Овај рад се фокусира на методе имплементације виртуелног синхроног генератора за складиштење енергије (ВСГ) и његову значајну улогу подршке за електричну мрежу. Са све већим продором дистрибуираних извора енергије као што је фотонапонска производња електричне енергије, стабилност електричне мреже суочава се са изазовима због њихове насумице и испрекиданости.
ВСГ технологија омогућава дистрибуираним изворима енергије да покажу карактеристике сличне традиционалним синхроним генераторима када су повезани на мрежу симулацијом механичких и спољашњих карактеристика синхроних генератора, чиме се повећава стабилност и поузданост електричне мреже. Овај рад прво представља методе имплементације ВСГ за складиштење енергије са аспекта стратегија управљања и архитектуре система. Затим елаборира улогу подршке ВСГ-а за складиштење енергије за електричну мрежу у смислу подршке фреквенције, подршке напона и побољшања стабилности електричне мреже. Коначно, изложени су сценарији примене ВСГ технологије1.
1.Стратегија контроле за виртуелни синхрони генератор
Основна идеја ВСГ управљања је симулација једначине кретања ротора и једначине електромагнетног прелаза синхроног генератора контролисањем излазног напона и струје претварача. Његова основна стратегија контроле обично укључује следеће делове:
1. Симулација једначине угла снаге: Симулирајте једначину кретања ротора синхроног генератора да бисте успоставили однос између излазне активне снаге и виртуелне угаоне фреквенције.
2. Симулација једначине напона: Симулирајте побудну једначину синхроног генератора да бисте успоставили однос између излазне реактивне снаге и виртуелног унутрашњег потенцијала.
3. Прорачун и филтрирање снаге: Да бисте прецизно израчунали излазну активну и реактивну снагу претварача, потребно је прикупити излазни напон и струју и извршити одговарајућу обраду филтрирања како би се елиминисао утицај високо{1}}шума високе фреквенције и поремећаја мреже.
4. Замена фазно закључане петље (ПЛЛ): У ВСГ контроли, традиционална фазно закључана петља обично није потребна. Виртуелна угаона фреквенција се директно израчунава једначином угла снаге, чиме се постиже синхронизација са електричном мрежом. Ово избегава могући проблем губитка закључавања ПЛЛ-а у условима слабе електричне мреже2.
У фотонапонском хибридном систему за складиштење енергије заснованом на ВСГ{0}}у, ВСГ контрола претварача за складиштење енергије обично прима упутства за напајање од ЕМС-а. ЕМС израчунава референтне вредности активне и реактивне снаге које систем за складиштење енергије треба да обезбеди на основу информација као што су фотонапонски излаз, потражња за оптерећењем, статус мреже и СОЦ за складиштење енергије. ВСГ контролер претварача за складиштење енергије, на основу ових референтних вредности и симулацијом карактеристика синхроних генератора, контролише излаз инвертора како би се постигла прецизна регулација снаге и инерцијална подршка за електричну мрежу3.
Поред тога, с обзиром на карактеристике фотонапонске мреже, потребно је размотрити и неке посебне стратегије управљања:
Координирана стратегија управљања: Како координирати контролу између фотонапонских инвертера и претварача за складиштење енергије да би се постигао оптималан рад читавог система. На пример, када фреквенција мреже падне, систем за складиштење енергије пружа инерцијалну подршку брзим ослобађањем активне снаге кроз ВСГ контролу, док фотонапонски систем може умерено да снизи МППТ тачку да би учествовао у регулацији фреквенције.
Управљање СОЦ-ом за складиштење енергије: СОЦ батерија за складиштење енергије је кључни фактор који утиче на-дугорочни стабилан рад система. Стратегије управљања СОЦ-ом морају бити интегрисане у ВСГ контролу како би се спречило прекомерно пуњење или прекомерно пражњење батерије.
Слаба прилагодљивост мреже: Под условима слабе мреже, импеданса мреже је релативно висока, а напон и фреквенција су склонији флуктуацији. ВСГ контролу треба оптимизовати за слабе карактеристике мреже да би се повећала маргина стабилности система4.
2. Архитектура система складиштења енергије ВСГ
Систем повезивања ВСГ мреже за складиштење енергије - углавном се састоји од фотонапонских низова, система за складиштење енергије, претварача и ВСГ контролних јединица.
Фотонапонски низ: Одговоран је за претварање соларне енергије у ДЦ електричну енергију, која је извор енергије система. Фотонапонски инвертер може усвојити стратегију контроле максималне снаге праћења тачке (МППТ) како би максимизирао екстракцију енергије из фотонапонског низа, или учествовао у координисаној контроли система када је систему то потребно, пружајући одређену подршку.
Систем за складиштење енергије: Обично се користе батерије или супер - кондензатори. Кроз двосмерни ДЦ - ДЦ претварач, складиштење и ослобађање енергије се реализују да би се сузбиле флуктуације излаза фотонапонске снаге и побољшала стабилност система. Јединица за складиштење енергије усваја архитектуру управљања двоструком - петљом заснованом на двосмерном ДЦ - ДЦ претварачу. Спољна - контрола петље усваја стратегију управљања изједначавањем напона - да би одржала стабилност напона ДЦ - магистрале кроз ПИ регулатор, са временом одзива мањим или једнаким 5 мс. Контрола унутрашње - петље имплементира контролу раздвајања струје како би прецизно пратила референтну струју користећи повратну информацију о стању, са коефицијентом таласања струје од<1.5%.
Инвертер: Конвертује једносмерну електричну енергију у наизменичну електричну енергију и остварује синхронизацију и регулацију са електричном мрежом преко ВСГ контролне јединице. У ВСГ систему за складиштење енергије -, ВСГ контрола се обично примењује на претварач за складиштење енергије - или интегрисани претварач јер систем за складиштење енергије - има могућност двосмерног тока снаге, што је погодније за симулацију контроле активне и реактивне снаге синхроних генератора.
ВСГ контролна јединица: То је језгро система. Симулацијом једначине кретања ротора и једначине реактивног - управљања напоном синхроних генератора остварује се регулација фреквенције и напона електричне мреже. ВСГ контролна јединица такође укључује модул за прорачун и филтрирање снаге, који прикупља излазни напон и струју и врши одговарајућу обраду филтрирања како би елиминисао утицај шума високе - фреквенције и поремећаја мреже5.
3. Улога подршке ВСГ за складиштење енергије за електричну мрежу
3.1 Подршка за фреквенцију
Подршка инерцији: У електроенергетском систему, традиционални синхрони генератори играју кључну улогу у стабилности фреквенције система захваљујући њиховој ротационој инерцији. Када фреквенција мреже флуктуира, ротациона инерција синхроних генератора може да апсорбује или ослободи кинетичку енергију, чиме успорава брзину промене фреквенције. Складиштење енергије ВСГ симулира инерцију ротора традиционалних генератора кроз виртуелну инерцију. Када се фреквенција мреже промени, ВСГ може брзо да ослободи или апсорбује енергију да успори брзину промене фреквенције. На пример, када фреквенција мреже нагло опадне, ВСГ са виртуелном инерцијом ће ослободити енергију према једначини кретања ротора, повећавајући излаз активне снаге и потискујући даљи пад фреквенције.
Регулација фреквенције: ВСГ може да учествује у примарној регулацији фреквенције електричне мреже путем стратегије контроле пада фреквенције снаге -. Конфигурише мртву зону - модулације - од 2% називне снаге/0,1 Хз и користи контролу пада да би се постигла аутоматска регулација фреквенције у опсегу од ±0,5 Хз, са временом одзива од<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 Подршка за напон
Реактивна - контрола пада напона за регулацију напона: ВСГ контролише излазни напон симулирајући систем побуде синхроних генератора, то јест, кроз реактивну - карактеристику пада напона. Он израчунава вредност одступања реактивне снаге и затим подешава напон да би се остварила ефективна контрола напона система. У електричној мрежи, када напон флуктуира, ВСГ може подесити излазну реактивну снагу у складу са карактеристиком пада реактивног напона -. На пример, када напон мреже опадне, ВСГ ће повећати излаз реактивне снаге, а реактивна снага ће деловати на мрежу да подигне напон; када напон мреже порасте, ВСГ ће смањити излаз реактивне снаге да би смањио напон.
Динамичка реактивна подршка у слабим мрежама: У ситуацијама слабог - мреже или острвског - режима, ВСГ за складиштење енергије - може се користити као извор напона за пружање подршке. У областима са слабом - мрежом, импеданса мреже је релативно висока, а већа је вероватноћа да ће напон и фреквенција флуктуирати. ВСГ може побољшати стабилност напона обезбеђивањем реактивне компензације. На пример, у неким удаљеним областима са слабим електроенергетским мрежама, ВСГ може да прилагоди излазну реактивну снагу у реалном - времену према напонској ситуацији у електроенергетској мрежи, компензујући реактивну - несташицу електричне енергије у електричној мрежи и одржавајући стабилност напона7.
3.3 Побољшање стабилности електричне мреже
Сузбијање системских осцилација: ВСГ контрола симулира карактеристике пригушења синхроних генератора, који могу ефикасно потиснути осцилације система и побољшати перформансе динамичког одзива система. У електроенергетском систему са високим уделом обновљивих извора енергије, услед недостатка пригушења енергетских електронских уређаја, систем је подложан осцилацијама снаге под одређеним сметњама. ВСГ може да уведе виртуелно пригушивање путем контролних алгоритама. Када систем има флуктуације снаге или осцилације, виртуелно пригушење ће играти улогу у сузбијању осцилација и омогућавању да се систем брзо врати у стабилно стање.
Унапређење способности - вожње - до грешке: ВСГ технологија може побољшати - вожњу - кроз способност - система за складиштење енергије. Када напон мреже привремено опадне, ВСГ може помоћи реактивној подршци да се опорави. На пример, у случају ниске - напонске вожње од - до (ЛВРТ), ВСГ може да подеси излазну реактивну снагу у складу са ситуацијом пада напона, обезбеди реактивну компензацију за електричну мрежу и помогне електричној мрежи да брзо поврати стабилност напона, избегавајући искључење система за складиштење енергије - током поремећаја у мрежи и побољшавајући стабилност мреже и побољшавајући стабилност мреже.
Беспрекорно пребацивање између мрежног - повезаног и острвског - режима: складиште енергије - ВСГ подржава беспрекорно пребацивање између - повезане мреже и режима острва -. У микро - мрежама, током дана, фотонапонска производња електричне енергије може да ради у ПК режиму, а ноћу или у острвском - режиму, може се пребацити на ВСГ режим да би се одржала стабилност микро - мреже. Ова беспрекорна - могућност пребацивања обезбеђује непрекидно напајање кључних оптерећења (као што су болнице, центри података) и побољшава поузданост и флексибилност система напајања8.
4.Апликациони сценарији
Сценарији високог{0}}пропорција приступа енергији: Уз велику-интеграцију нове енергије, инерција и капацитет кратког-споја електричне мреже су смањени, а стабилност фреквенције и напона се суочава са изазовима. И виртуелни синхрони генератори и мрежно{4}}структурирано складиште енергије имају значајну примену у овом сценарију. Они могу да обезбеде неопходну инерцијску и пригушну подршку за нове системе за производњу енергије, побољшају стабилност и поузданост електричне мреже, повећају капацитет за прихватање нове енергије и обезбеде сигуран и стабилан рад електроенергетских система са високим уделом нове енергије.
Сценарио микромреже: У сценарију микромреже, без обзира да ли је у питању -повезаност са мрежом или рад ван{1}} мреже, потребно је стабилно и поуздано напајање да би се одржала стабилност напона и фреквенције система. Систем за складиштење енергије који контролишу виртуелни синхрони генератори може да обезбеди стабилну подршку за напајање микромрежама баш као и традиционални дизел генератори, постижући глатко пребацивање и независан рад микромрежа. Складиштење енергије за формирање мреже, засновано на технологији виртуелног синхроног генератора, може послужити као основни извор напајања микромрежа, изградити и подржати стабилан рад микромрежа и побољшати поузданост напајања и квалитет електричне енергије микромрежа.
Помоћне услуге{0}}на мрежи: Мрежно-структурирано складиштење енергије учествује у помоћним услугама као што су регулација фреквенције и регулација напона, и пружа инерцијски одговор и динамичку подршку кроз ВСГ технологију.
Слабе електричне мреже и удаљене области: У областима са слабом снагом електричне мреже или удаљеним регионима, мрежно{0}}структурирано складиште енергије обезбеђује капацитет кратког-споја и подршку напона кроз ВСГ технологију, смањујући ослањање на дизел генераторе9.
1.ЦСДН, технологија виртуелног синхроног генератора за складиштење енергије.
2.ЦСДН, мрежни-повезан фотонапонски хибридни систем за складиштење енергије заснован на виртуелном синхроном генератору са Симулинк симулацијом.
3. Ли Јонгли, Ли Ји. Метода управљања дистрибуцијом енергије и виртуелне инерције за фотонапонске хибридне системе за складиштење енергије засноване на виртуелним синхроним генераторима. ЦН202211422434.1 [2025-04-20].
4.Даи Јиаоианг, електротехника. Истраживање о стратегији дистрибуције енергије и стабилности хибридног система виртуелног синхроног генератора за складиштење енергије [Д] Универзитет науке и технологије Хуазхонг [2025-04-20].
5.ЦСДН, виртуелна синхронизација ВСГ мрежа-повезана активна и реактивна снага након истраживања фотонапонског складиштења енергије (примењено путем Симулинк симулације).
6.Национална најквалитетнија-платформа за научне истраживачке радове и технолошке информације, побољшавајући стратегију управљања фотонапонским складиштем ВСГ под неуравнотеженим напоном мреже.
7.ВИП информације, тип за складиштење енергије статички уређај за производњу реактивне енергије и његова само-синхрона контрола извора напона.
8.НСТЛ, виртуелни синхрони генератор, адаптивна контрола електране за складиштење енергије на основу физичких ограничења.
9.ЦСДН, Однос између виртуелних синхроних генератора и грид{1}}структурисаног складиштења енергије.