Dengan peningkatan penembusan tenaga baharu angin dan suria serta penyahtauliahan berterusan unit segerak tradisional, sistem kuasa memasukiera inersia-rendah. Sistem penukaran kuasa (PCS) untuk storan fotovoltaik dan tenaga, sebagai-peranti elektronik berasaskan penyongsang, tidak mempunyai pemutar berputar dan tidak mempunyai inersia putaran semula jadi. Sebaik sahaja gangguan grid kuasa berlaku, Kadar Perubahan Kekerapan (RoCoF) akan melonjak secara mendadak, dengan mudah mencetuskan kerosakan berlata dan -menurunkan skala-peristiwa grid yang besar.
Salah satu teknologi terasGrid-Membentuk (GFM) PCSialahsintetikAlgoritma Penjana Segerak (VSG).. Ia menyelesaikan persamaan gerakan pemutar penjana segerak dalam perisian dan membina inersia putaran sintetik melalui kod, membolehkan peralatan elektronik kuasa statik untuk menyampaikan sokongan inersia serupa dengan unit penjanaan stim atau hidroelektrik konvensional. Ini juga merupakan kunci untuk operasi storan tenaga yang stabil dalam senario grid yang lemah.
I. Prinsip Asas VSGInersia sintetik
Penjana segerak konvensional bergantung pada tenaga kinetik yang disimpan dalam pemutar besar. Apabila frekuensi grid menurun, pemutar membebaskan tenaga kinetik untuk menghalang variasi frekuensi yang cepat; apabila kekerapan meningkat, mereka menyerap lebihan kuasa untuk mengekang lonjakan frekuensi, pada asasnya membentuk kesan roda tenaga fizikal.
VSG tidak bergantung pada komponen mekanikal. Sebaliknya, ia menyelesaikan persamaan gerakan rotor di dalam pengawal PCS:
J: sintetikmomen inersia(dikonfigurasikan oleh parameter perisian)
Pₘ: Rujukan kuasa mekanikal sintetik
Pₑ: Output kuasa elektromagnet sebenar PCS
D: Pekali redaman sintetik
ω: Halaju sudut Sintetik Dalaman PCS
ωg: Halaju sudut grid terukur
Apabila kekurangan kuasa berlaku dalam grid kuasa dan halaju sudut grid ωg berkurangan, istilah kuasa tidak seimbang muncul dalam persamaan. Pengawal segera menarik tenaga elektrik daripada bateri simpanan tenaga dan mengeluarkan kuasa inersia tambahan kepadahadkan Kadar Perubahan Frekuensi (RoCoF)dan memperlahankan penurunan frekuensi. Sebaliknya, sekiranya berlaku lebihan kuasa dan peningkatan kekerapan, PCS menyerap lebihan kuasa untuk menyekat peningkatan frekuensi yang cepat.
II. Analisis VSG BiasaInersia sintetikKod (Contoh MATLAB)
Di bawah ialah kod pelaksanaan biasa untuk kawalan inersia sintetik:
|
matlab |
Tentukan pemalar masa inersia sintetik Tᵥᵢᵣₜ , biasanya antara 2~8 s, mewakili kekuatan sokongan inersia;
Kira kekerapan sudut asasωbₐₛₑ daripada frekuensi terkadar, kemudian terbitkan momen inersia Sintetik Jᵥᵢᵣₜ ;
Contoh frekuensi grid pada dua cap masa berturut-turut dan hitung kadar perubahan frekuensi sudut dω/dt (bersamaan dengan RoCoF);
Kira kuasa inersia tambahan Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ menggunakan Jᵥᵢᵣₜ dan kadar variasi frekuensi sudut;
Gantikan kuasa inersia pada rujukan kuasa asal Pᵣₑf untuk mendapatkan arahan kuasa output PCS akhir Pᵣₑfₜₒₜₐₗ .
|
Perkara utama:Kelajuan tindak balas kuasa inersia ditentukan oleh kekerapan pensuisan perkakasan PCS. PCS berasaskan IGBT silikon tradisional-hanya mencapai frekuensi pensuisan 3~5 kHz, dengan kependaman kawalan sehingga ratusan mikrosaat dan ketinggalan fasa yang jelas dalam inersia Sintetik. Sebaliknya, GFM PCS yang menggunakan modul SiC meningkatkan frekuensi pensuisan kepada tahap 100 kHz, memampatkan kependaman kawalan kepada sekitar sedozen mikrosaat. Tindak balas inersianya lebih sepadan dengan penjana segerak sebenar, dan kestabilan dalam grid yang lemah bertambah baik. |
III. Perbezaan Penting Antara VSGInersia sintetikdan Grid-Mengikuti (GFL)
|
taip |
Ciri-ciri Teras |
Keupayaan Inersia |
Senario Berkenaan |
|
Grid-Mengikuti (GFL) PCS |
Sumber arus terkawal, bergantung pada PLL untuk mengesan fasa voltan grid |
Tiada inersia asli; hanya inersia sintetik tambahan terhad, terdedah kepada kehilangan kunci fasa di bawah kerosakan |
Strong power grid, high Short-Circuit Ratio (SCR) >3 |
|
Grid-Membentuk VSG PCS |
Sumber voltan terkawal, secara autonomi mewujudkan rujukan voltan/frekuensi |
Inersia + redaman sintetik asli, menyokong frekuensi secara bebas, mampu memulakan hitam |
SCR grid lemah<3, high-renewable-energy bases, islanded microgrids |
Premis untuk grid-mengikut penukar ialah grid itu sendiri bertindak sebagai sumber voltan tegar. Dalam grid lemah dengan galangan talian yang besar, voltan pada Titik Gandingan Biasa (PCC) hanyut dengan mudah, fasa-gelung terkunci cenderung kehilangan kestabilan dan kesan inersia Sintetik tambahan sangat lemah.
GFM VSG PCS tidak lagi bergantung pada grid tegar luaran dan berfungsi sebagai penambat voltan itu sendiri. Walaupun apabila grid-Nisbah Litar Pendek (SCR) menurun kepada 1.5 atau lebih rendah, ia boleh mengeluarkan inersia sintetik secara stabil dan menyekat ayunan sistem.
IV. Pertimbangan Reka Bentuk untuk Pelaksanaan Kejuruteraan
Penalaan daripadaInersia sintetikParameter
Tᵥᵢᵣₜ tidak lebih baik apabila lebih besar. Jᵥᵢᵣₜ yang terlalu besar memperkenalkan-ayunan frekuensi rendah; nilai yang terlalu kecil memberikan sokongan inersia yang tidak mencukupi dan gagal untuk menghalang RoCoF. Dalam amalan kejuruteraan,inersia pembolehubah suailazimnya diterima pakai: meningkatJsemasa turun naik frekuensi yang cepat dan mengurangkanJdalam keadaan mantap-untuk mengimbangi kestabilan dan tindak balas dinamik.
Kekangan Kapasiti Penyimpanan Tenaga
Semua tenaga untuk inersia sintetik berasal daripada bateri simpanan tenaga. Sokongan inersia jangka pendek-mencetuskan pengecasan dan pelepasan. Semasa reka bentuk, adalah perlu untuk mengesahkan kuasa bateri dan julat Keadaan Caj (SOC) untuk mengelakkan tindakan perlindungan-daripada-had yang disebabkan oleh tindak balas inersia yang kerap.
Bottleneck Lebar Jalur Perkakasan
Tidak kira seberapa baik algoritma inersia VSG Synthetic direka, ia dihadkan oleh kelajuan pensuisan peranti kuasa. Kelewatan kawalan yang diperkenalkan oleh frekuensi pensuisan rendah melemahkan prestasi inersia dan juga boleh menyebabkan ayunan subsegerak. Modul kuasa SiC lebar jalur tinggi-tinggi membentuk asas perkakasan untuk-PCS GFM berprestasi tinggi.
V. Ringkasan Nilai Perindustrian
Kod grid di seluruh dunia (ENTSO-E NC RfG 2.0, UK GC0137, Kod China untuk Reka Bentuk Stesen Penyimpanan Tenaga Elektrokimia) telah meningkatkan secara beransur-ansur keupayaan membentuk grid-daripada fungsi pilihan kepada ambang antara sambungan grid mandatori.
VSG Inersia sintetik pada asasnyamereplikasi inersia pemutar penjana segerak pada PCS storan tenaga melalui algoritma perisian dan-perkakasan elektronik kuasa berkelajuan tinggi. Dalam-sistem kuasa jenis baharu dengan-penypaduan grid angin dan suria berskala besar, inersia sintetik grid-membentuk PCS menjadi teknologi teras untuk mengekalkan kestabilan frekuensi grid dan menjamin grid-keselamatan sambungan pangkalan tenaga baharu.
