Með aukinni skarpskyggni nýrrar orku frá vindi og sól og stöðugri niðurlagningu hefðbundinna samstilltra eininga eru raforkukerfi að fara inn ílágt-tregðutímabil. Kraftumbreytingarkerfi (PCS) fyrir ljósvökva og orkugeymslu, sem inverter-afl rafeindatæki, hafa enga snúnings snúninga og hafa enga náttúrulega snúningstregðu. Þegar truflun á rafmagnsneti hefur átt sér stað mun tíðnibreytingartíðni (RoCoF) aukast verulega, sem veldur auðveldlega rásbilunum og stórum-afstærðum-netatburðum.
Ein af kjarnatækni íGrid-Forming (GFM) PCSerTilbúiðSynchronous Generator (VSG) reiknirit. Það leysir hreyfijöfnu snúnings samstilltra rafala í hugbúnaði og smíðar tilbúna snúningstregðu með kóða, sem gerir rafeindabúnaði fyrir kyrrstöðuafl kleift að veita tregðustuðning svipað og hefðbundnar gufu- eða vatnsaflsframleiðslueiningar. Þetta er einnig lykillinn að stöðugum rekstri orkubirgða í veikburða netkerfi.
I. Grundvallarregla VSGSyntetísk tregða
Hefðbundnir samstilltir rafala treysta á hreyfiorkuna sem geymd er í stórum snúningum. Þegar risttíðni lækkar losa snúningur hreyfiorku til að hindra hraða tíðnibreytingu; þegar tíðnin eykst, gleypa þeir umframafl til að hefta tíðnistoppa, sem mynda í raun líkamleg svifhjólsáhrif.
VSG er ekki háð vélrænum íhlutum. Þess í stað leysir það hreyfijöfnu númersins inni í PCS stjórnandanum:
J: Tilbúiðtregðu augnablik(stillt af hugbúnaðarbreytum)
Pₘ: Tilbúið vélræn aflviðmiðun
Pₑ: Raunveruleg rafsegulorkuframleiðsla PCS
D: Syntetískur dempunarstuðull
ω: Innri tilbúinn hornhraði PCS
ωg: Mældur hornhraði nets
Þegar aflskortur verður í raforkukerfinu og hornhraði nets ωg minnkar, kemur ójafnvægi aflhugtaks fram í jöfnunni. Stýringin dregur strax raforku úr orkugeymslurafhlöðunni og gefur frá sér aukið tregðuafl tiltakmarka hraða breytinga á tíðni (RoCoF)og hægja á tíðnifalli. Aftur á móti, ef um er að ræða afgangsafgang og tíðnihækkun, gleypir PCS umframafl til að bæla niður hraða tíðnihækkun.
II. Greining á dæmigerðum VSGSyntetísk tregðaKóði (MATLAB dæmi)
Hér að neðan er dæmigerður útfærslukóði fyrir tilbúið tregðustjórnun:
|
matlab |
Skilgreindu tilbúna tregðu tímafastann Tᵥᵢᵣₜ, venjulega á bilinu 2~8 s, sem táknar styrk tregðustuðnings;
Reiknaðu grunnhyrndartíðninaωbₐₛₑ út frá máltíðninni og dragið síðan tilbúna tregðustundinaJᵥᵢᵣₜ ;
Taktu sýnishorn af risttíðni við tvo tímastimpla í röð og reiknaðu horntíðnibreytingarhraðann dω/dt (samsvarar RoCoF);
Reiknaðu viðbótartregðuaflið Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ með því að nota Jᵥᵢᵣₜ og horntíðnibreytingarhraða;
Leggðu tregðuaflið ofan á upprunalegu aflviðmiðunina Pᵣₑf til að fá endanlega PCS úttaksaflskipunina Pᵣₑfₜₒₜₐₗ .
|
Lykilatriði:Viðbragðshraði tregðuaflsins er ákvarðaður af skiptitíðni PCS vélbúnaðar. Hefðbundin kísil IGBT-undirstaða PCS nær aðeins 3~5 kHz skiptitíðni, með stjórnunartíma allt að hundruðum míkrósekúndna og augljósri fasatöf í tilbúnu tregðu. Aftur á móti eykur GFM PCS, sem tekur upp SiC einingar, skiptitíðnina upp í 100 kHz stigið og þjappar stjórnleynd niður í um tugi míkrósekúndna. Tregðuviðbrögð þess passa betur við raunverulega samstillta rafala og stöðugleiki í veikburða ristum er verulega bættur. |
III. Mikilvægur munur á VSGSyntetísk tregðaog Grid-Fylging (GFL)
|
Tegund |
Kjarna einkenni |
Tregðugeta |
Viðeigandi sviðsmyndir |
|
Grid-Eftir (GFL) PCS |
Stýrður straumgjafi, treystir á PLL til að rekja netspennufasa |
Engin innfædd tregða; aðeins takmörkuð hjálpartregðu, tilhneigingu til taps á fasalæsingu vegna bilana |
Strong power grid, high Short-Circuit Ratio (SCR) >3 |
|
Grid-Mynda VSG PCS |
Stýrður spennugjafi, setur sjálfkrafa spennu/tíðniviðmiðun |
Native Synthetic tregðu + dempun, styður sjálfstætt tíðni, fær um svarta byrjun |
Veikt rist SCR<3, high-renewable-energy bases, islanded microgrids |
Forsenda þess að straumbreytir-elti eftir breytum er að ristið sjálft virki sem stífur spennugjafi. Í veikum ristum með stóra línuviðnám, svífur spenna við Point of Common Coupling (PCC) auðveldlega, fasa-læst lykkjan hefur tilhneigingu til að missa stöðugleika og áhrif viðbótar Synthetic tregðu eru mjög veik.
GFM VSG PCS er ekki lengur háð ytri stífu rist og þjónar sjálft sem spennufestingu. Jafnvel þegar stutthringrásarhlutfallið (SCR) fer niður í 1,5 eða lægra getur það stöðugt gefið út tilbúið tregðu og bælt kerfissveiflu.
IV. Hönnunarsjónarmið við framkvæmd verkfræði
Stilling áSyntetísk tregðaFæribreytur
Tᵥᵢᵣₜ er ekki betra þegar það er stærra. Of stór Jᵥᵢᵣₜ kynnir lágt-sveiflu; of lítið gildi veitir ófullnægjandi tregðustuðning og nær ekki að hemja RoCoF. Í verkfræðistörfum,aðlögunarbreytileg tregðaer almennt samþykkt: hækkunJvið hraðar tíðnisveiflur og draga úrJvið stöðugar-aðstæður til að koma jafnvægi á stöðugleika og kraftmikla svörun.
Takmarkanir á orkugeymslugetu
Öll orka fyrir tilbúið tregðu kemur frá orkugeymslu rafhlöðunni. Skammtíma-tregðustuðningur kveikir á hleðslu og afhleðslu. Við hönnun er nauðsynlegt að staðfesta rafhlöðuorku og hleðsluástand (SOC) til að koma í veg fyrir að verndaraðgerðir séu utan-takmarka af völdum tíðra tregðuviðbragða.
Bandbreidd flöskuháls á vélbúnaði
Sama hversu vel VSG Synthetic tregðualgrímið er hannað, það er takmarkað af skiptihraða afltækja. Stýringartöf innleidd af lágri skiptitíðni dregur úr tregðuafköstum og getur jafnvel valdið ósamstilltri sveiflu. Mikil-bandbreiddar SiC-afleiningar mynda grunninn fyrir há-afköst GFM PCS.
V. Yfirlit yfir iðnaðarverðmæti
Netkóðar um allan heim (ENTSO-E NC RfG 2.0, Bretlandi GC0137, Kínakóði fyrir hönnun rafefnaorkugeymslustöðvar) hafa smám saman uppfært kerfis-myndunargetu úr valkvæðri aðgerð í lögboðinn nettengingarþröskuld.
VSG Syntetísk tregða í meginatriðumendurtekur snúningstregðu samstilltra rafala á orkugeymslu PCS með hugbúnaðaralgrími og háhraða rafeindabúnaði. Í hinu nýja-orkukerfi með stórum-samþættingu vind- og sólarnets, er tilbúið tregða nets-myndandi PCS að verða kjarnatæknin til að viðhalda tíðnistöðugleika netsins og tryggja nettengingu-öryggi nýrra orkustöðva.
