā scenārijā ir nozīmīga lietojuma vērtība. Tie var nodrošināt nepieciešamo inerciālo un slāpēšanas atbalstu jaunām enerģijas ražošanas sistēmām, uzlabot elektrotīkla stabilitāti un uzticamību, palielināt spēju uzņemt jaunu enerģiju un nodrošināt drošu un stabilu energosistēmu darbību ar lielu jaunas enerģijas īpatsvaru.
Mikrotīkla scenārijs: mikrorežģa scenārijā neatkarīgi no tā, vai tas darbojas ar tīklu-vai izslēgts-, ir nepieciešams stabils un uzticams barošanas avots, lai uzturētu sistēmas sprieguma un frekvences stabilitāti. Enerģijas uzkrāšanas sistēma, ko kontrolē virtuālie sinhronie ģeneratori, var nodrošināt stabilu jaudas atbalstu mikrotīkliem tāpat kā tradicionālajiem dīzeļģeneratoriem, panākot vienmērīgu pārslēgšanos un mikrotīklu neatkarīgu darbību. Tīklu-veido enerģijas uzkrāšana, kuras pamatā ir virtuālā sinhronā ģeneratora tehnoloģija, var kalpot par mikrotīklu galveno enerģijas avotu, veidot un atbalstīt mikrotīklu stabilu darbību, kā arī uzlabot mikrotīklu elektroapgādes uzticamību un elektroenerģijas kvalitāti.
Tīkla-puses palīgpakalpojumi: tīkla-strukturēta enerģijas uzglabāšana piedalās tādos palīgpakalpojumos kā frekvences regulēšana un sprieguma regulēšana, kā arī nodrošina inerces reakciju un dinamisku atbalstu, izmantojot VSG tehnoloģiju.
Vāji elektrotīkli un attāli apgabali: apgabalos ar vāju elektrotīkla stiprumu vai attālos reģionos, tīkla-strukturēta enerģijas uzglabāšana nodrošina īsslēguma jaudu un sprieguma atbalstu, izmantojot VSG tehnoloģiju, tādējādi samazinot atkarību no dīzeļģeneratoriem.9.
1.CSDN, enerģijas uzglabāšanas virtuālā sinhronā ģeneratora tehnoloģija.
2.CSDN, tīkla{1}}pieslēgta fotoelementu hibrīda enerģijas uzglabāšanas sistēma, kuras pamatā ir virtuāls sinhronais ģenerators ar Simulink simulāciju.
3.Li Jongli, Li Ji. Enerģijas sadales un virtuālās inerces vadības metode fotoelementu hibrīda enerģijas uzkrāšanas sistēmām, kuru pamatā ir virtuālie sinhronie ģeneratori. CN202211422434.1 [2025-04-20].
4. Dai Jiaoyang, elektrotehnika. Pētījumi par elektroenerģijas sadales stratēģiju un hibrīda enerģijas uzglabāšanas virtuālās sinhronās ģeneratoru sistēmas stabilitāti [D] Huazhong University of Science and Technology [2025-04-20].
5.CSDN, virtuālās sinhronizācijas VSG režģis-savienots aktīvā un reaktīvā jauda pēc fotoelementu enerģijas uzglabāšanas izpētes (īstenota, izmantojot Simulink simulāciju).
6. Valsts augstākās klases apmaiņas platforma zinātniski pētnieciskiem darbiem un tehnoloģiskai informācijai, uzlabojot fotoelementu uzglabāšanas VSG vadības stratēģiju nelīdzsvarotā tīkla sprieguma apstākļos.
7. VIP informācija, enerģijas uzglabāšanas tipa statiskās reaktīvās enerģijas ģenerēšanas ierīce un tās paš-sinhronā sprieguma avota vadība.
8.NSTL, virtuālā sinhronā ģeneratora, enerģijas uzglabāšanas spēkstacijas adaptīvā vadība, pamatojoties uz fiziskiem ierobežojumiem.
9.CSDN, Saistība starp virtuālajiem sinhronajiem ģeneratoriem un tīkla{1}}strukturētu enerģijas uzglabāšanu.
