Tuuli- ja aurinkoenergian lisääntyvän levinneisyyden ja perinteisten synkronisten yksiköiden jatkuvan käytöstä poistamisen myötä voimajärjestelmät ovat siirtymässämatalan{0}}inertian aikakausi. Aurinkosähköä ja energian varastointia varten tarkoitetuissa tehonmuunnosjärjestelmissä (PCS), kuten invertteri-pohjaisissa tehoelektroniikkalaitteissa, ei ole pyöriviä roottoreita, eikä niillä ole luonnollista pyörimisinertiaa. Kun sähköverkon häiriöitä esiintyy, taajuuden muutosnopeus (RoCoF) nousee jyrkästi, mikä aiheuttaa helposti peräkkäisiä vikoja ja suuria -skaalautuvia-verkkotapahtumia.
Yksi ydinteknologioistaRuudukko-Muovaus (GFM) PCSonSynteettinenSynchronous Generator (VSG) -algoritmi. Se ratkaisee synkronisten generaattoreiden roottorin liikeyhtälön ohjelmistossa ja muodostaa synteettisen pyörimisinertian koodin avulla, mikä mahdollistaa staattisen tehon elektronisten laitteiden toimittaman inertiatuen, joka on samanlainen kuin perinteiset höyry- tai vesivoimalaitokset. Tämä on myös avain energian varastoinnin vakaaseen toimintaan heikon verkon skenaarioissa.
I. VSG:n perusperiaateSynteettinen inertia
Perinteiset synkroniset generaattorit luottavat massiivisiin roottoreihin varastoituun kineettiseen energiaan. Kun verkon taajuus laskee, roottorit vapauttavat kineettistä energiaa estääkseen nopean taajuuden vaihtelun; Kun taajuus nousee, ne absorboivat ylimääräistä tehoa hillitsemään taajuuspiikkejä, muodostaen olennaisesti fyysisen vauhtipyöräilmiön.
VSG ei ole riippuvainen mekaanisista komponenteista. Sen sijaan se ratkaisee roottorin liikeyhtälön PCS-ohjaimen sisällä:
J: Synteettinenhitausmomentti(määritetty ohjelmistoparametreilla)
Pₘ: Synteettinen mekaaninen tehoviite
Pₑ: PCS:n todellinen sähkömagneettinen teho
D: Synteettinen vaimennuskerroin
ω: PCS:n sisäinen synteettinen kulmanopeus
ωg: Mitattu ristikon kulmanopeus
Kun sähköverkossa esiintyy tehopula ja verkon kulmanopeus ωg pienenee, yhtälöön ilmestyy epätasapainoinen tehotermi. Säädin ottaa välittömästi sähköenergiaa akusta ja tuottaa ylimääräistä inertiatehoarajoittaa taajuuden muutosnopeutta (RoCoF)ja hidastaa taajuuden pudotusta. Sitä vastoin tehoylijäämän ja taajuuden nousun tapauksessa PCS absorboi ylimääräistä tehoa estääkseen nopean taajuuden nousun.
II. Tyypillisen VSG:n analyysiSynteettinen inertiaKoodi (esimerkki MATLAB)
Alla on tyypillinen toteutuskoodi synteettiselle inertiaohjaukselle:
|
matlab |
Määrittele synteettinen inertia-aikavakio Tᵥᵢᵣₜ, joka vaihtelee tyypillisesti välillä 2-8 s ja joka edustaa inertiatuen voimakkuutta;
Laske nimellistaajuudesta peruskulmataajuusωbₐₛₑ ja johda sitten synteettinen hitausmomenttiJᵥᵢᵣₜ ;
Ota näyteruudukon taajuus kahdella peräkkäisellä aikaleimalla ja laske kulmataajuuden muutosnopeus dω/dt (vastaa RoCoF:ää);
Laske lisähitausteho Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ käyttämällä Jᵥᵢᵣₜ ja kulmataajuuden vaihtelunopeutta;
Aseta inertiateho alkuperäisen tehoviitteen Pᵣₑf päälle saadaksesi lopullisen PCS-lähtötehokomennon Pᵣₑfₜₒₜₐₗ .
|
Keskeinen kohta:Inertiatehon vastenopeus määräytyy PCS-laitteiston kytkentätaajuuden mukaan. Perinteinen pii IGBT{1}}pohjainen PCS saavuttaa vain 3–5 kHz:n kytkentätaajuuden, ohjauslatenssilla jopa satoja mikrosekunteja ja ilmeisen vaiheviiveen synteettisessä inertiassa. Sitä vastoin SiC-moduuleita käyttävä GFM PCS nostaa kytkentätaajuuden 100 kHz:n tasolle ja pakkaa ohjausviiveen noin tusinaan mikrosekuntiin. Sen inertiavaste vastaa paremmin todellisia synkronisia generaattoreita, ja vakaus heikoissa verkoissa on parantunut huomattavasti. |
III. Olennaiset erot VSG:n välilläSynteettinen inertiaja ruudukko{0}}seuraavat (GFL)
|
Tyyppi |
Ydinominaisuudet |
Inertiakyky |
Sovellettavat skenaariot |
|
Ruudukko-Seuraavat (GFL) PCS:tä |
Ohjattu virtalähde, luottaa PLL:ään seuratakseen verkon jännitteen vaihetta |
Ei alkuperäistä inertiaa; vain rajoitettu apu Synteettinen inertia, altis vaihelukituksen menetykseen vikojen yhteydessä |
Strong power grid, high Short-Circuit Ratio (SCR) >3 |
|
Ruudukko-VSG-PCS:n muodostaminen |
Ohjattu jännitelähde, määrittää itsenäisesti jännite/taajuusohjeen |
Synteettinen inertia + vaimennus, tukee itsenäisesti taajuutta, kykenee mustakäynnistykseen |
Heikko grid SCR<3, high-renewable-energy bases, islanded microgrids |
Verkko{0}}seuraavien muuntimien lähtökohtana on, että verkko itse toimii jäykänä jännitelähteenä. Heikoissa verkoissa, joissa on suuri linjaimpedanssi, jännite yhteiskytkentäpisteessä (PCC) ajautuu helposti, vaihe-lukittu silmukka yleensä menettää vakauden ja synteettisen lisäinertian vaikutus heikkenee huomattavasti.
GFM VSG PCS ei ole enää riippuvainen ulkoisesta jäykästä verkosta ja toimii itse jänniteankkurina. Vaikka ruudukon lyhyt{1}}piirisuhde (SCR) putoaisi 1,5:een tai pienempään, se voi tuottaa vakaasti synteettistä inertiaa ja vaimentaa järjestelmän värähtelyä.
IV. Suunnittelun huomioitavaa suunnittelua toteutettaessa
ViritysSynteettinen inertiaParametrit
Tᵥᵢᵣₜ ei ole parempi suurempina. Liian suuri Jᵥᵢᵣₜ aiheuttaa matalataajuista-värähtelyä; liian pieni arvo tarjoaa riittämättömän inertiatuen eikä hillitse RoCoF:ää. Insinöörikäytännössäadaptiivinen muuttuva inertiaon yleisesti hyväksytty: korotusJnopeiden taajuusvaihteluiden aikana ja vähentääJvakaassa tilassa{0}}vakauden ja dynaamisen vasteen tasapainottamiseksi.
Energian varastointikapasiteetin rajoitukset
Kaikki synteettisen inertian energia tulee energiaa varastoivasta akusta. Lyhytaikainen inertiatuki laukaisee latauksen ja purkamisen. Suunnittelun aikana on tarpeen varmistaa akun teho ja lataustilan (SOC) toiminta-alue, jotta vältetään toistuvan inertiavasteen aiheuttamat rajan ulkopuoliset suojatoimenpiteet.
Laitteiston kaistanleveyden pullonkaula
Riippumatta siitä, kuinka hyvin VSG Synthetic inertia -algoritmi on suunniteltu, sitä rajoittaa teholaitteiden kytkentänopeus. Alhaisen kytkentätaajuuden aiheuttama ohjausviive heikentää inertian suorituskykyä ja voi jopa aiheuttaa subsynkronista värähtelyä. Suuren-kaistanleveyden SiC-tehomoduulit muodostavat laitteistoperustan tehokkaalle-GFM-PCS:lle.
V. Yhteenveto teollisesta arvosta
Maailmanlaajuiset verkkokoodit (ENTSO-E NC RfG 2.0, UK GC0137, Kiinan sähkökemiallisen energian varastointiaseman suunnittelukoodi) ovat asteittain päivittäneet verkko{3}}muodostuskyvyn valinnaisesta toiminnosta pakolliseksi verkon yhteenliittämiskynnykseksi.
VSG Pohjimmiltaan synteettinen inertiatoistaa synkronisten generaattoreiden roottorin inertian energiaa varastoivissa PCS:issä ohjelmistoalgoritmien ja{0}}nopeiden elektronisten laitteistojen avulla. Uuden-tyyppisessä sähköjärjestelmässä, jossa on laaja-tuuli- ja aurinkoverkkointegraatio, verkon-muodostavan PCS:n synteettisestä inertiasta on tulossa ydintekniikka, joka ylläpitää verkon taajuuden vakautta ja takaa uusien energiakantojen verkko-liitäntöjen turvallisuuden.
