Odată cu pătrunderea în creștere a energiei noi eoliene și solare și dezafectarea continuă a unităților sincrone tradiționale, sistemele de energie intră într-unera de-inerție scăzută. Sistemele de conversie a energiei (PCS) pentru fotovoltaic și stocarea energiei, ca dispozitive electronice de putere bazate pe invertor-, nu au rotoare rotative și nu posedă inerție de rotație naturală. Odată ce apar perturbări ale rețelei electrice, rata de modificare a frecvenței (RoCoF) va crește brusc, declanșând cu ușurință erori în cascadă și evenimente la scară mare-off-la rețea.
Una dintre tehnologiile de bază aleFormare-grilă (GFM) PCSesteSinteticAlgoritmul generatorului sincron (VSG).. Rezolvă ecuația de mișcare a rotorului a generatoarelor sincrone în software și construiește inerția de rotație sintetică prin cod, permițând echipamentelor electronice de putere statică să furnizeze suport de inerție similar cu unitățile de generare convenționale de abur sau hidroelectrice. Aceasta este, de asemenea, cheia pentru funcționarea stabilă a stocării energiei în scenarii de rețea slabă.
I. Principiul fundamental al VSGInerție sintetică
Generatoarele sincrone convenționale se bazează pe energia cinetică stocată în rotoarele masive. Când frecvența rețelei scade, rotoarele eliberează energie cinetică pentru a împiedica variația rapidă a frecvenței; când frecvența crește, ele absorb excesul de putere pentru a reduce vârfurile de frecvență, formând în esență un efect fizic de volantă.
VSG nu depinde de componentele mecanice. În schimb, rezolvă ecuația mișcării rotorului din interiorul controlerului PCS:
J: Sinteticmoment de inerție(configurat prin parametri software)
Pₘ: Referință de putere mecanică sintetică
Pₑ: puterea electromagnetică reală de ieșire a PCS
D: Coeficient de amortizare sintetic
ω: Viteza unghiulară sintetică internă a PCS
ωg: Viteza unghiulară măsurată a grilei
Când apare deficitul de energie în rețeaua electrică și viteza unghiulară a rețelei ωg scade, în ecuație apare un termen de putere dezechilibrat. Controlerul extrage imediat energie electrică din bateria de stocare a energiei și emite putere suplimentară de inerție cătrelimitați rata de schimbare a frecvenței (RoCoF)și încetinește scăderea frecvenței. În schimb, în cazul unui surplus de putere și al creșterii frecvenței, PCS absoarbe puterea în exces pentru a suprima escaladarea rapidă a frecvenței.
II. Analiza VSG tipicăInerție sinteticăCod (Exemplu MATLAB)
Mai jos este un cod tipic de implementare pentru controlul inerției sintetice:
|
matlab |
Definiți constanta de timp a inerției sintetice Tᵥᵢᵣₜ , variind de obicei de la 2~8 s, reprezentând puterea suportului de inerție;
Calculați frecvența unghiulară de bază ωbₐₛₑ din frecvența nominală, apoi deduceți momentul de inerție sinteticJᵥᵢᵣₜ ;
Eșantionați frecvența grilei la două marcaje temporale consecutive și calculați rata de schimbare a frecvenței unghiulare dω/dt (corespunzătoare RoCoF);
Calculați puterea de inerție suplimentară Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ folosind Jᵥᵢᵣₜ și rata de variație a frecvenței unghiulare;
Suprapuneți puterea de inerție pe referința de putere inițială Pᵣₑf pentru a obține comanda finală a puterii de ieșire PCS Pᵣₑfₜₒₜₐₗ .
|
Punct cheie:Viteza de răspuns a puterii de inerție este determinată de frecvența de comutare a hardware-ului PCS. PCS tradițional bazat pe IGBT-siliciu atinge doar o frecvență de comutare de 3~5 kHz, cu o latență de control de până la sute de microsecunde și un decalaj evident de fază în inerția sintetică. În schimb, GFM PCS care adoptă module SiC mărește frecvența de comutare la nivelul de 100 kHz, comprimând latența de control la aproximativ o duzină de microsecunde. Răspunsul său la inerție se potrivește mai bine cu generatoarele sincrone reale, iar stabilitatea în rețele slabe este mult îmbunătățită. |
III. Diferențele esențiale între VSGInerție sinteticăși Grid-following (GFL)
|
Tip |
Caracteristici de bază |
Capacitate de inerție |
Scenarii aplicabile |
|
Grid-Urmăritoare (GFL) PCS |
Sursă de curent controlată, se bazează pe PLL pentru a urmări faza de tensiune a rețelei |
Fără inerție nativă; numai auxiliar limitată Inerție sintetică, predispusă la pierderea blocării de fază în caz de defecțiuni |
Strong power grid, high Short-Circuit Ratio (SCR) >3 |
|
Grid-Formează VSG PCS |
Sursă de tensiune controlată, stabilește în mod autonom referința de tensiune/frecvență |
Inerție sintetică nativă + amortizare, suportă independent frecvența, capabilă de pornire neagră |
SCR grilă slabă<3, high-renewable-energy bases, islanded microgrids |
Premisa pentru convertoarele care urmează-rețea este că rețeaua în sine acționează ca o sursă rigidă de tensiune. În rețelele slabe cu impedanță mare de linie, tensiunea la punctul de cuplare comună (PCC) se deplasează cu ușurință, bucla blocată de fază-tinde să-și piardă stabilitatea, iar efectul inerției sintetice suplimentare este foarte slăbit.
GFM VSG PCS nu mai depinde de o rețea rigidă externă și servește în sine ca o ancoră de tensiune. Chiar și atunci când raportul de scurt-circuit al grilei (SCR) scade la 1,5 sau mai mic, poate produce stabil inerția sintetică și poate suprima oscilația sistemului.
IV. Considerații de proiectare pentru implementarea ingineriei
Tuning deInerție sinteticăParametrii
Tᵥᵢᵣₜ nu este mai bun atunci când este mai mare. Jᵥᵢᵣₜ excesiv de mare introduce oscilații de frecvență joasă-; o valoare prea mică oferă suport insuficient pentru inerție și nu reușește să restrângă RoCoF. În practica inginerească,inerție variabilă adaptivăse adoptă în mod obişnuit: sporJîn timpul fluctuaţiilor rapide de frecvenţă şi reducJîn condiții de-stațiune pentru a echilibra stabilitatea și răspunsul dinamic.
Constrângeri privind capacitatea de stocare a energiei
Toată energia pentru inerția sintetică provine din bateria de stocare a energiei. Suportul de inerție pe termen scurt-declanșează încărcarea și descărcarea. În timpul proiectării, este necesar să se verifice puterea bateriei și intervalul de stare de încărcare (SOC) pentru a preveni acțiunile de protecție în afara-de-limită cauzate de răspunsul frecvent la inerție.
Lățimea de bandă hardware Gâtul de sticlă
Indiferent cât de bine este proiectat algoritmul de inerție sintetică VSG, acesta este limitat de viteza de comutare a dispozitivelor de alimentare. Întârzierea de control introdusă de frecvența de comutare scăzută slăbește performanța inerției și poate chiar induce oscilații subsincrone. Modulele de putere SiC cu lățime de bandă-înaltă formează baza hardware pentru GFM PCS de înaltă-performanță.
V. Rezumatul valorii industriale
Codurile de rețea din întreaga lume (ENTSO-E NC RfG 2.0, UK GC0137, China's Code for Design of Electrochemical Energy Storage Station) au modernizat treptat capacitatea de formare a rețelei-de la o funcție opțională la un prag obligatoriu de interconectare a rețelei.
VSG Inerția sintetică în esențăreproduce inerția rotorului generatoarelor sincrone pe PCS de stocare a energiei prin algoritmi software și hardware electronic de putere{0}}de mare viteză. În noul sistem de energie electrică de tip-cu integrare la scară mare-eoliană și solară, inerția sintetică a rețelei-formând PCS devine tehnologia de bază pentru a menține stabilitatea frecvenței rețelei și pentru a garanta siguranța-conexiunii la rețea a noilor baze energetice.
