Dengan meningkatnya penetrasi energi baru tenaga angin dan matahari serta penghentian terus menerus unit sinkron tradisional, sistem tenaga listrik memasuki aera-inersia rendah. Sistem konversi daya (PCS) untuk fotovoltaik dan penyimpanan energi, sebagai perangkat elektronik daya berbasis inverter, tidak memiliki rotor yang berputar dan tidak memiliki inersia rotasi alami. Begitu gangguan jaringan listrik terjadi, Laju Perubahan Frekuensi (RoCoF) akan melonjak tajam, sehingga dengan mudah memicu gangguan berjenjang dan peristiwa-di luar-jaringan listrik berskala besar.
Salah satu teknologi intiKisi-Pembentukan (GFM) PCSadalahSintetisAlgoritma Generator Sinkron (VSG).. Ini memecahkan persamaan gerak rotor generator sinkron dalam perangkat lunak dan membangun inersia rotasi sintetis melalui kode, memungkinkan peralatan elektronik daya statis memberikan dukungan inersia serupa dengan unit pembangkit listrik tenaga uap atau air konvensional. Hal ini juga merupakan kunci untuk pengoperasian penyimpanan energi yang stabil dalam skenario jaringan lemah.
I. Prinsip Dasar VSGInersia sintetik
Generator sinkron konvensional mengandalkan energi kinetik yang disimpan dalam rotor masif. Ketika frekuensi jaringan turun, rotor melepaskan energi kinetik untuk menghalangi variasi frekuensi yang cepat; ketika frekuensi meningkat, mereka menyerap kelebihan daya untuk mengekang lonjakan frekuensi, yang pada dasarnya membentuk efek roda gila fisik.
VSG tidak bergantung pada komponen mekanis. Sebaliknya, ini memecahkan persamaan gerak rotor di dalam pengontrol PCS:
J: Sintetismomen inersia(dikonfigurasi oleh parameter perangkat lunak)
Pₘ: Referensi tenaga mekanik sintetik
Pₑ: Output daya elektromagnetik aktual dari PCS
D: Koefisien redaman sintetik
ω: Kecepatan sudut Sintetis Internal PCS
ωg: Kecepatan sudut grid yang diukur
Ketika kekurangan listrik terjadi di jaringan listrik dan kecepatan sudut jaringan ωg menurun, istilah daya yang tidak seimbang muncul dalam persamaan. Pengontrol segera mengambil energi listrik dari baterai penyimpan energi dan mengeluarkan daya inersia ekstra ke dalamnyamembatasi Laju Perubahan Frekuensi (RoCoF)dan memperlambat penurunan frekuensi. Sebaliknya, jika terjadi kelebihan daya dan kenaikan frekuensi, PCS akan menyerap kelebihan daya untuk menekan peningkatan frekuensi yang cepat.
II. Analisis VSG KhasInersia sintetikKode (Contoh MATLAB)
Di bawah ini adalah kode implementasi umum untuk kontrol inersia sintetik:
|
matlab |
Tentukan konstanta waktu inersia Sintetis Tᵥᵢᵣₜ , biasanya berkisar antara 2~8 detik, yang mewakili kekuatan dukungan inersia;
Hitung frekuensi sudut dasar ωbₐₛₑ dari frekuensi pengenal, lalu turunkan momen inersia sintetik Jᵥᵢᵣₜ ;
Contoh frekuensi grid pada dua stempel waktu berturut-turut dan hitung laju perubahan frekuensi sudut dω/dt (sesuai dengan RoCoF);
Hitung daya inersia tambahan Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ menggunakan Jᵥᵢᵣₜ dan laju variasi frekuensi sudut;
Tempatkan daya inersia pada referensi daya asli Pᵣₑf untuk mendapatkan perintah daya keluaran PCS akhir Pᵣₑfₜₒₜₐₗ .
|
Poin penting:Kecepatan respon daya inersia ditentukan oleh frekuensi switching perangkat keras PCS. PCS berbasis IGBT silikon tradisional-hanya mencapai frekuensi peralihan 3~5 kHz, dengan latensi kontrol hingga ratusan mikrodetik dan jeda fase yang jelas dalam inersia Sintetis. Sebaliknya, GFM PCS yang mengadopsi modul SiC meningkatkan frekuensi peralihan ke tingkat 100 kHz, mengompresi latensi kontrol menjadi sekitar selusin mikrodetik. Respons inersianya lebih cocok dengan generator sinkron sebenarnya, dan stabilitas pada jaringan lemah meningkat pesat. |
AKU AKU AKU. Perbedaan Penting Antara VSGInersia sintetikdan Kisi-Mengikuti (GFL)
|
Jenis |
Karakteristik Inti |
Kemampuan Inersia |
Skenario yang Berlaku |
|
Kisi-PCS Mengikuti (GFL). |
Sumber arus terkendali, bergantung pada PLL untuk melacak fase tegangan jaringan |
Tidak ada inersia asli; hanya inersia sintetik tambahan yang terbatas, rentan terhadap hilangnya kunci fase karena gangguan |
Strong power grid, high Short-Circuit Ratio (SCR) >3 |
|
Kisi-Membentuk PCS VSG |
Sumber tegangan terkontrol, secara mandiri menetapkan referensi tegangan/frekuensi |
Inersia + redaman Sintetis Asli, secara independen mendukung frekuensi, mampu memulai secara hitam |
SCR jaringan lemah<3, high-renewable-energy bases, islanded microgrids |
Premis untuk konverter yang mengikuti jaringan-adalah bahwa jaringan itu sendiri bertindak sebagai sumber tegangan kaku. Dalam jaringan lemah dengan impedansi saluran besar, tegangan pada Point of Common Coupling (PCC) mudah melayang, loop terkunci fase-cenderung kehilangan stabilitas, dan efek inersia Sintetis tambahan sangat melemah.
GFM VSG PCS tidak lagi bergantung pada jaringan kaku eksternal dan berfungsi sebagai jangkar tegangan itu sendiri. Bahkan ketika Rasio Sirkuit Pendek (SCR) grid turun ke 1,5 atau lebih rendah, ia dapat menghasilkan inersia Sintetis secara stabil dan menekan osilasi sistem.
IV. Pertimbangan Desain untuk Implementasi Rekayasa
PenyetelanInersia sintetikParameter
Tᵥᵢᵣₜ tidak lebih baik bila lebih besar. Jᵥᵢᵣₜ yang terlalu besar menyebabkan osilasi-frekuensi rendah; nilai yang terlalu kecil memberikan dukungan inersia yang tidak mencukupi dan gagal menahan RoCoF. Dalam praktik rekayasa,inersia variabel adaptifyang umum diadopsi: meningkatJselama fluktuasi frekuensi yang cepat dan berkurangJdalam kondisi{0}}kondisi stabil untuk menyeimbangkan stabilitas dan respons dinamis.
Kendala Kapasitas Penyimpanan Energi
Semua energi untuk inersia Sintetis berasal dari baterai penyimpan energi. Dukungan inersia-jangka pendek memicu pengisian dan pengosongan. Selama desain, penting untuk memverifikasi daya baterai dan rentang Status Pengisian Daya (SOC) untuk mencegah tindakan perlindungan di luar-batas yang disebabkan oleh respons inersia yang sering terjadi.
Kemacetan Bandwidth Perangkat Keras
Tidak peduli seberapa baik algoritma inersia VSG Sintetis dirancang, hal itu dibatasi oleh kecepatan peralihan perangkat daya. Penundaan kontrol yang ditimbulkan oleh frekuensi peralihan yang rendah melemahkan kinerja inersia dan bahkan dapat menyebabkan osilasi subsinkron. Modul daya SiC-bandwidth tinggi membentuk fondasi perangkat keras untuk GFM PCS-berperforma tinggi.
V. Ringkasan Nilai Industri
Kode jaringan listrik di seluruh dunia (ENTSO-E NC RfG 2.0, UK GC0137, Kode Tiongkok untuk Desain Stasiun Penyimpanan Energi Elektrokimia) telah secara bertahap meningkatkan kemampuan pembentukan jaringan-dari fungsi opsional menjadi ambang batas interkoneksi jaringan wajib.
VSG Inersia sintetik pada dasarnyamereplikasi inersia rotor generator sinkron pada PCS penyimpanan energi melalui algoritma perangkat lunak dan perangkat keras elektronik berkecepatan tinggi. Dalam sistem-tenaga listrik tipe baru dengan-integrasi jaringan tenaga angin dan surya berskala besar, inersia sintetik dari PCS pembentuk jaringan-menjadi teknologi inti untuk menjaga stabilitas frekuensi jaringan dan menjamin keamanan-sambungan jaringan dari basis energi baru.
