Tento článek se zaměřuje na způsoby implementace virtuálního synchronního generátoru pro ukládání energie (VSG) a jeho významnou podpůrnou roli pro rozvodnou síť. S rostoucí penetrací distribuovaných zdrojů energie, jako je výroba fotovoltaické energie, čelí stabilita elektrické sítě výzvám kvůli jejich náhodnosti a přerušovanosti.
Technologie VSG umožňuje distribuovaným zdrojům energie při připojení k síti vykazovat vlastnosti podobné tradičním synchronním generátorům simulací mechanických a vnějších charakteristik synchronních generátorů, čímž se zvyšuje stabilita a spolehlivost elektrické sítě. Tento článek nejprve představuje metody implementace Energy Storage VSG z hlediska řídicích strategií a architektur systému. Dále rozvádí podpůrnou roli Energy Storage VSG pro rozvodnou síť z hlediska frekvenční podpory, napěťové podpory a zlepšení stability rozvodné sítě. Nakonec byly vysvětleny aplikační scénáře technologie VSG1.
1.Strategie řízení pro virtuální synchronní generátor
Základní myšlenkou řízení VSG je simulovat pohybovou rovnici rotoru a elektromagnetickou přechodovou rovnici synchronního generátoru řízením výstupního napětí a proudu invertoru. Jeho základní kontrolní strategie obvykle zahrnuje následující části:
1. Simulace úhlové rovnice výkonu: Simulujte pohybovou rovnici rotoru synchronního generátoru pro stanovení vztahu mezi výstupním činným výkonem a virtuální úhlovou frekvencí.
2.Simulace napěťové rovnice: Simulujte rovnici buzení synchronního generátoru pro stanovení vztahu mezi výstupním jalovým výkonem a virtuálním vnitřním potenciálem.
3. Výpočet výkonu a filtrování: Pro přesný výpočet činného a jalového výkonu střídače je nutné shromáždit výstupní napětí a proud a provést odpovídající filtrační zpracování, aby se eliminoval vliv vysokofrekvenčního šumu a rušení sítě.
4. Náhrada s fázovou smyčkou (PLL): V řízení VSG se tradiční smyčka fázového závěsu obvykle nevyžaduje. Virtuální úhlová frekvence je přímo vypočítána rovnicí power Angle, čímž se dosáhne synchronizace s elektrickou sítí. Tím se zabrání možnému problému ztráty zámku PLL za podmínek slabé elektrické sítě2.
Ve fotovoltaickém hybridním systému ukládání energie založeném na VSG{0}} obvykle přijímá řídicí jednotka VSG měniče ukládání energie pokyny k napájení od EMS. EMS vypočítává referenční hodnoty činného a jalového výkonu, které musí systém skladování energie poskytnout, na základě informací, jako je fotovoltaický výkon, požadavek na zatížení, stav sítě a úložiště energie SOC. Regulátor VSG měniče akumulace energie na základě těchto referenčních hodnot a simulací charakteristik synchronních generátorů řídí výstup střídače pro dosažení přesné regulace výkonu a inerciální podpory pro rozvodnou síť.3.
Kromě toho je s ohledem na vlastnosti připojení fotovoltaické sítě nutné zvážit také některé speciální strategie řízení:
Strategie koordinovaného řízení: Jak koordinovat řízení mezi fotovoltaickými střídači a konvertory pro ukládání energie pro dosažení optimálního provozu celého systému. Například, když frekvence sítě klesne, systém akumulace energie poskytuje inerciální podporu rychlým uvolněním činného výkonu prostřednictvím řízení VSG, zatímco fotovoltaický systém může mírně snížit bod MPPT, aby se mohl podílet na regulaci frekvence.
Správa SOC pro ukládání energie: SOC baterií pro ukládání energie je klíčovým faktorem ovlivňujícím-dlouhodobě stabilní provoz systému. Strategie řízení SOC musí být integrovány do řízení VSG, aby se zabránilo přebíjení nebo nadměrnému vybíjení baterie.
Slabá adaptabilita sítě: Za slabých podmínek sítě je impedance sítě relativně vysoká a napětí a frekvence jsou náchylnější ke kolísání. Řízení VSG je třeba optimalizovat pro slabé charakteristiky sítě, aby se zvýšila rezerva stability systému4.
2.Systémová architektura skladování energie VSG
Systém připojení k síti VSG pro ukládání energie - se skládá hlavně z fotovoltaických polí, systémů pro ukládání energie, střídačů a řídicích jednotek VSG.
Fotovoltaické pole: Je zodpovědné za přeměnu sluneční energie na stejnosměrnou elektrickou energii, která je zdrojem energie systému. Fotovoltaický střídač může přijmout strategii řízení Maximum Power Point Tracking (MPPT) pro maximalizaci odběru energie z fotovoltaického pole nebo se podílet na koordinovaném řízení systému, když to systém potřebuje, a poskytnout tak určitou podporu.
Systém ukládání energie: Obvykle se používají baterie nebo super kondenzátory -. Prostřednictvím obousměrného DC - DC měniče je realizováno ukládání a uvolňování energie, aby se potlačily výstupní kolísání fotovoltaické energie a zlepšila se stabilita systému. Jednotka pro ukládání energie využívá řídicí architekturu se dvěma smyčkami - založenou na obousměrném DC - DC měniči. Řízení vnější smyčky - využívá strategii řízení vyrovnávání napětí - k udržení stability napětí stejnosměrné sběrnice - prostřednictvím PI regulátoru s dobou odezvy menší nebo rovnou 5 ms. Vnitřní řízení smyčky - implementuje řízení oddělení proudu pro přesné sledování referenčního proudu pomocí stavové zpětné vazby s koeficientem zvlnění proudu<1.5%.
Invertor: Převádí stejnosměrnou elektrickou energii na střídavou elektrickou energii a realizuje synchronizaci a regulaci s rozvodnou sítí prostřednictvím řídicí jednotky VSG. V systému úložiště energie - VSG je řízení VSG obvykle aplikováno na převodník úložiště energie - nebo integrovaný převodník, protože systém úložiště energie - má schopnost obousměrného toku energie, což je vhodnější pro simulaci řízení činného a jalového výkonu synchronních generátorů.
Řídicí jednotka VSG: Je jádrem systému. Simulací rovnice pohybu rotoru a rovnice řízení reaktivního - napětí synchronních generátorů realizuje regulaci frekvence a napětí elektrické sítě. Řídicí jednotka VSG obsahuje také modul pro výpočet a filtraci výkonu, který shromažďuje výstupní napětí a proud a provádí odpovídající filtrační zpracování, aby se eliminoval vliv vysokofrekvenčního šumu a rušení sítě -5.
3.Podpůrná role Energy Storage VSG pro Power Grid
3.1 Frekvenční podpora
Podpora setrvačnosti: V energetickém systému hrají tradiční synchronní generátory klíčovou roli ve stabilitě frekvence systému díky své rotační setrvačnosti. Když frekvence sítě kolísá, rotační setrvačnost synchronních generátorů může absorbovat nebo uvolňovat kinetickou energii, čímž se zpomaluje rychlost změny frekvence. Akumulace energie VSG simuluje setrvačnost rotoru tradičních generátorů prostřednictvím virtuální setrvačnosti. Když se frekvence sítě změní, VSG může rychle uvolnit nebo absorbovat energii, aby zpomalila rychlost změny frekvence. Například, když frekvence sítě náhle poklesne, VSG s virtuální setrvačností uvolní energii podle rovnice pohybu rotoru, čímž zvýší výstup činného výkonu a potlačí další pokles frekvence.
Regulace frekvence: VSG se může podílet na primární regulaci frekvence elektrické sítě prostřednictvím strategie řízení poklesu frekvence -. Konfiguruje frekvenční - mrtvou zónu modulace - 2 % jmenovitého výkonu/0,1 Hz a používá řízení poklesu k dosažení automatické regulace frekvence v rozsahu ±0,5 Hz s dobou odezvy<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 Podpora napětí
Řízení poklesu reaktivního - napětí pro regulaci napětí: VSG řídí výstupní napětí simulací systému buzení synchronních generátorů, to znamená prostřednictvím charakteristiky poklesu reaktivního - napětí. Vypočítává hodnotu odchylky jalového výkonu a poté upravuje napětí tak, aby bylo dosaženo efektivní regulace napětí systému. V rozvodné síti, když napětí kolísá, může VSG upravit výstupní jalový výkon podle charakteristiky poklesu jalového napětí -. Například, když síťové napětí klesne, VSG zvýší výstup jalového výkonu a jalový výkon bude působit na síť, aby zvýšil napětí; když se napětí sítě zvýší, VSG sníží výstup jalového výkonu, aby se snížilo napětí.
Dynamická reaktivní podpora ve slabých sítích: V situacích slabého režimu - sítě nebo ostrovního - režimu lze úložiště energie - VSG použít jako zdroj napětí k poskytování podpory. Ve slabých - oblastech sítě je impedance sítě relativně vysoká a napětí a frekvence pravděpodobněji kolísají. VSG může zlepšit stabilitu napětí poskytnutím reaktivní kompenzace. Například v některých odlehlých oblastech se slabými rozvodnými sítěmi může VSG upravit výstupní jalový výkon v reálném - čase podle napěťové situace v rozvodné síti, kompenzovat tak nedostatek jalového - výkonu rozvodné sítě a udržovat stabilitu napětí7.
3.3 Zlepšení stability energetické sítě
Potlačení oscilace systému: Řízení VSG simuluje charakteristiky tlumení synchronních generátorů, které mohou účinně potlačit oscilace systému a zlepšit výkon dynamické odezvy systému. V energetickém systému s vysokým podílem obnovitelných zdrojů energie je systém kvůli chybějícímu tlumení výkonových elektronických zařízení náchylný k oscilacím výkonu při určitých poruchách. VSG může zavést virtuální tlumení pomocí řídicích algoritmů. Když má systém kolísání nebo oscilace výkonu, virtuální tlumení bude hrát roli v potlačení oscilací a rychlém návratu systému do stabilního stavu.
Vylepšení - procházení - schopností: Technologie VSG může zlepšit - jízdu - prostřednictvím schopností úložných systémů energie -. Když síťové napětí dočasně klesne, VSG může pomoci energetické síti zotavit se prostřednictvím reaktivní podpory. Například v případě nízkého -napěťového průchodu - (LVRT) může VSG upravit výstupní jalový výkon podle situace poklesu napětí, poskytnout jalovou kompenzaci pro rozvodnou síť a pomoci rozvodné síti rychle obnovit stabilitu napětí, čímž se zabrání odpojení systému ukládání energie - při poruchách rozvodné sítě a zlepší se stabilita a spolehlivost rozvodné sítě.
Bezproblémové přepínání mezi síťovým - připojeným a ostrovním - režimem: Úložiště energie - VSG podporuje plynulé přepínání mezi síťovým - připojeným a ostrovním - režimem. V mikro - sítích může přes den fungovat výroba fotovoltaické energie v režimu PQ a v noci nebo v ostrovním - režimu ji lze přepnout do režimu VSG, aby byla zachována stabilita mikro - sítě. Tato bezproblémová - schopnost přepínání zajišťuje nepřetržité napájení klíčových zátěží (jako jsou nemocnice, datová centra) a zlepšuje spolehlivost a flexibilitu napájecího systému8.
4.Scénáře aplikací
Scénáře vysokého-poměru nového přístupu k energii: S rozsáhlou-integrací nové energie se setrvačnost a zkratová{2}}kapacita elektrické sítě snížila a stabilita frekvence a napětí čelí problémům. Jak virtuální synchronní generátory, tak síťová-strukturovaná úložiště energie mají v tomto scénáři významnou aplikační hodnotu. Mohou poskytnout nezbytnou inerciální a tlumící podporu pro nové energetické systémy výroby energie, zvýšit stabilitu a spolehlivost elektrické sítě, zvýšit kapacitu pro přijetí nové energie a zajistit bezpečný a stabilní provoz energetických systémů s vysokým podílem nové energie.
Scénář mikrosítě: Ve scénáři mikrosítě, ať už jde o provoz -připojený k síti, nebo provoz mimo{1}}síť, je k udržení stability napětí a frekvence systému vyžadován stabilní a spolehlivý zdroj napájení. Systém ukládání energie řízený virtuálními synchronními generátory může poskytovat stabilní podporu napájení pro mikrosítě stejně jako tradiční dieselové generátory, čímž je dosaženo hladkého spínání a nezávislého provozu mikrosítí. Úložiště energie vytvářející mřížku, založené na technologii virtuálních synchronních generátorů, může sloužit jako hlavní zdroj energie mikrosítí, vytvářet a podporovat stabilní provoz mikrosítí a zvyšovat spolehlivost napájení a kvalitu napájení mikrosítí.
Pomocné služby-na straně sítě: Strukturované úložiště energie{1}}sítě se účastní pomocných služeb, jako je regulace frekvence a regulace napětí, a poskytuje odezvu setrvačnosti a dynamickou podporu prostřednictvím technologie VSG.
Slabé rozvodné sítě a odlehlé oblasti: V oblastech se slabou silou rozvodné sítě nebo ve vzdálených oblastech poskytuje síťová-strukturovaná úložiště energie zkratovou-podporu kapacity a napětí prostřednictvím technologie VSG, čímž se snižuje závislost na dieselových generátorech9.
1.CSDN, technologie virtuálního synchronního generátoru pro ukládání energie.
2.CSDN, síť-propojený fotovoltaický hybridní systém skladování energie založený na virtuálním synchronním generátoru se simulací Simulink.
3.Li Yongli, Li Yi. Distribuce energie a metoda řízení virtuální setrvačnosti pro fotovoltaické hybridní systémy skladování energie založené na virtuálních synchronních generátorech. CN202211422434.1 [20.04.2025].
4.Dai Jiaoyang, elektrotechnika. Výzkum strategie distribuce energie a stability hybridního systému skladování energie virtuálního synchronního generátoru [D] Huazhong University of Science and Technology [2025-04-20].
5.CSDN, virtuální synchronizační síť VSG-propojila aktivní a jalový výkon po výzkumu skladování fotovoltaické energie (implementováno prostřednictvím simulace Simulink).
6.Národní špičková-výměnná platforma pro vědecké výzkumy a technologické informace, zlepšující strategii řízení fotovoltaických úložišť VSG při nevyváženém síťovém napětí.
7.VIP informace, zařízení pro ukládání energie typu statického jalového výkonu a jeho vlastní-synchronní řízení zdroje napětí.
8.NSTL, Virtuální synchronní generátor Adaptivní řízení energetické akumulační elektrárny na základě fyzických omezení.
9.CSDN, Vztah mezi virtuálními synchronními generátory a mřížkovým-strukturovaným úložištěm energie.
