Como componente central de los sistemas de almacenamiento de energía, el rendimiento de los inversores de almacenamiento de energía (PC) afecta directamente la eficiencia y la estabilidad de todo el sistema de almacenamiento de energía. La función del generador sincrónico virtual (VSG), como estrategia de control avanzada, dotan a los inversores de almacenamiento de energía con la capacidad de simular las características de los generadores sincrónicos tradicionales, lo que les permite demostrar ventajas únicas en diversos escenarios de aplicaciones. A continuación se analiza el principio de la función VSG en los inversores de almacenamiento de energía y elabora en sus aplicaciones en diferentes campos.
1 Principio funcional VSG
1. Descripción general del generador sincrónico virtual
El generador sincrónico virtual (VSG) es una estrategia de control que permite a los inversores de almacenamiento de energía simular las características operativas de los generadores sincrónicos tradicionales. A través de este enfoque, los inversores de almacenamiento de energía no solo poseen la inercia y las características de amortiguación de los generadores sincrónicos tradicionales, sino que también funcionan de manera estable en modos de cuadrícula conectados y fuera de la red, proporcionando soporte de potencia flexible para el sistema de alimentación.
2. Estructura y principio de control
La estructura de control VSG se basa principalmente en el principio de control de la caída e introduce la inercia virtual y las características de amortiguación sobre esta base. La idea central es mejorar la ecuación de movimiento de los generadores sincrónicos tradicionales y obtener ecuaciones de control aplicables a los dispositivos electrónicos de alimentación. Específicamente, el control VSG simula el movimiento del rotor y las características electromagnéticas de los generadores sincrónicos, lo que permite a los inversores de almacenamiento de energía ajustar automáticamente su potencia de salida de acuerdo con los cambios en la frecuencia y el voltaje del sistema, lo que logró un soporte efectivo para la cuadrícula de energía.
3. Comparación de los modos de control del núcleo
Modo PQ: salida de potencia activa\/reactiva fija, no responde a los cambios en la frecuencia de la cuadrícula\/voltaje (adecuado para un control de potencia preciso).
Modo VSG: responde dinámicamente a las perturbaciones de la red eléctrica, proporcionando inercia, regulación de frecuencia y soporte de regulación de voltaje (adecuado para escenarios con altos requisitos de estabilidad).
4. VSG Control de frecuencia activa
En términos de control de frecuencia activa, VSG logra la regulación de frecuencia a través de un modulador de frecuencia virtual. Calcula la diferencia entre la potencia activa de salida real y la potencia activa nominal, y luego ajusta el par virtual. Este proceso es similar al ajuste de diferencia de par en los generadores sincrónicos tradicionales, donde la ecuación de potencia activa del generador sincrónico tradicional se introduce en el dispositivo electrónico de potencia a través de un enlace de amortiguación, obteniendo así la ecuación de modulación de frecuencia activa de la máquina sincrónica virtual. De esta manera, cuando la frecuencia del sistema cambia, VSG puede responder rápidamente y ajustar la potencia activa de salida para mantener la estabilidad de la frecuencia del sistema.
5. Control de voltaje de potencia reactiva VSG
Para el control de voltaje de potencia reactiva, VSG se basa en el principio del sistema de excitación de los generadores sincrónicos tradicionales. Primero calcula la magnitud de la potencia reactiva en el extremo de salida del dispositivo, y luego calcula el valor de desviación de voltaje por el coeficiente de caída de potencia reactiva. Este valor se combina con el punto de ajuste de voltaje para obtener el valor de referencia de voltaje requerido para el circuito exterior de voltaje. El coeficiente de caída de potencia reactiva determina el desplazamiento de voltaje cuando la potencia reactiva cambia, logrando así un control efectivo del voltaje del sistema. En el modo de cuadrícula OFF, el circuito de potencia reactivo de VSG es consistente con el circuito de potencia reactiva en control de caída, asegurando la asignación razonable de la potencia reactiva y la estabilidad del voltaje del sistema.
2 escenarios de aplicación clave de VSG
1. Microgrid
Operación de la isla: apoye independientemente el voltaje y la frecuencia cuando fuera de la red, asegurando la fuente de alimentación continua para cargas críticas como hospitales y centros de datos.
Continción sin costura entre la cuadrícula conectada y apagada: participe en el soporte de la cuadrícula en modo conectado a la cuadrícula y mantenga la estabilidad de la microgrid en el modo isleño.
2. Alta proporción de acceso de energía renovable
Suplemento de inercia: compensar la deficiencia de inercia de nuevas fuentes de energía, como los fotovoltaicos y la energía eólica, y suprimir las fluctuaciones de frecuencia.
Fluctuaciones de salida suaves: al suprimir las oscilaciones de potencia a través de la amortiguación virtual, se mejora la capacidad de la red eléctrica para aceptar energía renovable.
3. Red de distribución inteligente y red actual débil
Soporte de voltaje dinámico: proporcione una compensación de potencia reactiva al final de la red de distribución o en áreas de cuadrícula débiles para mejorar la estabilidad del voltaje.
Participación del servicio auxiliar: al utilizar funciones como la regulación de frecuencia y la capacidad de reserva, se puede mejorar la flexibilidad de la red eléctrica (como participar en servicios auxiliares en el mercado de electricidad).
4. Sistema de almacenamiento de energía conectado a la cuadrícula
Estabilidad de la red eléctrica mejorada: simule las características de los generadores sincrónicos y participe en la regulación de la frecuencia (como la regulación de frecuencia primaria y la respuesta de inercia).
Capacidad de viaje de falla: cuando el voltaje de la red eléctrica cae temporalmente, ayuda a restaurar la red eléctrica a través del soporte de potencia reactiva (como el viaje de bajo voltaje a través de LVRT).
5. Integración de la fuente de alimentación de emergencia y energía distribuida
Respuesta rápida a la fuente de alimentación de emergencia: en caso de falla de la red eléctrica, sirve como una fuente de energía independiente para apoyar las cargas locales (como la emergencia por desastre).
Control colaborativo de múltiples DER: lograr la optimización colaborativa de recursos distribuidos como el almacenamiento de energía y los fotovoltaicos, y mejorar la eficiencia de utilización de energía.
3 ventajas tecnológicas de VSG
1. Mejorar la estabilidad de la red eléctrica:Proporcione capacidades de inercia, amortiguación y regulación de frecuencia y voltaje para adaptarse a la "red eléctrica de baja inercia" con una alta proporción de equipos electrónicos de potencia conectados.
2. Modo de operación flexible:Admite modos de cuadrícula conectados y fuera de la cuadrícula, adecuados para varios escenarios, como microrredes y cuadrículas principales.
3. Mejorar la calidad de la potencia:Reduzca el desequilibrio de voltaje\/corriente y la distorsión armónica a través de la compensación de secuencia negativa y el control dinámico.
4. Mejora del valor económico:Al participar en servicios auxiliares, como la regulación de frecuencia y la copia de seguridad, se pueden aumentar los ingresos potenciales de los sistemas de almacenamiento de energía.
4 Aplicación práctica
Escenario de microrred:Durante el día, los fotovoltaicos generan electricidad a través del modo PQ, y por la noche o en las islas aisladas, los interruptores de almacenamiento de energía al modo VSG para mantener la estabilidad de voltaje y frecuencia.
Almacenamiento de energía conectada a la cuadrícula:Cuando la frecuencia de la cuadrícula cae, VSG libera rápidamente la potencia (respuesta de inercia) para suprimir la caída de frecuencia (como cuando la frecuencia cae de 50Hz a 49.5Hz, el almacenamiento de energía aumenta automáticamente la salida activa).
Soporte de red actual débil:En áreas remotas, VSG mejora la estabilidad del voltaje y reduce las pérdidas de línea a través de la compensación de potencia reactiva.
5 conclusión
La función VSG en los inversores de almacenamiento de energía, como tecnología de control avanzada, proporciona un poderoso soporte para los sistemas de almacenamiento de energía en diversos escenarios de aplicaciones al simular las características de los generadores sincrónicos tradicionales. Desde la operación de la isla de las microrredes hasta la regulación flexible de las redes de distribución inteligente, desde los servicios auxiliares de sistemas de almacenamiento de energía conectados a la red hasta la fuente de alimentación independiente en escenarios especiales, las funciones VSG han demostrado sus ventajas únicas y roles importantes.