Met de toenemende penetratie van nieuwe wind- en zonne-energie en de voortdurende ontmanteling van traditionele synchrone eenheden komen energiesystemen in een stroomversnelling terecht.tijdperk van lage-inertie. Stroomconversiesystemen (PCS) voor fotovoltaïsche energie en energieopslag hebben, als op omvormers-gebaseerde vermogenselektronica, geen roterende rotoren en bezitten geen natuurlijke rotatietraagheid. Zodra zich verstoringen in het elektriciteitsnet voordoen, zal de Rate of Change of Frequency (RoCoF) sterk stijgen, waardoor gemakkelijk opeenvolgende fouten en grootschalige -buiten- netgebeurtenissen kunnen ontstaan.
Eén van de kerntechnologieën vanRaster-PC's vormen (GFM).is deSynthetischSynchrone generator (VSG)-algoritme. Het lost de rotorbewegingsvergelijking van synchrone generatoren op in software en construeert synthetische rotatietraagheid via code, waardoor statische vermogenselektronische apparatuur traagheidsondersteuning kan leveren die vergelijkbaar is met conventionele stoom- of waterkrachtcentrales. Dit is ook de sleutel voor een stabiele werking van energieopslag in scenario's met zwakke elektriciteitsnetten.
I. Fundamenteel principe van VSGSynthetische traagheid
Conventionele synchrone generatoren zijn afhankelijk van de kinetische energie die is opgeslagen in massieve rotoren. Wanneer de netfrequentie daalt, geven rotoren kinetische energie vrij om snelle frequentievariatie te belemmeren; wanneer de frequentie stijgt, absorberen ze overtollig vermogen om frequentiepieken te beteugelen, waardoor ze in wezen een fysiek vliegwieleffect vormen.
VSG is niet afhankelijk van mechanische componenten. In plaats daarvan wordt de rotorbewegingsvergelijking in de PCS-controller opgelost:
J: Synthetischtraagheidsmoment(geconfigureerd door softwareparameters)
Pₘ: Synthetische mechanische vermogensreferentie
Pₑ: Werkelijk elektromagnetisch uitgangsvermogen van het PCS
D: Synthetische dempingscoëfficiënt
ω: Interne synthetische hoeksnelheid van de PCS
ωg: Gemeten rasterhoeksnelheid
Wanneer er een stroomtekort optreedt in het elektriciteitsnet en de hoeksnelheid ωg van het elektriciteitsnet afneemt, verschijnt er een ongebalanceerde vermogensterm in de vergelijking. De controller haalt onmiddellijk elektrische energie uit de energieopslagbatterij en geeft extra traagheidsvermogen afbeperk de frequentieverandering (RoCoF)en vertraagt de frequentiedaling. Omgekeerd absorbeert het PCS bij een stroomoverschot en frequentiestijging het overtollige vermogen om snelle frequentie-escalatie te onderdrukken.
II. Analyse van typische VSGSynthetische traagheidCode (MATLAB-voorbeeld)
Hieronder vindt u een typische implementatiecode voor synthetische traagheidscontrole:
|
matlab |
Definieer de synthetische traagheidstijdconstante Tᵥᵢᵣₜ , doorgaans variërend van 2 ~ 8 s, die de sterkte van de traagheidsondersteuning vertegenwoordigt;
Bereken de basishoekfrequentie ωbₐₛₑ uit de nominale frequentie en leid vervolgens het synthetische traagheidsmoment af Jᵥᵢᵣₜ ;
Bemonster de rasterfrequentie op twee opeenvolgende tijdstempels en bereken de hoekfrequentieveranderingssnelheid dω/dt (overeenkomend met RoCoF);
Bereken het extra traagheidsvermogen Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ met behulp van Jᵥᵢᵣₜ en de hoekfrequentievariatiesnelheid;
Plaats het traagheidsvermogen op de oorspronkelijke vermogensreferentie Pᵣₑf om het uiteindelijke PCS-uitgangsvermogenscommando Pᵣₑfₜₒₜₐₗ te verkrijgen.
|
Belangrijk punt:De reactiesnelheid van traagheidsvermogen wordt bepaald door de schakelfrequentie van PCS-hardware. Traditionele op silicium IGBT-gebaseerde PCS bereiken slechts een schakelfrequentie van 3~5 kHz, met regellatentie tot honderden microseconden en duidelijke fasevertraging bij synthetische traagheid. Daarentegen verhoogt GFM PCS, dat SiC-modules gebruikt, de schakelfrequentie naar het 100 kHz-niveau, waardoor de controlelatentie wordt gecomprimeerd tot ongeveer een dozijn microseconden. De traagheidsrespons komt beter overeen met echte synchrone generatoren, en de stabiliteit in zwakke netwerken is aanzienlijk verbeterd. |
III. Essentiële verschillen tussen VSGSynthetische traagheiden raster-Volgend (GFL)
|
Type |
Kernkenmerken |
Traagheidsvermogen |
Toepasselijke scenario's |
|
Raster-Volgende (GFL) PCS |
Gecontroleerde stroombron, vertrouwt op PLL om de fase van de netspanning te volgen |
Geen inheemse traagheid; slechts een beperkte synthetische hulptraagheid, gevoelig voor verlies van fasevergrendeling bij fouten |
Strong power grid, high Short-Circuit Ratio (SCR) >3 |
|
Raster-Vormen van VSG PCS |
Gecontroleerde spanningsbron, stelt autonoom spanning/frequentiereferentie vast |
Native synthetische traagheid + demping, ondersteunt onafhankelijk de frequentie, geschikt voor een zwarte start |
Zwakke net-SCR<3, high-renewable-energy bases, islanded microgrids |
Het uitgangspunt voor net-volgende converters is dat het net zelf fungeert als een starre spanningsbron. In zwakke netwerken met een grote lijnimpedantie drijft de spanning op het Point of Common Coupling (PCC) gemakkelijk, heeft de fase-{2}}vergrendelde lus de neiging stabiliteit te verliezen en wordt het effect van extra synthetische traagheid aanzienlijk verzwakt.
GFM VSG PCS is niet langer afhankelijk van een extern star raster en dient zelf als spanningsanker. Zelfs wanneer de Short{1}}Circuit Ratio (SCR) van het elektriciteitsnet daalt tot 1,5 of lager, kan deze op stabiele wijze synthetische traagheid leveren en systeemoscillatie onderdrukken.
IV. Ontwerpoverwegingen voor technische implementatie
Afstemmen vanSynthetische traagheidParameters
Tᵥᵢᵣₜ is niet beter als het groter is. Overmatig grote Jᵥᵢᵣₜ introduceert laag-oscillatie; een te kleine waarde biedt onvoldoende traagheidsondersteuning en kan de RoCoF niet beperken. In de techniekpraktijkadaptieve variabele traagheidalgemeen wordt aangenomen: verhogenJtijdens snelle frequentieschommelingen en verminderenJonder stabiele- omstandigheden om stabiliteit en dynamische respons in evenwicht te brengen.
Beperkingen van de energieopslagcapaciteit
Alle energie voor synthetische traagheid komt uit de energieopslagbatterij. Traagheidsondersteuning op korte- termijn activeert het opladen en ontladen. Tijdens het ontwerp is het noodzakelijk om het batterijvermogen en het laadstatusbereik (SOC) te verifiëren om -van- limietbeschermingsacties te voorkomen die worden veroorzaakt door frequente traagheidsreacties.
Knelpunt in hardwarebandbreedte
Hoe goed het VSG Synthetic Inertia-algoritme ook is ontworpen, het wordt beperkt door de schakelsnelheid van elektrische apparaten. Regelvertraging veroorzaakt door een lage schakelfrequentie verzwakt de traagheidsprestaties en kan zelfs subsynchrone oscillatie veroorzaken. SiC-voedingsmodules met hoge- bandbreedte vormen de hardwarebasis voor hoogwaardige- GFM-PCS.
V. Samenvatting van de industriële waarde
Wereldwijde netcodes (ENTSO-ENC RfG 2.0, UK GC0137, China's Code for Design of Electrochemical Energy Storage Station) hebben de capaciteit voor het vormen van netwerken geleidelijk opgewaardeerd van een optionele functie naar een verplichte drempel voor netinterconnectie.
VSG Synthetische traagheid in wezenrepliceert de rotortraagheid van synchrone generatoren op energieopslag-PC's via softwarealgoritmen en elektronische hardware met hoge-snelheid. In het nieuwe- energiesysteem met grootschalige -schaalintegratie van wind- en zonne-energienetwerken wordt de synthetische traagheid van het-netwerkvormende PCS de kerntechnologie om de netfrequentiestabiliteit te behouden en de veiligheid van de net-aansluitingen van nieuwe energiebases te garanderen.
