Makalah ini memberi tumpuan kepada kaedah pelaksanaan Generator Synchronous Maya Penyimpanan Tenaga (VSG) dan peranan sokongan yang signifikan untuk grid kuasa. Dengan peningkatan penembusan sumber tenaga yang diedarkan seperti penjanaan kuasa fotovoltaik, kestabilan grid kuasa menghadapi cabaran kerana kekangan dan intermittency mereka.
Teknologi VSG membolehkan sumber kuasa yang diedarkan untuk mempamerkan ciri -ciri yang serupa dengan penjana segerak tradisional apabila disambungkan ke grid dengan mensimulasikan ciri -ciri mekanikal dan luaran penjana segerak, dengan itu meningkatkan kestabilan dan kebolehpercayaan grid kuasa. Makalah ini mula -mula memperkenalkan kaedah pelaksanaan VSG penyimpanan tenaga dari aspek strategi kawalan dan seni bina sistem. Kemudian, ia menghuraikan peranan sokongan VSG penyimpanan tenaga untuk grid kuasa dari segi sokongan frekuensi, sokongan voltan, dan peningkatan kestabilan grid kuasa. Akhirnya, senario aplikasi teknologi VSG dijelaskan1.
1. Strategi Kontrol untuk Penjana Segera Maya
Idea teras kawalan VSG adalah untuk mensimulasikan persamaan gerakan pemutar dan persamaan transien elektromagnet dari penjana segerak dengan mengawal voltan output dan arus penyongsang. Strategi kawalan asasnya biasanya termasuk bahagian berikut:
1. Simulasi persamaan sudut kuasa: Simulasi persamaan gerakan pemutar penjana segerak untuk mewujudkan hubungan antara kuasa aktif output dan kekerapan sudut maya.
2. Simulasi Persamaan Voltage: Simulasi persamaan pengujaan penjana segerak untuk mewujudkan hubungan antara kuasa reaktif output dan potensi dalaman maya.
3. Pengiraan dan penapisan kuasa: Untuk mengira secara tepat output kuasa aktif dan reaktif oleh penyongsang, adalah perlu untuk mengumpul voltan output dan arus dan melaksanakan pemprosesan penapisan yang sepadan untuk menghapuskan pengaruh bunyi kekerapan - yang tinggi dan gangguan grid.
4. Penggantian gelung terkunci (PLL): Dalam kawalan VSG, gelung terkunci fasa tradisional biasanya tidak diperlukan. Kekerapan sudut maya secara langsung dikira oleh persamaan sudut kuasa, mencapai penyegerakan dengan grid kuasa. Ini mengelakkan masalah kehilangan kunci yang mungkin di bawah keadaan grid kuasa yang lemah2.
Dalam sistem penyimpanan tenaga hibrid fotovoltaik VSG -, kawalan VSG penukar penyimpanan tenaga biasanya menerima arahan kuasa dari EMS. EMS mengira nilai rujukan kuasa aktif dan reaktif yang perlu disediakan oleh sistem penyimpanan tenaga berdasarkan maklumat seperti output fotovoltaik, permintaan beban, status grid, dan penyimpanan tenaga SOC. Pengawal VSG penukar penyimpanan tenaga, berdasarkan nilai rujukan ini dan dengan meniru ciri -ciri penjana segerak, mengawal output penyongsang untuk mencapai peraturan kuasa yang tepat dan sokongan inersia untuk grid kuasa3.
Di samping itu, memandangkan ciri -ciri sambungan grid fotovoltaik, beberapa strategi kawalan khas juga perlu dipertimbangkan:
Strategi Kawalan yang diselaraskan: Bagaimana untuk menyelaraskan kawalan antara penyongsang fotovoltaik dan penukar penyimpanan tenaga untuk mencapai operasi optimum keseluruhan sistem. Sebagai contoh, apabila frekuensi grid jatuh, sistem penyimpanan tenaga memberikan sokongan inersia dengan cepat melepaskan kuasa aktif melalui kawalan VSG, sementara sistem photovoltaic dapat mengurangkan titik MPPT secara sederhana untuk mengambil bahagian dalam peraturan frekuensi.
Pengurusan SOC Tenaga SOC: Bateri penyimpanan tenaga SOC adalah faktor utama yang mempengaruhi jangka panjang - operasi stabil sistem. Strategi pengurusan SOC perlu diintegrasikan ke dalam kawalan VSG untuk mengelakkan pengunduran berlebihan atau overdischarging bateri.
Kesesuaian grid yang lemah: Di bawah keadaan grid yang lemah, impedans grid agak tinggi, dan voltan dan kekerapan lebih terdedah kepada turun naik. Kawalan VSG perlu dioptimumkan untuk ciri -ciri grid yang lemah untuk meningkatkan margin kestabilan sistem4.
2. Sistem Senibina Penyimpanan Tenaga VSG
Sistem penyimpanan tenaga VSG - terutamanya terdiri daripada susunan fotovoltaik, sistem penyimpanan tenaga, inverter, dan unit kawalan VSG.
Arahan Photovoltaic: Ia bertanggungjawab untuk menukar tenaga solar ke dalam tenaga elektrik DC, yang merupakan sumber tenaga sistem. Penyongsang fotovoltaik boleh mengadopsi strategi kawalan Power Point Point (MPPT) maksimum untuk memaksimumkan pengekstrakan tenaga dari pelbagai fotovoltaik, atau mengambil bahagian dalam kawalan yang diselaraskan sistem apabila sistem memerlukannya, memberikan sokongan tertentu.
Sistem Penyimpanan Tenaga: Biasanya, bateri atau super - kapasitor digunakan. Melalui penukar dc - dc, penyimpanan tenaga dan pelepasan direalisasikan untuk menindas turun naik output kuasa fotovoltaik dan meningkatkan kestabilan sistem. Unit penyimpanan tenaga mengamalkan dual - arkitek kawalan gelung berdasarkan bidirectional dc - dc converter. Kawalan gelung luar - mengamalkan strategi kawalan voltan - untuk mengekalkan kestabilan voltan bas DC - melalui pengawal selia PI, dengan masa tindak balas kurang daripada atau sama dengan 5 ms. Kawalan gelung dalaman - melaksanakan kawalan decoupling semasa untuk mengesan arus rujukan dengan tepat menggunakan maklum balas negeri, dengan pekali riak semasa<1.5%.
Inverter: Ia menukarkan tenaga elektrik DC ke dalam tenaga elektrik AC dan menyedari penyegerakan dan peraturan dengan grid kuasa melalui unit kawalan VSG. Dalam tenaga - sistem penyimpanan VSG, kawalan VSG biasanya digunakan untuk penukar penyimpanan tenaga - atau penukar bersepadu kerana sistem penyimpanan tenaga - mempunyai keupayaan aliran kuasa bidirectional, yang lebih sesuai untuk mensimulasikan kuasa dan reaksi reaktif penyegerakan.
Unit Kawalan VSG: Ia adalah teras sistem. Dengan mensimulasikan persamaan gerakan pemutar dan reaktif - persamaan kawalan voltan penjana segerak, ia menyedari peraturan kekerapan dan voltan grid kuasa. Unit kawalan VSG juga termasuk pengiraan kuasa dan modul penapisan, yang mengumpul voltan output dan arus dan melakukan pemprosesan penapisan yang sepadan untuk menghapuskan pengaruh bunyi frekuensi tinggi - dan gangguan grid tinggi5.
3. Support peranan penyimpanan tenaga VSG untuk grid kuasa
Sokongan 3.1 Kekurangan
Sokongan inersia: Dalam sistem kuasa, penjana segerak tradisional memainkan peranan penting dalam kestabilan kekerapan sistem berdasarkan inersia putaran mereka. Apabila kekerapan grid berubah -ubah, inersia putaran penjana segerak boleh menyerap atau melepaskan tenaga kinetik, dengan itu melambatkan kadar perubahan kekerapan. Storan Tenaga VSG mensimulasikan inersia pemutar penjana tradisional melalui inersia maya. Apabila kekerapan grid berubah, VSG dapat dengan cepat melepaskan atau menyerap tenaga untuk melambatkan kadar perubahan kekerapan. Sebagai contoh, apabila kekerapan grid jatuh secara tiba -tiba, VSG dengan inersia maya akan melepaskan tenaga mengikut persamaan gerakan pemutar, meningkatkan output kuasa aktif dan menekan penurunan kekerapan selanjutnya.
Peraturan kekerapan: VSG boleh mengambil bahagian dalam peraturan frekuensi utama grid kuasa melalui strategi kawalan kekerapan kuasa -. Ia mengkonfigurasi kekerapan - modulasi mati - zon 2% daripada kuasa undian/0.1 Hz dan menggunakan kawalan droop untuk mencapai peraturan frekuensi automatik dalam julat ± 0.5 Hz, dengan masa tindak balas<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 Sokongan
Reaktif - Kawalan droop voltan untuk peraturan voltan: VSG mengawal voltan output dengan mensimulasikan sistem pengujaan penjana segerak, iaitu, melalui reaktif - ciri -ciri droop voltan. Ia mengira nilai sisihan kuasa reaktif dan kemudian menyesuaikan voltan untuk merealisasikan kawalan berkesan voltan sistem. Dalam grid kuasa, apabila voltan berubah -ubah, VSG boleh menyesuaikan kuasa reaktif output mengikut ciri -ciri droop voltan - reaktif. Sebagai contoh, apabila voltan grid jatuh, VSG akan meningkatkan output kuasa reaktif, dan kuasa reaktif akan bertindak pada grid untuk meningkatkan voltan; Apabila voltan grid meningkat, VSG akan mengurangkan output kuasa reaktif untuk menurunkan voltan.
Sokongan reaktif dinamik dalam grid yang lemah: dalam lemah - grid atau pulau - situasi mod, tenaga - penyimpanan VSG boleh digunakan sebagai sumber voltan untuk memberikan sokongan. Dalam kawasan grid - yang lemah, impedans grid agak tinggi, dan voltan dan kekerapan lebih cenderung turun naik. VSG boleh meningkatkan kestabilan voltan dengan menyediakan pampasan reaktif. Sebagai contoh, di beberapa kawasan terpencil dengan grid kuasa yang lemah, VSG boleh menyesuaikan kuasa reaktif output dalam masa sebenar - mengikut keadaan voltan grid kuasa, mengimbangi kekurangan kuasa - kekurangan kuasa grid dan mengekalkan kestabilan voltan7.
3.3 Peningkatan Kestabilan Grid Kuasa
Penindasan Osilasi Sistem: Kawalan VSG mensimulasikan ciri -ciri redaman penjana segerak, yang secara berkesan dapat menindas ayunan sistem dan meningkatkan prestasi tindak balas dinamik sistem. Dalam sistem kuasa dengan sebahagian besar sumber tenaga boleh diperbaharui, disebabkan oleh kekurangan redaman peranti elektronik kuasa, sistem ini terdedah kepada ayunan kuasa di bawah gangguan tertentu. VSG boleh memperkenalkan redaman maya melalui algoritma kawalan. Apabila sistem mempunyai turun naik kuasa atau ayunan, redaman maya akan memainkan peranan dalam menindas ayunan dan membuat sistem dengan cepat kembali ke keadaan yang stabil.
Peningkatan kesalahan - Ride - melalui keupayaan: Teknologi VSG dapat meningkatkan kesalahan - Ride - melalui keupayaan tenaga - sistem penyimpanan. Apabila voltan grid jatuh buat sementara waktu, VSG dapat membantu grid kuasa pulih melalui sokongan reaktif. Sebagai contoh, dalam kes rendah - voltan menunggang - melalui (lvrt), VSG boleh menyesuaikan kuasa reaktif output mengikut keadaan drop voltan, memberikan pampasan reaktif untuk grid kuasa, dan membantu grid kuasa dengan cepat menghidupkan semula grid kuasa.
Switching lancar antara grid - disambungkan dan pulau - mod: tenaga - penyimpanan VSG menyokong suis lancar antara grid - mod yang disambungkan dan pulau -. Dalam grid mikro -, pada siang hari, penjanaan kuasa fotovoltaik boleh beroperasi dalam mod PQ, dan pada waktu malam atau di pulau - mod, ia boleh dihidupkan ke mod VSG untuk mengekalkan kestabilan grid mikro -. Keupayaan penukaran - lancar ini memastikan bekalan kuasa berterusan beban utama (seperti hospital, pusat data) dan meningkatkan kebolehpercayaan dan fleksibiliti sistem kuasa8.
4. Senario Application
Tinggi - Proporsi senario akses tenaga baru: Dengan integrasi skala - yang besar, inersia dan pendek - kapasiti litar grid kuasa telah menurun, dan kestabilan kekerapan dan voltan menghadapi cabaran. Kedua -dua penjana segerak maya dan grid - penyimpanan tenaga berstruktur mempunyai nilai aplikasi yang signifikan dalam senario ini. Mereka boleh menyediakan sokongan inersia dan redaman yang diperlukan untuk sistem penjanaan tenaga tenaga baru, meningkatkan kestabilan dan kebolehpercayaan grid kuasa, meningkatkan keupayaan untuk menampung tenaga baru, dan memastikan operasi sistem kuasa yang selamat dan stabil dengan kadar tenaga baru yang tinggi.
Senario Microgrid: Dalam senario microgrid, sama ada grid - operasi yang disambungkan atau off - operasi grid, bekalan kuasa yang stabil dan boleh dipercayai diperlukan untuk mengekalkan kestabilan voltan dan kekerapan sistem. Sistem penyimpanan tenaga yang dikawal oleh penjana segerak maya dapat memberikan sokongan kuasa yang stabil untuk mikrogrid seperti penjana diesel tradisional, mencapai penukaran lancar dan operasi bebas mikrogrid. Grid - Membentuk penyimpanan tenaga, berdasarkan teknologi penjana segerak maya, boleh berfungsi sebagai sumber kuasa teras mikrogrid, membina dan menyokong operasi stabil mikrogrid, dan meningkatkan kebolehpercayaan bekalan kuasa dan kualiti kuasa mikrogrid.
Grid - Perkhidmatan tambahan sampingan: Grid - penyimpanan tenaga berstruktur mengambil bahagian dalam perkhidmatan tambahan seperti peraturan frekuensi dan peraturan voltan, dan menyediakan tindak balas inersia dan sokongan dinamik melalui teknologi VSG.
Grid kuasa lemah dan kawasan terpencil: Di kawasan dengan kekuatan grid kuasa lemah atau kawasan terpencil, grid - penyimpanan tenaga berstruktur menyediakan kapasiti litar dan sokongan voltan yang pendek - melalui teknologi VSG, mengurangkan pergantungan pada penjana diesel9.
1.CSDN, Teknologi Generator Penyegerakan Maya Penyimpanan Tenaga.
2.CSDN, Grid - Sistem penyimpanan tenaga hibrid fotovoltaik yang disambungkan berdasarkan penjana segerak maya dengan simulasi simulink.
3.Li Yongli, Li Yi. Pengagihan kuasa dan kaedah kawalan inersia maya untuk sistem penyimpanan tenaga hibrid fotovoltaik berdasarkan penjana segerak maya. CN202211422434.1 [2025-04-20].
4.Dai Jiaoyang, Kejuruteraan Elektrik. Penyelidikan mengenai strategi pengedaran kuasa dan kestabilan Sistem Penyimpanan Maya Penyimpanan Tenaga Hibrid [D] Huazhong University of Science and Technology [2025-04-20].
5.CSDN, Penyegerakan Maya VSG Grid - Kuasa aktif dan reaktif yang disambungkan berikutan penyelidikan pada penyimpanan tenaga fotovoltaik (dilaksanakan melalui simulasi simulink).
6. National High - Platform Pertukaran Akhir untuk Kertas Penyelidikan Saintifik dan Maklumat Teknologi, meningkatkan strategi kawalan VSG penyimpanan fotovoltaik di bawah voltan grid tidak seimbang.
7. Maklumat VIP, Jenis Penyimpanan Tenaga Peranti Generasi Kuasa Reaktif Statik dan Kawalan Sumber Voltan Segerut Diri -.
8.NSTL, Kawalan Adaptive Generator Segerak Virtual Stesen Kuasa Penyimpanan Tenaga Berdasarkan Kekangan Fizikal.
9.CSDN, hubungan antara penjana segerak maya dan grid - penyimpanan tenaga berstruktur.
