ความเฉื่อยสังเคราะห์ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสสังเคราะห์ (VSG) สำหรับระบบกริด-การขึ้นรูประบบการแปลงกำลัง (PCS)

ด้วยการแทรกซึมของพลังงานลมและแสงอาทิตย์ที่เพิ่มขึ้น และการรื้อถอนหน่วยซิงโครนัสแบบดั้งเดิมอย่างต่อเนื่อง ระบบไฟฟ้ากำลังเข้าสู่กยุคความเฉื่อยต่ำ-. ระบบแปลงกำลัง (PCS) สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์และกักเก็บพลังงาน ซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ใช้อินเวอร์เตอร์- ไม่มีโรเตอร์ที่หมุนได้และไม่มีความเฉื่อยในการหมุนตามธรรมชาติ เมื่อการรบกวนของระบบส่งไฟฟ้าเกิดขึ้น อัตราการเปลี่ยนแปลงความถี่ (RoCoF) จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดข้อผิดพลาดแบบเรียงซ้อนและเหตุการณ์-สเกลนอก-กริดขนาดใหญ่ได้อย่างง่ายดาย

หนึ่งในเทคโนโลยีหลักของกริด-การขึ้นรูป (GFM) PCSคือสังเคราะห์อัลกอริธึมตัวสร้างซิงโครนัส (VSG). ช่วยแก้สมการการเคลื่อนที่ของโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสในซอฟต์แวร์ และสร้างแรงเฉื่อยในการหมุนแบบสังเคราะห์ผ่านโค้ด ช่วยให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังแบบคงที่สามารถรองรับแรงเฉื่อยได้คล้ายกับหน่วยผลิตไอน้ำหรือไฟฟ้าพลังน้ำทั่วไป นี่ยังเป็นกุญแจสำคัญสำหรับการดำเนินงานที่มีเสถียรภาพของการจัดเก็บพลังงานในสถานการณ์กริดที่อ่อนแอ

I. หลักการพื้นฐานของ VSGความเฉื่อยสังเคราะห์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสแบบทั่วไปอาศัยพลังงานจลน์ที่เก็บไว้ในโรเตอร์ขนาดใหญ่ เมื่อความถี่กริดลดลง โรเตอร์จะปล่อยพลังงานจลน์เพื่อขัดขวางการเปลี่ยนแปลงความถี่อย่างรวดเร็ว เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น มันจะดูดซับพลังงานส่วนเกินเพื่อลดความถี่ที่เพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้เกิดเอฟเฟกต์แบบมู่เล่ทางกายภาพ

VSG ไม่ได้ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบทางกล แต่จะแก้สมการการเคลื่อนที่ของโรเตอร์ภายในตัวควบคุม PCS แทน:

J: สังเคราะห์ช่วงเวลาแห่งความเฉื่อย(กำหนดค่าโดยพารามิเตอร์ซอฟต์แวร์)

Pₘ: การอ้างอิงกำลังทางกลสังเคราะห์

Pₑ: กำลังไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้าที่แท้จริงของ PCS

D: สัมประสิทธิ์การหน่วงแบบสังเคราะห์

ω: ความเร็วเชิงมุมสังเคราะห์ภายในของ PCS

ωg: วัดความเร็วเชิงมุมของตาราง

เมื่อการขาดแคลนพลังงานเกิดขึ้นในโครงข่ายไฟฟ้าและความเร็วเชิงมุมของโครงข่ายไฟฟ้า ωg ลดลง เงื่อนไขกำลังไฟฟ้าที่ไม่สมดุลจะปรากฏในสมการ ตัวควบคุมจะดึงพลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่เก็บพลังงานทันที และส่งออกพลังงานความเฉื่อยพิเศษออกไปจำกัดอัตราการเปลี่ยนแปลงความถี่ (RoCoF)และชะลอความถี่ที่ลดลง ในทางกลับกัน ในกรณีที่พลังงานส่วนเกินและความถี่เพิ่มขึ้น PCS จะดูดซับพลังงานส่วนเกินเพื่อระงับการเพิ่มความถี่อย่างรวดเร็ว

ครั้งที่สอง การวิเคราะห์ VSG ทั่วไปความเฉื่อยสังเคราะห์รหัส (ตัวอย่าง MATLAB)

ด้านล่างนี้คือโค้ดการใช้งานทั่วไปสำหรับการควบคุมความเฉื่อยสังเคราะห์:

กำหนดค่าคงที่เวลาความเฉื่อยสังเคราะห์ Tᵥᵢᵣₜ โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 2~8 วินาที ซึ่งแสดงถึงความแข็งแกร่งของการสนับสนุนความเฉื่อย

คำนวณความถี่เชิงมุมฐาน ​​​​​​​​​​​​​ωbₐₛₑ จากความถี่ที่กำหนด จากนั้นหาโมเมนต์ความเฉื่อยสังเคราะห์ Jᵥᵢᵣₜ ;

ตัวอย่างความถี่ตารางที่ประทับเวลาสองครั้งติดต่อกัน และคำนวณอัตราการเปลี่ยนแปลงความถี่เชิงมุม dω/dt (สอดคล้องกับ RoCoF)

คำนวณกำลังความเฉื่อยเพิ่มเติม Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ โดยใช้ Jᵥᵢᵣₜ และอัตราการแปรผันของความถี่เชิงมุม

วางกำลังแรงเฉื่อยบนการอ้างอิงกำลังดั้งเดิม Pᵣₑf เพื่อรับคำสั่งกำลังเอาท์พุต PCS สุดท้าย Pᵣₑfₜₒₜₐₗ

ที่สาม ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง VSGความเฉื่อยสังเคราะห์และตาราง-ต่อไปนี้ (GFL)

หลักฐานสำหรับกริด-ตัวแปลงต่อไปนี้คือตัวกริดเองทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่เข้มงวด ในกริดอ่อนที่มีอิมพีแดนซ์เส้นขนาดใหญ่ แรงดันไฟฟ้าที่จุดเชื่อมต่อร่วม (PCC) จะเคลื่อนตัวได้ง่าย เฟส-ล็อกลูปมีแนวโน้มที่จะสูญเสียเสถียรภาพ และผลของความเฉื่อยสังเคราะห์เพิ่มเติมจะอ่อนลงอย่างมาก

GFM VSG PCS ไม่ต้องพึ่งพาโครงข่ายแบบแข็งภายนอกอีกต่อไป และทำหน้าที่เป็นจุดยึดแรงดันไฟฟ้า แม้ว่ากริด Short-อัตราส่วนวงจร (SCR) จะลดลงเหลือ 1.5 หรือต่ำกว่า แต่ก็สามารถส่งสัญญาณความเฉื่อยสังเคราะห์ได้อย่างเสถียรและระงับการสั่นของระบบ

IV. ข้อควรพิจารณาในการออกแบบเพื่อการใช้งานทางวิศวกรรม

การปรับแต่งของความเฉื่อยสังเคราะห์พารามิเตอร์

Tᵥᵢᵣₜ จะไม่ดีกว่าเมื่อมีขนาดใหญ่ขึ้น Jᵥᵢᵣₜ ที่มีขนาดใหญ่เกินไปทำให้เกิดการสั่นของความถี่ต่ำ- ค่าที่น้อยเกินไปจะให้การสนับสนุนความเฉื่อยไม่เพียงพอ และไม่สามารถยับยั้ง RoCoF ได้ ในการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรมความเฉื่อยตัวแปรแบบปรับตัวเป็นที่ยอมรับกันทั่วไป: เพิ่มขึ้นJในช่วงความถี่ที่ผันผวนอย่างรวดเร็วและลดJภายใต้สภาวะคงที่-เพื่อสร้างสมดุลระหว่างเสถียรภาพและการตอบสนองแบบไดนามิก

ข้อจำกัดด้านความจุในการจัดเก็บพลังงาน
พลังงานทั้งหมดสำหรับแรงเฉื่อยสังเคราะห์มาจากแบตเตอรี่เก็บพลังงาน การรองรับแรงเฉื่อยระยะสั้น-จะกระตุ้นการชาร์จและการคายประจุ ในระหว่างการออกแบบ จำเป็นต้องตรวจสอบพลังงานแบตเตอรี่และช่วงสถานะการชาร์จ (SOC) เพื่อป้องกันการดำเนินการป้องกันนอก-ของ-ขีดจำกัดที่เกิดจากการตอบสนองของแรงเฉื่อยบ่อยครั้ง

คอขวดแบนด์วิธของฮาร์ดแวร์
ไม่ว่าอัลกอริธึมความเฉื่อยสังเคราะห์ VSG จะได้รับการออกแบบมาดีเพียงใด ก็จะถูกจำกัดด้วยความเร็วในการสลับของอุปกรณ์กำลัง ความล่าช้าในการควบคุมที่เกิดจากความถี่สวิตชิ่งต่ำจะทำให้ประสิทธิภาพความเฉื่อยลดลง และอาจก่อให้เกิดการสั่นแบบซับซิงโครนัสด้วยซ้ำ โมดูลพลังงาน SiC แบนด์วิธสูง-เป็นรากฐานด้านฮาร์ดแวร์สำหรับ GFM PCS ที่มีประสิทธิภาพสูง

V. สรุปมูลค่าอุตสาหกรรม

รหัสกริดทั่วโลก (ENTSO-E NC RfG 2.0, UK GC0137, รหัสของจีนสำหรับการออกแบบสถานีเก็บพลังงานเคมีไฟฟ้า) ได้ค่อยๆ อัปเกรด-ความสามารถในการขึ้นรูปกริดจากฟังก์ชันเสริมไปเป็นเกณฑ์การเชื่อมต่อโครงข่ายบังคับ

VSG ความเฉื่อยสังเคราะห์เป็นหลักจำลองความเฉื่อยของโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสบน PCS ที่เก็บพลังงานผ่านอัลกอริธึมซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์อิเล็กทรอนิกส์กำลังความเร็วสูง-. ในระบบไฟฟ้าประเภท-ใหม่ที่มีการบูรณาการ-พลังงานลมขนาดใหญ่และโครงข่ายแสงอาทิตย์ ความเฉื่อยสังเคราะห์ของกริด-ที่ก่อตัวเป็น PCS กำลังกลายเป็นเทคโนโลยีหลักในการรักษาเสถียรภาพความถี่ของโครงข่ายและรับประกันความปลอดภัยในการเชื่อมต่อโครงข่าย-ของฐานพลังงานใหม่