В данной статье основное внимание уделяется методам реализации виртуального синхронного генератора хранения энергии (VSG) и его важной вспомогательной роли для энергосистемы. С ростом проникновения распределенных источников энергии, таких как производство фотоэлектрической энергии, стабильность энергосистемы сталкивается с проблемами из-за их случайности и прерывистости.
Технология VSG позволяет распределенным источникам энергии проявлять характеристики, аналогичные традиционным синхронным генераторам при подключении к сети, путем моделирования механических и внешних характеристик синхронных генераторов, тем самым повышая стабильность и надежность электросети. В этой статье впервые представлены методы реализации накопителей энергии VSG с точки зрения стратегий управления и системной архитектуры. Затем в нем подробно рассматривается вспомогательная роль Energy Storage VSG для электросети с точки зрения поддержки частоты, поддержки напряжения и улучшения стабильности электросети. Наконец, были изложены сценарии применения технологии VSG.1.
1. Стратегия управления виртуальным синхронным генератором.
Основная идея управления VSG заключается в моделировании уравнения движения ротора и уравнения электромагнитных переходных процессов синхронного генератора путем управления выходным напряжением и током инвертора. Его базовая стратегия управления обычно включает в себя следующие части:
1. Моделирование уравнения угла мощности: смоделируйте уравнение движения ротора синхронного генератора, чтобы установить взаимосвязь между выходной активной мощностью и виртуальной угловой частотой.
2. Моделирование уравнения напряжения: смоделируйте уравнение возбуждения синхронного генератора, чтобы установить взаимосвязь между выходной реактивной мощностью и виртуальным внутренним потенциалом.
3. Расчет и фильтрация мощности. Чтобы точно рассчитать выходную активную и реактивную мощность инвертора, необходимо собрать выходное напряжение и ток и выполнить соответствующую фильтрацию, чтобы устранить влияние высокочастотного шума и помех в сети.
4. Замена системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ): при управлении VSG традиционная система фазовой автоподстройки частоты обычно не требуется. Виртуальная угловая частота рассчитывается напрямую по уравнению угла мощности, обеспечивая синхронизацию с энергосистемой. Это позволяет избежать возможной проблемы потери блокировки ФАПЧ в условиях слабой электросети.2.
В гибридной фотоэлектрической системе накопления энергии на базе VSG-система управления преобразователем энергии VSG обычно получает инструкции по питанию от EMS. EMS рассчитывает эталонные значения активной и реактивной мощности, которые должна обеспечивать система хранения энергии, на основе такой информации, как фотоэлектрическая мощность, потребность в нагрузке, состояние сети и SOC хранилища энергии. Контроллер VSG преобразователя накопителя энергии на основе этих опорных значений и путем моделирования характеристик синхронных генераторов управляет выходной мощностью инвертора для достижения точного регулирования мощности и инерционной поддержки электросети.3.
Кроме того, учитывая характеристики подключения к фотоэлектрической сети, необходимо также учитывать некоторые специальные стратегии управления:
Стратегия согласованного управления: как скоординировать управление между фотоэлектрическими инверторами и преобразователями накопления энергии для достижения оптимальной работы всей системы. Например, когда частота сети падает, система накопления энергии обеспечивает инерционную поддержку, быстро высвобождая активную мощность посредством управления VSG, в то время как фотоэлектрическая система может умеренно понижать точку MPPT для участия в регулировании частоты.
Управление SOC накопителя энергии. SOC аккумуляторных батарей является ключевым фактором, влияющим на долгосрочную-стабильную работу системы. Стратегии управления SOC должны быть интегрированы в управление VSG, чтобы предотвратить перезарядку или чрезмерную разрядку батареи.
Слабая адаптируемость сети. В условиях слабой сети сопротивление сети относительно велико, а напряжение и частота более склонны к колебаниям. Управление VSG необходимо оптимизировать для слабых характеристик сети, чтобы повысить запас устойчивости системы.4.
2. Архитектура системы хранения энергии VSG.
Система подключения к сети хранения энергии VSG - в основном состоит из фотоэлектрических батарей, систем хранения энергии, инверторов и блоков управления VSG.
Фотоэлектрическая решетка: отвечает за преобразование солнечной энергии в электрическую энергию постоянного тока, которая является источником энергии системы. Фотоэлектрический инвертор может использовать стратегию управления отслеживанием точки максимальной мощности (MPPT), чтобы максимизировать извлечение энергии из фотоэлектрической батареи, или участвовать в скоординированном управлении системой, когда система в этом нуждается, обеспечивая определенную поддержку.
Система накопления энергии. Обычно используются батареи или суперконденсаторы -. С помощью двунаправленного преобразователя постоянного тока - постоянного тока осуществляется накопление и высвобождение энергии для подавления выходных колебаний фотоэлектрической энергии и повышения стабильности системы. В блоке накопления энергии используется архитектура управления с двойным контуром -, основанная на двунаправленном преобразователе постоянного тока - постоянного тока. Внешний контур управления - использует стратегию управления выравниванием напряжения - для поддержания стабильности напряжения шины постоянного тока - через ПИ-регулятор со временем отклика менее или равным 5 мс. Внутренний контур управления - реализует управление развязкой тока для точного отслеживания опорного тока с использованием обратной связи по состоянию с коэффициентом пульсации тока<1.5%.
Инвертор: преобразует электрическую энергию постоянного тока в электрическую энергию переменного тока и осуществляет синхронизацию и регулирование с электросетью через блок управления VSG. В системе хранения энергии - VSG управление VSG обычно применяется к преобразователю хранения энергии - или встроенному преобразователю, поскольку система хранения энергии - имеет возможность двунаправленного потока мощности, что больше подходит для моделирования управления активной и реактивной мощностью синхронных генераторов.
Блок управления VSG: Это ядро системы. Моделируя уравнение движения ротора и уравнение управления реактивным - напряжением синхронных генераторов, он реализует регулирование частоты и напряжения электросети. Блок управления VSG также включает в себя модуль расчета и фильтрации мощности, который собирает выходное напряжение и ток и выполняет соответствующую обработку фильтрации для устранения влияния высокочастотного шума - и помех в сети.5.
3. Поддерживающая роль накопителя энергии VSG для электросети.
3.1 Поддержка частоты
Поддержка инерции. В энергосистеме традиционные синхронные генераторы играют ключевую роль в стабильности частоты системы благодаря своей инерции вращения. Когда частота сети колеблется, инерция вращения синхронных генераторов может поглощать или выделять кинетическую энергию, тем самым замедляя скорость изменения частоты. Хранение энергии VSG имитирует инерцию ротора традиционных генераторов посредством виртуальной инерции. Когда частота сети изменяется, VSG может быстро высвободить или поглотить энергию, чтобы замедлить скорость изменения частоты. Например, при внезапном падении частоты сети ВГС с виртуальной инерцией выделит энергию в соответствии с уравнением движения ротора, увеличивая выход активной мощности и подавляя дальнейшее падение частоты.
Регулирование частоты: VSG может участвовать в основном регулировании частоты электросети посредством стратегии управления падением частоты мощности -. Он настраивает мертвую зону частотной - модуляции - 2 % от номинальной мощности/0,1 Гц и использует контроль спада для достижения автоматического регулирования частоты в диапазоне ±0,5 Гц со временем отклика<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 Поддержка напряжения
Управление реактивным падением напряжения - для регулирования напряжения: VSG управляет выходным напряжением, моделируя систему возбуждения синхронных генераторов, то есть посредством характеристики падения реактивного - напряжения. Он рассчитывает значение отклонения реактивной мощности, а затем регулирует напряжение для эффективного управления напряжением системы. В электросети, когда напряжение колеблется, VSG может регулировать выходную реактивную мощность в соответствии с характеристикой падения реактивного - напряжения. Например, когда напряжение в сети падает, VSG увеличивает выходную реактивную мощность, а реактивная мощность воздействует на сеть, повышая напряжение; когда напряжение сети повышается, VSG уменьшает выходную реактивную мощность, чтобы снизить напряжение.
Динамическая реактивная поддержка в слабых сетях. В ситуациях со слабой сетью - или изолированным режимом - хранилище энергии - VSG можно использовать в качестве источника напряжения для обеспечения поддержки. В слабых участках сети - импеданс сетки относительно высок, а напряжение и частота с большей вероятностью будут колебаться. VSG может улучшить стабильность напряжения за счет реактивной компенсации. Например, в некоторых отдаленных районах со слабыми электросетями VSG может регулировать выходную реактивную мощность в режиме реального времени - в соответствии с ситуацией с напряжением в электросети, компенсируя дефицит реактивной - мощности электросети и поддерживая стабильность напряжения.7.
3.3Повышение стабильности электросети
Подавление колебаний системы: управление VSG имитирует характеристики демпфирования синхронных генераторов, что может эффективно подавлять колебания системы и улучшать динамические характеристики реакции системы. В энергосистеме с высокой долей возобновляемых источников энергии из-за отсутствия демпфирования силовых электронных устройств система склонна к колебаниям мощности при определенных возмущениях. VSG может ввести виртуальное демпфирование посредством алгоритмов управления. Когда в системе наблюдаются колебания мощности или колебания, виртуальное демпфирование будет играть роль в подавлении колебаний и быстром возвращении системы в стабильное состояние.
Расширение возможностей - преодоления - неисправности: технология VSG может улучшить - преодоление - неисправности за счет возможностей систем хранения энергии -. Когда напряжение в сети временно падает, VSG может помочь восстановить энергосистему за счет реактивной поддержки. Например, в случае низкого напряжения - напряжения - через (LVRT), VSG может регулировать выходную реактивную мощность в соответствии с ситуацией падения напряжения, обеспечивать реактивную компенсацию для электросети и помогать электросети быстро восстанавливать стабильность напряжения, избегая отключения системы хранения энергии - во время сбоев в сети и улучшая стабильность и надежность электросети.
Плавное переключение между режимом подключения к сети - и островным режимом -: хранилище энергии - VSG поддерживает плавное переключение между режимом подключения к сети - и островным режимом -. В микросетях - днем фотоэлектрическая генерация энергии может работать в режиме PQ, а ночью или в островном режиме - ее можно переключить в режим VSG для поддержания стабильности микросети -. Эта возможность плавного переключения - обеспечивает непрерывное электропитание ключевых нагрузок (таких как больницы, центры обработки данных) и повышает надежность и гибкость энергосистемы.8.
4. Сценарии применения
Сценарии с большим-доступом к новой энергии. В результате крупномасштабной-интеграции новых источников энергии инерция и способность короткого замыкания-энергетической сети снизились, а стабильность частоты и напряжения сталкивается с проблемами. В этом сценарии значительную прикладную ценность имеют как виртуальные синхронные генераторы, так и-сетевые накопители энергии. Они могут обеспечить необходимую инерционную и демпфирующую поддержку для систем производства новой энергии, повысить стабильность и надежность энергосистемы, увеличить способность размещения новой энергии и обеспечить безопасную и стабильную работу энергосистем с высокой долей новой энергии.
Сценарий микросети. В сценарии микросети, независимо от того, работает ли она-с подключением к сети или работает вне-сети, требуется стабильный и надежный источник питания для поддержания стабильности напряжения и частоты системы. Система накопления энергии, управляемая виртуальными синхронными генераторами, может обеспечить стабильное энергообеспечение микросетей так же, как традиционные дизель-генераторы, обеспечивая плавное переключение и независимую работу микросетей. Сетевое хранилище-энергии, основанное на технологии виртуального синхронного генератора, может служить основным источником питания микросетей, создавать и поддерживать стабильную работу микросетей, а также повышать надежность электроснабжения и качество электроэнергии микросетей.
Вспомогательные службы-со стороны сети. Сетевое-структурированное хранилище энергии участвует во вспомогательных службах, таких как регулирование частоты и напряжения, а также обеспечивает реакцию инерции и динамическую поддержку с помощью технологии VSG.
Слабые электросети и отдаленные районы. В районах со слабой электросетью или в отдаленных регионах сетевое-структурированное хранилище энергии обеспечивает мощность короткого-короткого замыкания и поддержку напряжения с помощью технологии VSG, что снижает зависимость от дизельных генераторов.9.
1.CSDN, технология виртуального синхронного генератора хранения энергии.
2.CSDN, фотоэлектрическая гибридная система хранения энергии,-подключаемая к сети, на основе виртуального синхронного генератора с моделированием Simulink.
3. Ли Юнли, Ли И. Распределение мощности и метод виртуального инерционного управления фотоэлектрическими гибридными системами хранения энергии на основе виртуальных синхронных генераторов. CN202211422434.1 [20 апреля 2025 г.].
4. Дай Цзяоян, электротехника. Исследование стратегии распределения мощности и стабильности гибридной виртуальной синхронной генераторной системы хранения энергии [D] Хуачжунский университет науки и технологий [20 апреля 2025 г.].
5.CSDN, Виртуальная синхронизация сети VSG-подключенной активной и реактивной мощности в результате исследования по хранению фотоэлектрической энергии (реализованного посредством моделирования Simulink).
6.Национальная-национальная платформа обмена научными исследованиями и технологической информацией, улучшающая стратегию управления фотоэлектрическими накопителями VSG при несбалансированном сетевом напряжении.
7.VIP-информация, устройство для генерации статической реактивной мощности типа накопления энергии и само-автоматическое управление синхронным источником напряжения.
8.NSTL, Виртуальный синхронный генератор, адаптивное управление электростанцией хранения энергии на основе физических ограничений.
9.CSDN, Взаимосвязь между виртуальными синхронными генераторами и сетевым-хранилищем энергии.
