Синтетична інерція в синтетичному синхронному генераторі (VSG) для мереж-систем перетворення енергії (PCS)

Зі зростанням проникнення нової енергії вітру та сонця та постійним виведенням з експлуатації традиційних синхронних блоків енергетичні системи вступають унизька-інерційна ера. Системи перетворення електроенергії (PCS) для фотоелектричних пристроїв і накопичувачів енергії, як силові електронні-пристрої на основі інвертора, не мають роторів, що обертаються, і природної інерції обертання. Коли виникають збої в електромережі, швидкість зміни частоти (RoCoF) різко зросте, легко викликаючи каскадні збої та великі-масштабні-події поза мережею.

Одна з основних технологійФормування -сітки (GFM) PCSєСинтетичнийАлгоритм синхронного генератора (VSG).. Він вирішує рівняння руху ротора синхронних генераторів у програмному забезпеченні та створює синтетичну інерцію обертання за допомогою коду, що дозволяє статичному силовому електронному обладнанню забезпечувати підтримку інерції, подібну до звичайних парових або гідроелектрогенераторів. Це також ключ до стабільної роботи накопичувачів енергії в сценаріях слабкої мережі.

I. Фундаментальний принцип VSGСинтетична інерція

Звичайні синхронні генератори покладаються на кінетичну енергію, що зберігається у масивних роторах. Коли частота мережі падає, ротори вивільняють кінетичну енергію, щоб перешкодити швидкій зміні частоти; коли частота підвищується, вони поглинають надлишкову потужність, щоб приборкати стрибки частоти, по суті утворюючи фізичний ефект маховика.

VSG не залежить від механічних компонентів. Натомість він розв’язує рівняння руху ротора в контролері PCS:

J: Синтетичниймомент інерції(налаштовується програмними параметрами)

Pₘ: синтетичний механічний еталон потужності

Pₑ: Фактична вихідна електромагнітна потужність PCS

D: Синтетичний коефіцієнт демпфування

ω: Внутрішня синтетична кутова швидкість PCS

ωg: виміряна кутова швидкість сітки

Коли в електромережі виникає дефіцит електроенергії та кутова швидкість мережі ωg зменшується, у рівнянні з’являється незбалансований член потужності. Контролер негайно споживає електричну енергію з батареї накопичувача енергії та видає додаткову потужність інерціїобмеження швидкості зміни частоти (RoCoF)і сповільнити падіння частоти. І навпаки, у разі надлишку потужності та підвищення частоти PCS поглинає надлишкову потужність, щоб придушити швидку ескалацію частоти.

II. Аналіз типового VSGСинтетична інерціяКод (приклад MATLAB)

Нижче наведено типовий код реалізації для синтетичного керування інерцією:

Визначте синтетичну постійну часу інерції Tᵥᵢᵣₜ, яка зазвичай коливається від 2 до 8 с, що представляє силу опори інерції;

Обчисліть базову кутову частоту ​​​​​​​ωbₐₛₑ з номінальної частоти, а потім виведіть синтетичний момент інерції ​​​​​​​Jᵥᵢᵣₜ ;

Вибір частоти сітки в двох послідовних часових мітках і обчислення швидкості зміни кутової частоти dω/dt (відповідає RoCoF);

Обчисліть додаткову силу інерції Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ, використовуючи Jᵥᵢᵣₜ та швидкість зміни кутової частоти;

Накладіть потужність інерції на початкове посилання потужності Pᵣₑf, щоб отримати кінцеву команду вихідної потужності PCS Pᵣₑfₜₒₜₐₗ.

III. Суттєві відмінності між VSGСинтетична інерціяі відстеження -сітки (GFL)

Передумовою для-перетворювачів, що слідують за мережею, є те, що сама мережа діє як жорстке джерело напруги. У слабких мережах із великим опором лінії напруга в точці загального зв’язку (PCC) легко дрейфує, фазовий -контур має тенденцію втрачати стабільність, а ефект додаткової синтетичної інерції значно послаблюється.

GFM VSG PCS більше не залежить від зовнішньої жорсткої сітки і сам служить якорем напруги. Навіть коли коефіцієнт короткого замикання мережі (SCR) падає до 1,5 або нижче, він може стабільно видавати синтетичну інерцію та пригнічувати коливання системи.

IV. Проектні міркування для інженерної реалізації

НалаштуванняСинтетична інерціяПараметри

Tᵥᵢᵣₜ не краще, якщо більше. Надмірно великий Jᵥᵢᵣₜ створює низько{1}}коливання частоти; надто мале значення забезпечує недостатню підтримку інерції та не стримує RoCoF. В інженерній практиці,адаптивна змінна інерціяприйнято: збільшенняJпід час швидких коливань частоти та зменшитиJв умовах стабільного-стану, щоб збалансувати стабільність і динамічний відгук.

Обмеження ємності зберігання енергії
Вся енергія для синтетичної інерції надходить від акумулятора. Короткочасна-інерційна підтримка запускає заряджання та розряджання. Під час проектування необхідно перевірити потужність батареї та діапазон стану заряду (SOC), щоб запобігти--виходу за межі захисних дій, спричинених частою інерційною реакцією.

Вузьке місце апаратної пропускної здатності
Незалежно від того, наскільки добре розроблений синтетичний інерційний алгоритм VSG, він обмежений швидкістю перемикання силових пристроїв. Затримка керування, викликана низькою частотою перемикання, послаблює інерційні характеристики та може навіть викликати субсинхронні коливання. Силові модулі SiC із високою-пропускною здатністю формують апаратну основу для високо-продуктивної GFM PCS.

V. Резюме промислової цінності

Грід-коди в усьому світі (ENTSO-E NC RfG 2.0, Великобританія GC0137, Китайський кодекс проектування електрохімічної станції накопичення енергії) поступово покращили можливість-формування мережі з додаткової функції до обов’язкового порогового значення для з’єднання мереж.

VSG Синтетична інерція по сутівідтворює інерцію ротора синхронних генераторів на накопичувачі енергії PCS за допомогою програмних алгоритмів і високошвидкісного силового електронного обладнання. У енергетичній системі нового-типу з широкомасштабною інтеграцією-вітро- та сонячної електромережі синтетична інерція PCS,-утворюючої мережу, стає основною технологією для підтримки стабільності частоти мережі та гарантування-безпеки підключення до мережі нових енергетичних баз.