Pieaugot vēja un saules jaunas enerģijas izplatībai un tradicionālo sinhrono bloku nepārtrauktai ekspluatācijas pārtraukšanai, energosistēmas nonākzemas-inerces laikmets. Enerģijas pārveidošanas sistēmām (PCS) fotoelementiem un enerģijas uzglabāšanai kā invertora{1}}elektroniskām jaudas ierīcēm nav rotējošu rotoru, un tām nav dabiskas rotācijas inerces. Tiklīdz rodas elektrotīkla traucējumi, frekvences maiņas ātrums (RoCoF) strauji pieaugs, viegli izraisot kaskādes traucējumus un lielus -mērogojuma{4}}tīkla notikumus.
Viena no galvenajām tehnoloģijāmRežģa-veidošanas (GFM) PCSirSintētisksSinhronā ģeneratora (VSG) algoritms. Tas atrisina sinhrono ģeneratoru rotora kustības vienādojumu programmatūrā un konstruē sintētisko rotācijas inerci, izmantojot kodu, ļaujot statiskās jaudas elektroniskajām iekārtām nodrošināt inerces atbalstu, kas ir līdzīgs parastajām tvaika vai hidroelektrostaciju ģenerēšanas vienībām. Tas ir arī atslēga stabilai enerģijas uzglabāšanas darbībai vāja tīkla scenārijos.
I. VSG pamatprincipsSintētiskā inerce
Tradicionālie sinhronie ģeneratori balstās uz kinētisko enerģiju, kas uzkrāta masīvajos rotoros. Kad tīkla frekvence samazinās, rotori atbrīvo kinētisko enerģiju, lai kavētu strauju frekvenču izmaiņas; kad frekvence paaugstinās, tie absorbē lieko jaudu, lai ierobežotu frekvences tapas, būtībā veidojot fizisku spararata efektu.
VSG nav atkarīgs no mehāniskām sastāvdaļām. Tā vietā tas atrisina rotora kustības vienādojumu PCS kontrollerī:
J: Sintētisksinerces moments(konfigurēts pēc programmatūras parametriem)
Pₘ: sintētiskās mehāniskās jaudas atsauce
Pₑ: PCS faktiskā elektromagnētiskā jauda
D: Sintētiskais amortizācijas koeficients
ω: PCS iekšējais sintētiskais leņķiskais ātrums
ωg: izmērītais režģa leņķiskais ātrums
Ja elektrotīklā rodas jaudas trūkums un tīkla leņķiskais ātrums ωg samazinās, vienādojumā parādās nelīdzsvarots jaudas termins. Kontrolieris nekavējoties paņem elektrisko enerģiju no enerģijas uzkrāšanas akumulatora un izvada papildu inerces jauduierobežojiet frekvences maiņas ātrumu (RoCoF)un palēnināt frekvences kritumu. Un otrādi, jaudas pārpalikuma un frekvences pieauguma gadījumā PCS absorbē lieko jaudu, lai nomāktu strauju frekvences eskalāciju.
II. Tipiskā VSG analīzeSintētiskā inerceKods (MATLAB piemērs)
Tālāk ir sniegts tipisks sintētiskās inerces kontroles ieviešanas kods:
|
Matlab |
Definējiet sintētiskās inerces laika konstanti Tᵥᵢᵣₜ , kas parasti ir no 2 ~ 8 s, kas atspoguļo inerces atbalsta spēku;
Aprēķiniet bāzes leņķisko frekvenci ωbₐₛₑ no nominālās frekvences, pēc tam iegūstiet sintētisko inerces momentuJᵥᵢᵣₜ ;
Iztver režģa frekvenci pie diviem secīgiem laikspiedoliem un aprēķina leņķiskās frekvences maiņas ātrumu dω/dt (atbilst RoCoF);
Aprēķināt papildu inerces jaudu Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ, izmantojot Jᵥᵢᵣₜ un leņķiskās frekvences variācijas ātrumu;
Pārvietojiet inerces jaudu uz sākotnējās jaudas atsauces Pᵣₑf, lai iegūtu galīgo PCS izejas jaudas komandu Pᵣₑfₜₒₜₐₗ.
|
Galvenais punkts:Inerces jaudas reakcijas ātrumu nosaka PCS aparatūras pārslēgšanas frekvence. Tradicionālie silīcija IGBT{1}}bāzētie PCS sasniedz tikai 3–5 kHz pārslēgšanās frekvenci ar vadības latentumu līdz pat simtiem mikrosekunžu un acīmredzamu fāzes nobīdi sintētiskajā inercē. Turpretim GFM PCS, kas izmanto SiC moduļus, palielina pārslēgšanās frekvenci līdz 100 kHz līmenim, saspiežot vadības latentumu līdz aptuveni desmitiem mikrosekundēm. Tā inerces reakcija labāk atbilst reāliem sinhronajiem ģeneratoriem, un stabilitāte vājos režģos ir ievērojami uzlabota. |
III. Būtiskas atšķirības starp VSGSintētiskā inerceun režģis{0}}seko (GFL)
|
Tips |
Galvenās īpašības |
Inerces spēja |
Piemērojamie scenāriji |
|
Režģis-Seko (GFL) datoriem |
Kontrolēts strāvas avots, paļaujas uz PLL, lai izsekotu tīkla sprieguma fāzi |
Nav vietējās inerces; tikai ierobežota palīgierīce Sintētiskā inerce, ar noslieci uz fāzes bloķēšanas zudumu bojājumu gadījumā |
Strong power grid, high Short-Circuit Ratio (SCR) >3 |
|
Režģis-VSG PCS veidošana |
Kontrolēts sprieguma avots, autonomi nosaka sprieguma/frekvences atsauci |
Vietējā sintētiskā inerce + amortizācija, neatkarīgi atbalsta frekvenci, spēj iedarbināt melno |
Vāja režģa SCR<3, high-renewable-energy bases, islanded microgrids |
Tīkla{0}}pārveidotāju priekšnoteikums ir tāds, ka pats tīkls darbojas kā stingrs sprieguma avots. Vājos režģos ar lielu līnijas pretestību spriegums kopējā savienojuma punktā (PCC) viegli novirzās, fāzes -bloķētā cilpa mēdz zaudēt stabilitāti, un papildu sintētiskās inerces ietekme ir ievērojami vājināta.
GFM VSG PCS vairs nav atkarīgs no ārējā cietā režģa un pats kalpo kā sprieguma enkurs. Pat tad, ja režģa-īsas ķēdes attiecība (SCR) nokrītas līdz 1,5 vai zemāka, tā var stabili izvadīt sintētisko inerci un nomākt sistēmas svārstības.
IV. Projektēšanas apsvērumi inženierijas ieviešanai
Tuning ofSintētiskā inerceParametri
Tᵥᵢᵣₜ nav labāks, ja ir lielāks. Pārāk liela Jᵥᵢᵣₜ rada zemas-frekvences svārstības; pārāk maza vērtība nodrošina nepietiekamu inerces atbalstu un nespēj ierobežot RoCoF. Inženieru praksē,adaptīvā mainīgā inerceparasti tiek pieņemts: palielinātJstrauju frekvences svārstību laikā un samazinātJlīdzsvara stāvoklī{0}}, lai līdzsvarotu stabilitāti un dinamisko reakciju.
Enerģijas uzglabāšanas jaudas ierobežojumi
Visa enerģija sintētiskajai inercei nāk no enerģijas uzkrāšanas akumulatora. Īstermiņa-inerces atbalsts aktivizē uzlādi un izlādi. Projektēšanas laikā ir jāpārbauda akumulatora jauda un uzlādes stāvokļa (SOC) diapazons, lai novērstu -ārpus-aizsardzības darbības, ko izraisa bieža inerces reakcija.
Aparatūras joslas platuma sašaurinājums
Neatkarīgi no tā, cik labi ir izstrādāts VSG Synthetic inerces algoritms, to ierobežo jaudas ierīču pārslēgšanas ātrums. Vadības aizkave, ko rada zema pārslēgšanas frekvence, vājina inerces veiktspēju un var pat izraisīt subsinhronas svārstības. Augsta-joslas platuma SiC barošanas moduļi veido aparatūras pamatu augstas veiktspējas-GFM PCS.
V. Rūpnieciskās vērtības kopsavilkums
Tīkla kodi visā pasaulē (ENTSO-E NC RfG 2.0, UK GC0137, Ķīnas kodekss elektroķīmiskās enerģijas uzglabāšanas stacijas projektēšanai) ir pakāpeniski jauninājuši tīkla{3}}veidošanas iespējas no izvēles funkcijas uz obligātu tīkla starpsavienojuma slieksni.
VSG Sintētiskā inerce būtībāatkārto sinhrono ģeneratoru rotora inerci enerģijas uzglabāšanas datoros, izmantojot programmatūras algoritmus un ātrdarbīgu{0}}elektronisko aparatūru. Jaunajā-tipa energosistēmā ar liela mēroga-vēja un saules enerģijas tīklu integrāciju, tīkla-veidošanas PCS sintētiskā inerce kļūst par galveno tehnoloģiju, lai uzturētu tīkla frekvences stabilitāti un garantētu jaunu enerģijas bāzu tīkla-savienojuma drošību.
