Makalah ini berfokus pada metode implementasi Energy Storage Virtual Synchronous Generator (VSG) dan peran pendukungnya yang signifikan bagi jaringan listrik. Dengan meningkatnya penetrasi sumber energi terdistribusi seperti pembangkit listrik fotovoltaik, stabilitas jaringan listrik menghadapi tantangan karena keacakan dan intermitennya.
Teknologi VSG memungkinkan sumber daya terdistribusi menunjukkan karakteristik yang mirip dengan generator sinkron tradisional ketika dihubungkan ke jaringan listrik dengan mensimulasikan karakteristik mekanis dan eksternal generator sinkron, sehingga meningkatkan stabilitas dan keandalan jaringan listrik. Tulisan ini pertama kali memperkenalkan metode implementasi VSG Penyimpanan Energi dari aspek strategi pengendalian dan arsitektur sistem. Kemudian menguraikan peran dukungan VSG Penyimpanan Energi pada jaringan listrik dalam hal dukungan frekuensi, dukungan tegangan, dan peningkatan stabilitas jaringan listrik. Terakhir, skenario penerapan teknologi VSG dijelaskan1.
1.Kontrol strategi untuk Virtual Synchronous Generator
Ide inti dari kendali VSG adalah untuk mensimulasikan persamaan gerak rotor dan persamaan transien elektromagnetik dari generator sinkron dengan mengontrol tegangan keluaran dan arus inverter. Strategi pengendalian dasarnya biasanya mencakup bagian-bagian berikut:
1. Simulasi persamaan Sudut Daya: Mensimulasikan persamaan gerak rotor generator sinkron untuk menetapkan hubungan antara daya aktif keluaran dan frekuensi sudut virtual.
2. Simulasi persamaan tegangan: Mensimulasikan persamaan eksitasi generator sinkron untuk menetapkan hubungan antara daya reaktif keluaran dan potensial internal virtual.
3. Penghitungan dan pemfilteran daya: Untuk secara akurat menghitung keluaran daya aktif dan reaktif oleh inverter, tegangan dan arus keluaran perlu dikumpulkan dan melakukan pemrosesan pemfilteran yang sesuai untuk menghilangkan pengaruh kebisingan frekuensi tinggi dan gangguan jaringan.
4. Substitusi Phase Locked Loop (PLL): Dalam kontrol VSG, loop terkunci fase tradisional biasanya tidak diperlukan. Frekuensi sudut virtual dihitung langsung dengan persamaan Sudut Daya, sehingga mencapai sinkronisasi dengan jaringan listrik. Hal ini menghindari kemungkinan masalah hilangnya kunci PLL dalam kondisi jaringan listrik lemah2.
Dalam sistem penyimpanan energi hibrid fotovoltaik berbasis VSG, kontrol VSG pada konverter penyimpanan energi biasanya menerima instruksi daya dari EMS. EMS menghitung nilai referensi daya aktif dan reaktif yang perlu disediakan oleh sistem penyimpanan energi berdasarkan informasi seperti keluaran fotovoltaik, permintaan beban, status jaringan, dan SOC penyimpanan energi. Pengontrol VSG dari konverter penyimpanan energi, berdasarkan nilai referensi ini dan dengan mensimulasikan karakteristik generator sinkron, mengontrol keluaran inverter untuk mencapai pengaturan daya yang tepat dan dukungan inersia untuk jaringan listrik3.
Selain itu, mengingat karakteristik sambungan jaringan fotovoltaik, beberapa strategi pengendalian khusus juga perlu dipertimbangkan:
Strategi pengendalian terkoordinasi: Bagaimana mengoordinasikan pengendalian antara inverter fotovoltaik dan konverter penyimpanan energi untuk mencapai pengoperasian optimal seluruh sistem. Misalnya, ketika frekuensi jaringan listrik turun, sistem penyimpanan energi memberikan dukungan inersia dengan melepaskan daya aktif secara cepat melalui kontrol VSG, sedangkan sistem fotovoltaik dapat menurunkan titik MPPT secara moderat untuk berpartisipasi dalam pengaturan frekuensi.
Manajemen SOC penyimpanan energi: SOC baterai penyimpanan energi merupakan faktor kunci yang memengaruhi-operasi sistem yang stabil dalam jangka panjang. Strategi manajemen SOC perlu diintegrasikan ke dalam kontrol VSG untuk mencegah pengisian daya yang berlebihan atau pengosongan baterai yang berlebihan.
Kemampuan beradaptasi jaringan yang lemah: Dalam kondisi jaringan yang lemah, impedansi jaringan relatif tinggi, dan tegangan serta frekuensi lebih rentan terhadap fluktuasi. Kontrol VSG perlu dioptimalkan untuk karakteristik jaringan lemah guna meningkatkan margin stabilitas sistem4.
2. Arsitektur Sistem Penyimpanan Energi VSG
Sistem koneksi jaringan - penyimpanan energi VSG terutama terdiri dari susunan fotovoltaik, sistem penyimpanan energi, inverter, dan unit kontrol VSG.
Array Fotovoltaik: Bertanggung jawab untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik DC, yang merupakan sumber energi sistem. Inverter fotovoltaik dapat mengadopsi strategi kontrol Pelacakan Titik Daya Maksimum (MPPT) untuk memaksimalkan ekstraksi energi dari susunan fotovoltaik, atau berpartisipasi dalam kontrol sistem yang terkoordinasi saat sistem membutuhkannya, memberikan dukungan tertentu.
Sistem Penyimpanan Energi: Biasanya, baterai atau kapasitor super - digunakan. Melalui konverter DC - DC dua arah, penyimpanan dan pelepasan energi diwujudkan untuk menekan fluktuasi keluaran daya fotovoltaik dan meningkatkan stabilitas sistem. Unit penyimpanan energi mengadopsi arsitektur kontrol loop ganda - berdasarkan konverter DC - DC dua arah. Kontrol loop luar - mengadopsi strategi kontrol pemerataan tegangan - untuk menjaga stabilitas tegangan bus DC - melalui regulator PI, dengan waktu respons Kurang dari atau sama dengan 5 ms. Kontrol loop bagian dalam - mengimplementasikan kontrol decoupling arus untuk secara akurat melacak arus referensi menggunakan umpan balik keadaan, dengan koefisien riak arus sebesar<1.5%.
Inverter: Mengubah energi listrik DC menjadi energi listrik AC dan mewujudkan sinkronisasi dan regulasi dengan jaringan listrik melalui unit kontrol VSG. Pada sistem VSG penyimpanan energi -, kontrol VSG biasanya diterapkan pada konverter penyimpanan energi - atau konverter terintegrasi karena sistem penyimpanan energi - memiliki kemampuan aliran daya dua arah, yang lebih cocok untuk simulasi kontrol daya aktif dan reaktif generator sinkron.
Unit Kontrol VSG: Ini adalah inti dari sistem. Dengan mensimulasikan persamaan gerak rotor dan persamaan kendali tegangan reaktif - generator sinkron, maka terwujud pengaturan frekuensi dan tegangan jaringan listrik. Unit kontrol VSG juga mencakup modul perhitungan dan penyaringan daya, yang mengumpulkan tegangan dan arus keluaran dan melakukan pemrosesan penyaringan yang sesuai untuk menghilangkan pengaruh kebisingan frekuensi tinggi dan gangguan jaringan listrik5.
3. Peran Pendukung VSG Penyimpanan Energi untuk Jaringan Listrik
3.1Dukungan Frekuensi
Dukungan Inersia: Dalam sistem tenaga, generator sinkron tradisional memainkan peran penting dalam stabilitas frekuensi sistem berdasarkan inersia rotasinya. Ketika frekuensi jaringan berfluktuasi, inersia rotasi generator sinkron dapat menyerap atau melepaskan energi kinetik, sehingga memperlambat laju perubahan frekuensi. VSG penyimpanan energi mensimulasikan inersia rotor generator tradisional melalui inersia virtual. Ketika frekuensi jaringan berubah, VSG dapat dengan cepat melepaskan atau menyerap energi untuk memperlambat laju perubahan frekuensi. Misalnya, ketika frekuensi jaringan turun secara tiba-tiba, VSG dengan inersia virtual akan melepaskan energi sesuai dengan persamaan gerak rotor, meningkatkan keluaran daya aktif dan menekan penurunan frekuensi lebih lanjut.
Regulasi Frekuensi: VSG dapat berpartisipasi dalam regulasi frekuensi primer jaringan listrik melalui strategi kontrol penurunan frekuensi daya -. Ini mengonfigurasi zona mati modulasi frekuensi - mati - sebesar 2% dari daya terukur/0,1 Hz dan menggunakan kontrol droop untuk mencapai pengaturan frekuensi otomatis dalam kisaran ±0,5 Hz, dengan waktu respons sebesar<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.
3.2Dukungan Tegangan
Kontrol Penurunan Tegangan - Reaktif untuk Pengaturan Tegangan: VSG mengontrol tegangan keluaran dengan mensimulasikan sistem eksitasi generator sinkron, yaitu melalui karakteristik penurunan tegangan - reaktif. Ini menghitung nilai deviasi daya reaktif dan kemudian menyesuaikan tegangan untuk mewujudkan kontrol efektif tegangan sistem. Pada jaringan listrik, ketika tegangan berfluktuasi, VSG dapat mengatur daya reaktif keluaran sesuai dengan karakteristik penurunan tegangan reaktif -. Misalnya, ketika tegangan jaringan turun, VSG akan meningkatkan keluaran daya reaktif, dan daya reaktif akan bekerja pada jaringan untuk menaikkan tegangan; ketika tegangan jaringan naik, VSG akan mengurangi keluaran daya reaktif untuk menurunkan tegangan.
Dukungan Reaktif Dinamis dalam Jaringan Lemah: Dalam situasi mode - jaringan atau pulau - lemah, VSG penyimpanan energi - dapat digunakan sebagai sumber tegangan untuk memberikan dukungan. Di area jaringan - lemah, impedansi jaringan relatif tinggi, dan tegangan serta frekuensi lebih cenderung berfluktuasi. VSG dapat meningkatkan kestabilan tegangan dengan memberikan kompensasi reaktif. Misalnya, di beberapa daerah terpencil dengan jaringan listrik yang lemah, VSG dapat menyesuaikan daya reaktif keluaran dalam waktu - nyata sesuai dengan situasi tegangan jaringan listrik, mengkompensasi kekurangan daya reaktif - pada jaringan listrik dan menjaga stabilitas tegangan7.
3.3Peningkatan Stabilitas Jaringan Listrik
Penekanan Osilasi Sistem: Kontrol VSG mensimulasikan karakteristik redaman generator sinkron, yang secara efektif dapat menekan osilasi sistem dan meningkatkan kinerja respons dinamis sistem. Pada sistem tenaga listrik dengan proporsi sumber energi terbarukan yang tinggi, akibat kurangnya redaman pada perangkat elektronika daya, sistem tersebut rentan terhadap osilasi daya pada gangguan tertentu. VSG dapat memperkenalkan redaman virtual melalui algoritma kontrol. Ketika sistem mengalami fluktuasi atau osilasi daya, redaman virtual akan berperan dalam menekan osilasi tersebut dan membuat sistem segera kembali ke keadaan stabil.
Peningkatan Kemampuan - Ride - Through: Teknologi VSG dapat meningkatkan kemampuan - Ride - kesalahan melalui kemampuan sistem penyimpanan energi -. Ketika tegangan jaringan turun sementara, VSG dapat membantu pemulihan jaringan listrik melalui dukungan reaktif. Misalnya, dalam kasus perjalanan tegangan - rendah - melalui (LVRT), VSG dapat menyesuaikan daya reaktif keluaran sesuai dengan situasi penurunan tegangan, memberikan kompensasi reaktif untuk jaringan listrik, dan membantu jaringan listrik dengan cepat memulihkan stabilitas tegangan, menghindari pemutusan sistem penyimpanan energi - selama gangguan jaringan dan meningkatkan stabilitas dan keandalan jaringan listrik.
Peralihan yang Mulus antara Mode Jaringan - Terhubung dan Pulau -: Penyimpanan energi - VSG mendukung peralihan yang mulus antara mode jaringan - terhubung dan pulau -. Pada jaringan mikro -, pada siang hari, pembangkit listrik fotovoltaik dapat beroperasi dalam mode PQ, dan pada malam hari atau dalam mode pulau -, dapat dialihkan ke mode VSG untuk menjaga stabilitas jaringan mikro -. Kemampuan peralihan - yang mulus ini memastikan pasokan daya secara berkelanjutan ke beban-beban utama (seperti rumah sakit, pusat data) dan meningkatkan keandalan dan fleksibilitas sistem daya8.
4.Skenario aplikasi
Skenario-akses energi baru dengan proporsi tinggi: Dengan-integrasi energi baru berskala besar, kapasitas inersia dan-hubungan pendek jaringan listrik telah berkurang, dan stabilitas frekuensi dan voltase menghadapi tantangan. Generator sinkron virtual dan penyimpanan energi terstruktur-jaringan memiliki nilai aplikasi yang signifikan dalam skenario ini. Mereka dapat memberikan dukungan inersia dan redaman yang diperlukan untuk sistem pembangkit listrik energi baru, meningkatkan stabilitas dan keandalan jaringan listrik, meningkatkan kapasitas untuk menampung energi baru, dan memastikan pengoperasian sistem tenaga listrik yang aman dan stabil dengan proporsi energi baru yang tinggi.
Skenario mikrogrid: Dalam skenario mikrogrid, baik itu operasi-yang terhubung ke jaringan atau-operasi di luar jaringan, diperlukan pasokan listrik yang stabil dan andal untuk menjaga stabilitas tegangan dan frekuensi sistem. Sistem penyimpanan energi yang dikendalikan oleh generator sinkron virtual dapat memberikan dukungan daya yang stabil untuk microgrid seperti halnya generator diesel tradisional, sehingga menghasilkan peralihan yang mulus dan pengoperasian microgrid yang independen. Penyimpanan energi pembentuk jaringan-, berdasarkan teknologi generator sinkron virtual, dapat berfungsi sebagai sumber daya inti mikrogrid, membangun dan mendukung pengoperasian mikrogrid yang stabil, dan meningkatkan keandalan pasokan daya dan kualitas daya mikrogrid.
Layanan tambahan sisi-jaringan: Penyimpanan energi terstruktur-jaringan berpartisipasi dalam layanan tambahan seperti pengaturan frekuensi dan pengaturan tegangan, serta memberikan respons inersia dan dukungan dinamis melalui teknologi VSG.
Jaringan listrik yang lemah dan daerah terpencil: Di daerah dengan kekuatan jaringan listrik yang lemah atau daerah terpencil, penyimpanan energi terstruktur jaringan menyediakan kapasitas sirkuit pendek dan dukungan tegangan melalui teknologi VSG, sehingga mengurangi ketergantungan pada generator diesel9.
1.CSDN, teknologi generator sinkron virtual penyimpanan energi.
2.CSDN,-sistem penyimpanan energi hibrid fotovoltaik yang terhubung ke jaringan berdasarkan generator sinkron virtual dengan simulasi Simulink.
3.Li Yongli, Li Yi. Distribusi daya dan metode kontrol inersia virtual untuk sistem penyimpanan energi hibrida fotovoltaik berdasarkan generator sinkron virtual. CN202211422434.1 [20-04-2025].
4.Dai Jiaoyang, Teknik Elektro. Penelitian tentang Strategi Distribusi Daya dan Stabilitas Sistem Generator Sinkron Virtual Penyimpanan Energi Hibrid [D] Universitas Sains dan Teknologi Huazhong [20-04-2025].
5.CSDN, Sinkronisasi Virtual Jaringan VSG-menghubungkan Daya Aktif dan Reaktif Mengikuti Penelitian Penyimpanan Energi Fotovoltaik (diimplementasikan melalui simulasi Simulink).
6.Platform pertukaran-tingkat tinggi nasional untuk makalah penelitian ilmiah dan informasi teknologi, meningkatkan strategi kontrol VSG penyimpanan fotovoltaik di bawah tegangan jaringan yang tidak seimbang.
7.Informasi VIP, Perangkat pembangkit listrik reaktif statis Jenis Penyimpanan Energi dan kontrol sumber tegangan sinkron-mandiri.
8.NSTL, Pengendalian Adaptif Generator Sinkron Virtual pada Pembangkit Listrik Penyimpan Energi Berdasarkan Kendala Fisik.
9.CSDN, Hubungan antara Generator Sinkron Virtual dan Penyimpanan energi terstruktur-Kotak.