Tässä artikkelissa keskitytään Energy Storage Virtual Synchronous Generatorin (VSG) toteutusmenetelmiin ja sen merkittävään tukirooliin sähköverkon kannalta. Hajautettujen energialähteiden, kuten aurinkosähköntuotannon, lisääntyessä, sähköverkon vakaus kohtaa haasteita niiden satunnaisuuden ja katkonaisuuden vuoksi.
VSG-teknologia mahdollistaa hajautettujen virtalähteiden ominaisuudet, jotka vastaavat perinteisiä synkronisia generaattoreita, kun ne on kytketty verkkoon, simuloimalla synkronisten generaattoreiden mekaanisia ja ulkoisia ominaisuuksia, mikä parantaa sähköverkon vakautta ja luotettavuutta. Tässä artikkelissa esitellään ensin Energy Storage VSG:n toteutusmenetelmät ohjausstrategioiden ja järjestelmäarkkitehtuurien näkökulmasta. Sen jälkeen siinä käsitellään Energy Storage VSG:n tukiroolia sähköverkossa taajuuden, jännitteen tukemisen ja sähköverkon vakauden parantamisen osalta. Lopuksi selitettiin VSG-tekniikan sovellusskenaariot1.
1. Virtual Synchronous Generatorin hallintastrategia
VSG-ohjauksen ydinajatus on simuloida synkronisen generaattorin roottorin liikeyhtälöä ja sähkömagneettista transienttiyhtälöä ohjaamalla invertterin lähtöjännitettä ja virtaa. Sen perusohjausstrategia sisältää yleensä seuraavat osat:
1. Tehokulmayhtälön simulointi: Simuloi synkronisen generaattorin roottorin liikeyhtälö määrittääksesi lähtöaktiivisen tehon ja virtuaalisen kulmataajuuden välisen suhteen.
2. Jänniteyhtälön simulointi: Simuloi synkronisen generaattorin viritysyhtälöä määrittääksesi suhteen lähtöloistehoon ja virtuaalisen sisäisen potentiaalin välillä.
3.Tehon laskenta ja suodatus: Invertterin pätö- ja loistehon laskemiseksi tarkasti on tarpeen kerätä lähtöjännite ja -virta ja suorittaa vastaava suodatusprosesseja korkeataajuisen-kohinan ja verkkohäiriöiden poistamiseksi.
4.Phase Locked Loop (PLL) -korvaus: VSG-ohjauksessa perinteistä vaihelukittua silmukkaa ei yleensä tarvita. Virtuaalinen kulmataajuus lasketaan suoraan Power Angle -yhtälön avulla, jolloin saavutetaan synkronointi sähköverkon kanssa. Tämä välttää PLL:n mahdollisen lukitushäviön ongelman heikon sähköverkon olosuhteissa2.
VSG{0}}-pohjaisessa aurinkosähköhybridienergian varastointijärjestelmässä energian varastointimuuntimen VSG-ohjain vastaanottaa yleensä tehoohjeet EMS:ltä. EMS laskee pätö- ja loistehon viitearvot, jotka energian varastointijärjestelmän on tarjottava, perustuen tietoihin, kuten aurinkosähköteho, kuormitustarve, verkon tila ja energian varastoinnin SOC. Energiaa varastoivan muuntimen VSG-ohjain näihin viitearvoihin perustuen ja synkronisten generaattoreiden ominaisuuksia simuloimalla ohjaa invertterin lähtöä tarkan tehonsäädön ja inertiatuen saavuttamiseksi sähköverkolle.3.
Lisäksi aurinkosähköverkkoliitännän ominaisuudet huomioon ottaen on otettava huomioon myös joitakin erityisiä ohjausstrategioita:
Koordinoitu ohjausstrategia: Kuinka koordinoida ohjausta aurinkosähköinvertterien ja energian varastointimuuntimien välillä, jotta saavutetaan koko järjestelmän optimaalinen toiminta. Esimerkiksi kun verkon taajuus laskee, energian varastointijärjestelmä tarjoaa inertiatukea vapauttamalla nopeasti aktiivista tehoa VSG-ohjauksen kautta, kun taas aurinkosähköjärjestelmä voi alentaa MPPT-pistettä maltillisesti osallistuakseen taajuuden säätelyyn.
Energian varastoinnin SOC-hallinta: Energiaa varastoivien akkujen SOC on avaintekijä, joka vaikuttaa järjestelmän pitkäaikaiseen vakaaseen{0}}toimintaan. SOC-hallintastrategiat on integroitava VSG-ohjaukseen, jotta estetään akun ylilatautuminen tai ylipurkautuminen.
Heikko verkon mukautuvuus: Heikoissa verkkoolosuhteissa verkon impedanssi on suhteellisen korkea, ja jännite ja taajuus ovat alttiimpia vaihteluille. VSG-ohjaus on optimoitava heikkoja verkkoominaisuuksia varten järjestelmän vakausmarginaalin parantamiseksi4.
2. Energiavaraston VSG järjestelmäarkkitehtuuri
Energiaa varastoivan VSG grid - -liitäntäjärjestelmä koostuu pääasiassa aurinkosähköryhmistä, energian varastointijärjestelmistä, inverttereistä ja VSG-ohjausyksiköistä.
Photovoltaic Array: Se on vastuussa aurinkoenergian muuntamisesta tasavirtasähköenergiaksi, joka on järjestelmän energialähde. Aurinkosähköinvertteri voi ottaa käyttöön MPPT (Maximum Power Point Tracking) -ohjausstrategian maksimoidakseen energian oton aurinkosähköryhmästä tai osallistua järjestelmän koordinoituun ohjaukseen, kun järjestelmä sitä tarvitsee, tarjoten tiettyä tukea.
Energian varastointijärjestelmä: Yleensä käytetään paristoja tai super-- kondensaattoreita. Kaksisuuntaisen DC - DC-muuntimen avulla energian varastointi ja vapautuminen toteutetaan estämään aurinkosähkön tehon vaihtelut ja parantamaan järjestelmän vakautta. Energian varastointiyksikkö ottaa käyttöön kaksisuuntaisen --silmukan ohjausarkkitehtuurin, joka perustuu kaksisuuntaiseen DC - DC-muuntimeen. Ulompi --silmukan ohjaus käyttää jännitteen - tasausohjausstrategiaa DC - -väylän jännitteen vakauden ylläpitämiseksi PI-säätimen kautta vasteajalla, joka on pienempi tai yhtä suuri kuin 5 ms. Sisäinen --silmukan ohjaus toteuttaa virran irrotuksen ohjauksen, joka seuraa tarkasti referenssivirtaa tilan takaisinkytkennän avulla virran aaltoilukertoimella<1.5%.
Invertteri: Se muuntaa DC-sähköenergian AC-sähköenergiaksi ja toteuttaa synkronoinnin ja säädön sähköverkon kanssa VSG-ohjausyksikön kautta. Energian - varastoivassa VSG-järjestelmässä VSG-ohjausta sovelletaan yleensä energian - varastointimuuntimeen tai integroituun muuntimeen, koska energian - varastointijärjestelmällä on kaksisuuntaisen tehovirran kyky, mikä sopii paremmin synkronisten generaattoreiden pätö- ja loistehon säädön simulointiin.
VSG-ohjausyksikkö: Se on järjestelmän ydin. Simuloimalla synkronisten generaattoreiden roottorin liikeyhtälöä ja reaktiivista - jännitteensäätöyhtälöä se toteuttaa sähköverkon taajuuden ja jännitteen säätelyn. VSG-ohjausyksikkö sisältää myös tehonlaskenta- ja suodatusmoduulin, joka kerää lähtöjännitteen ja virran ja suorittaa vastaavan suodatuskäsittelyn eliminoidakseen korkean - taajuuden kohinan ja verkkohäiriöiden vaikutuksen.5.
3. Energian varastoinnin VSG:n tukirooli sähköverkossa
3.1 Taajuustuki
Inertiatuki: Sähköjärjestelmässä perinteisillä synkronisilla generaattoreilla on keskeinen rooli järjestelmän taajuuden stabiilisuudessa pyörimisinertiansa ansiosta. Kun verkkotaajuus vaihtelee, synkronisten generaattoreiden pyörimishitaus voi absorboida tai vapauttaa kineettistä energiaa, mikä hidastaa taajuuden muutosnopeutta. Energian varastointi VSG simuloi perinteisten generaattoreiden roottorin hitautta virtuaalisen inertian kautta. Kun verkon taajuus muuttuu, VSG voi nopeasti vapauttaa tai absorboida energiaa hidastaakseen taajuuden muutosnopeutta. Esimerkiksi kun verkon taajuus putoaa äkillisesti, virtuaalisen hitauden omaava VSG vapauttaa energiaa roottorin liikeyhtälön mukaisesti, mikä lisää aktiivitehoa ja vaimentaa taajuuden lisäpudotusta.
Taajuussäätö: VSG voi osallistua sähköverkon ensisijaiseen taajuuden säätöön tehon - taajuuden laskun ohjausstrategian avulla. Se konfiguroi taajuuden - modulaatiokuolleen --vyöhykkeen, joka on 2 % nimellistehosta/0,1 Hz, ja käyttää droop-säätöä saavuttaakseen automaattisen taajuuden säädön alueella ±0,5 Hz vasteajalla<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 Jännitteen tuki
Reaktiivinen - Jännitehäviön säätö jännitteen säätöä varten: VSG ohjaa lähtöjännitettä simuloimalla synkronisten generaattoreiden herätejärjestelmää eli reaktiivisen - jännitteen laskuominaisuuden kautta. Se laskee loistehon poikkeaman arvon ja säätää sitten jännitettä järjestelmän jännitteen tehokkaan ohjauksen toteuttamiseksi. Sähköverkossa, kun jännite vaihtelee, VSG voi säätää lähdön loistehoa loisjännitteen - jännitteen pudotusominaisuuden mukaan. Esimerkiksi kun verkon jännite laskee, VSG lisää loistehoa ja loisteho vaikuttaa verkkoon nostaen jännitettä; kun verkkojännite nousee, VSG vähentää loistehoa laskeakseen jännitettä.
Dynaaminen reaktiivinen tuki heikoissa verkoissa: Heikon - verkko- tai saareketilan - tilanteissa energian - varastointia VSG:tä voidaan käyttää jännitelähteenä tuen tarjoamiseen. Heikoilla verkkoalueilla - verkon impedanssi on suhteellisen korkea, ja jännite ja taajuus vaihtelevat todennäköisemmin. VSG voi parantaa jännitteen vakautta tarjoamalla reaktiivista kompensaatiota. Esimerkiksi joillakin syrjäisillä alueilla, joilla on heikot sähköverkot, VSG voi säätää lähtöloistehoa reaaliajassa - sähköverkon jännitetilanteen mukaan, kompensoimalla sähköverkon loistehopulan - ja ylläpitämällä jännitteen vakauden.7.
3.3 Sähköverkon vakauden parantaminen
Järjestelmän värähtelyn vaimennus: VSG-ohjaus simuloi synkronisten generaattoreiden vaimennusominaisuuksia, mikä voi tehokkaasti vaimentaa järjestelmän värähtelyä ja parantaa järjestelmän dynaamisen vasteen suorituskykyä. Sähköjärjestelmässä, jossa uusiutuvien energialähteiden osuus on suuri, tehoelektroniikkalaitteiden vaimennuksen puutteen vuoksi järjestelmä on altis tehon heilahteluille tietyissä häiriöissä. VSG voi ottaa käyttöön virtuaalisen vaimennuksen ohjausalgoritmien avulla. Kun järjestelmässä on tehonvaihteluja tai värähtelyjä, virtuaalinen vaimennus vaikuttaa värähtelyn vaimentamiseen ja järjestelmän nopeaan palautumiseen vakaaseen tilaan.
Vian - ajon - tehostaminen: VSG-tekniikka voi parantaa vian - ajoa - energian - varastointijärjestelmien avulla. Kun verkon jännite laskee tilapäisesti, VSG voi auttaa sähköverkkoa palautumaan reaktiivisen tuen avulla. Esimerkiksi matalan - jännitteen ajon - kautta (LVRT) VSG voi säätää lähtöloistehoa jännitehäviötilanteen mukaan, tarjota sähköverkon loiskompensointia ja auttaa verkkoa palauttamaan nopeasti jännitteen vakauden, välttäen energian - varastointijärjestelmän katkeamisen verkon häiriöiden aikana ja parantaen virran vakautta ja uudelleenkytkentää.
Saumaton vaihto Grid - Connected - ja Island - -tilan välillä: Energian - tallennustila VSG tukee saumatonta vaihtoa verkkoon - yhdistetyn ja saaren - tilan välillä. Mikro - -verkoissa aurinkosähkön tuotanto voi toimia päiväsaikaan PQ-tilassa ja yöllä tai saareketilassa - se voidaan kytkeä VSG-tilaan mikroverkon vakauden ylläpitämiseksi -. Tämä saumaton --kytkentäominaisuus varmistaa jatkuvan virransyötön tärkeimpiin kuormiin (kuten sairaaloihin, datakeskuksiin) ja parantaa sähköjärjestelmän luotettavuutta ja joustavuutta.8.
4. Sovellusskenaariot
Suuri-osuus uuden energian saatavuudesta: Uuden energian laajamittaisen-integroinnin myötä sähköverkon inertia ja oikosulku{2}}kapasiteetti ovat pienentyneet, ja taajuuden ja jännitteen vakaus kohtaa haasteita. Sekä virtuaalisilla synkronisilla generaattoreilla että verkko{4}}strukturoidulla energiavarastolla on merkittävää sovellusarvoa tässä skenaariossa. Ne voivat tarjota tarvittavaa inertia- ja vaimennustukea uusille energiantuotantojärjestelmille, parantaa sähköverkon vakautta ja luotettavuutta, lisätä kapasiteettia vastaanottaa uutta energiaa sekä varmistaa voimajärjestelmien turvallisen ja vakaan toiminnan, jossa on suuri osuus uutta energiaa.
Mikrogrid-skenaario: Mikrogrid-skenaariossa, olipa kyseessä sitten verkko-kytketty tai irti-verkko, tarvitaan vakaa ja luotettava virtalähde järjestelmän jännitteen ja taajuuden vakauden ylläpitämiseksi. Virtuaalisten synkronisten generaattoreiden ohjaama energian varastointijärjestelmä voi tarjota vakaata tehotukea mikroverkoille aivan kuten perinteisille dieselgeneraattoreille, mikä mahdollistaa tasaisen kytkennän ja mikrogridin itsenäisen toiminnan. Virtuaaliseen synkroniseen generaattoritekniikkaan perustuva verkko-muodostava energian varastointi voi toimia mikrogridien ydinvirtalähteenä, rakentaa ja tukea mikrogridien vakaata toimintaa sekä parantaa mikrogridin virransyötön luotettavuutta ja virranlaatua.
Grid{0}}puolen apupalvelut: Grid-strukturoitu energian varastointi osallistuu apupalveluihin, kuten taajuuden ja jännitteen säätelyyn, ja tarjoaa inertiavasteen ja dynaamisen tuen VSG-tekniikan avulla.
Heikot sähköverkot ja syrjäiset alueet: Alueilla, joilla sähköverkon vahvuus on heikko, tai syrjäisillä alueilla verkko{0}}strukturoitu energian varastointi tukee oikosulkukapasiteettia ja jännitettä VSG-tekniikan avulla, mikä vähentää riippuvuutta dieselgeneraattoreista9.
1.CSDN, energian varastointi virtuaalinen synkroninen generaattoritekniikka.
2.CSDN, verkko{1}}kytketty aurinkosähköinen hybridienergian varastointijärjestelmä, joka perustuu virtuaaliseen synkroniseen generaattoriin Simulink-simulaatiolla.
3.Li Yongli, Li Yi. Sähkönjakelu ja virtuaalinen inertiaohjausmenetelmä aurinkosähköhybridienergian varastointijärjestelmille, jotka perustuvat virtuaalisiin synkronisiin generaattoreihin. CN202211422434.1 [2025-04-20].
4. Dai Jiaoyang, sähkötekniikka. Tutkimus tehonjakelustrategiasta ja hybridienergian varastoinnin virtuaalisen synkronisen generaattorijärjestelmän vakaudesta [D] Huazhong University of Science and Technology [2025-04-20].
5.CSDN, Virtual Synchronization VSG grid-yhdistetty aktiivinen ja loisteho aurinkosähköenergian varastointitutkimuksen jälkeen (toteutettu Simulink-simulaatiolla).
6.Kansallinen huippuluokan vaihtoalusta tieteellisille tutkimuspapereille ja teknologiselle tiedolle, joka parantaa aurinkosähkövaraston VSG:n ohjausstrategiaa epäsymmetrisen verkkojännitteen alaisena.
7. VIP-tiedot, energian varastointityyppi Staattinen loistehoa tuottava laite ja sen itse-synkroninen jännitelähteen ohjaus.
8.NSTL, Virtual Synchronous Generator Adaptive Control of Energy Storage Power Station, joka perustuu fyysisiin rajoitteisiin.
9.CSDN, Virtuaalisten synkronisten generaattoreiden ja grid{1}}strukturoidun energian varastoinnin välinen suhde.