Là thành phần cốt lõi của các hệ thống lưu trữ năng lượng, hiệu suất của bộ biến tần lưu trữ năng lượng (PCS) ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và tính ổn định của toàn bộ hệ thống lưu trữ năng lượng. Chức năng máy phát đồng bộ ảo (VSG), như một chiến lược điều khiển tiên tiến, tạo ra các bộ biến tần lưu trữ năng lượng với khả năng mô phỏng các đặc điểm của các máy phát đồng bộ truyền thống, cho phép chúng thể hiện những lợi thế độc đáo trong các kịch bản ứng dụng khác nhau. Sau đây thảo luận về nguyên tắc chức năng VSG trong bộ biến tần lưu trữ năng lượng và xây dựng trên các ứng dụng của nó trong các trường khác nhau.
1 nguyên tắc chức năng VSG
1. Tổng quan về máy phát đồng bộ ảo
Máy phát đồng bộ ảo (VSG) là một chiến lược điều khiển cho phép các bộ biến tần lưu trữ năng lượng mô phỏng các đặc tính vận hành của các máy phát đồng bộ truyền thống. Thông qua phương pháp này, các bộ biến tần lưu trữ năng lượng không chỉ sở hữu các đặc tính quán tính và giảm xóc của các máy phát đồng bộ truyền thống mà còn hoạt động ổn định ở cả hai chế độ lưới kết nối và ngoài lưới, cung cấp hỗ trợ năng lượng linh hoạt cho hệ thống điện.
2. Cấu trúc và nguyên tắc kiểm soát
Cấu trúc điều khiển VSG chủ yếu dựa trên nguyên tắc điều khiển DROOP và giới thiệu các đặc điểm quán tính và giảm xóc ảo trên cơ sở này. Ý tưởng cốt lõi là cải thiện phương trình chuyển động của các máy phát đồng bộ truyền thống và thu được các phương trình điều khiển áp dụng cho các thiết bị điện tử. Cụ thể, điều khiển VSG mô phỏng chuyển động rôto và đặc tính điện từ của các máy phát đồng bộ, cho phép các bộ biến tần lưu trữ năng lượng tự động điều chỉnh công suất đầu ra của chúng theo thay đổi tần số và điện áp hệ thống, do đó đạt được hỗ trợ hiệu quả cho lưới điện.
3. So sánh các chế độ điều khiển lõi
Chế độ PQ: Đã sửa lỗi đầu ra năng lượng hoạt động\/phản ứng, không đáp ứng với các thay đổi về tần số\/điện áp lưới (phù hợp để điều khiển công suất chính xác).
Chế độ VSG: Đáp ứng tự động các nhiễu lưới điện, cung cấp quán tính, quy định tần số và hỗ trợ điều chỉnh điện áp (phù hợp cho các kịch bản có yêu cầu ổn định cao).
4. Kiểm soát tần số hoạt động VSG
Về mặt kiểm soát tần số hoạt động, VSG đạt được quy định tần số thông qua bộ điều biến tần số ảo. Nó tính toán sự khác biệt giữa công suất hoạt động đầu ra thực tế và công suất hoạt động định mức, sau đó điều chỉnh mô -men xoắn ảo. Quá trình này tương tự như điều chỉnh chênh lệch mô -men xoắn trong các máy phát đồng bộ truyền thống, trong đó phương trình công suất hoạt động của máy phát đồng bộ truyền thống được đưa vào thiết bị điện tử năng lượng thông qua liên kết giảm xóc, do đó thu được phương trình điều chế tần số hoạt động của máy đồng bộ ảo. Theo cách này, khi tần số hệ thống thay đổi, VSG có thể nhanh chóng đáp ứng và điều chỉnh công suất hoạt động đầu ra để duy trì tính ổn định của tần số hệ thống.
5. Điều khiển điện áp điện phản ứng VSG
Đối với điều khiển điện áp công suất phản ứng, VSG dựa trên nguyên tắc hệ thống kích thích của các máy phát đồng bộ truyền thống. Trước tiên, nó tính toán cường độ của công suất phản ứng ở đầu đầu ra của thiết bị, sau đó tính toán giá trị độ lệch điện áp bằng hệ số DROOP công suất phản ứng. Giá trị này được kết hợp với điểm đặt điện áp để thu được giá trị tham chiếu điện áp cần thiết cho vòng ngoài điện áp. Hệ số DROOP công suất phản ứng xác định độ lệch điện áp khi công suất phản ứng thay đổi, do đó đạt được kiểm soát hiệu quả điện áp hệ thống. Trong chế độ Lưới Tắt, vòng công suất phản ứng của VSG phù hợp với vòng công suất phản ứng trong điều khiển rủ xuống, đảm bảo phân bổ hợp lý công suất phản ứng và tính ổn định của điện áp hệ thống.
2 Kịch bản ứng dụng chính của VSG
1. Microgrid
Hoạt động trên đảo: Độc lập hỗ trợ điện áp và tần suất khi tắt lưới, đảm bảo cung cấp năng lượng liên tục cho các tải trọng quan trọng như bệnh viện và trung tâm dữ liệu.
Chuyển đổi liền mạch giữa lưới kết nối và tắt lưới: Tham gia hỗ trợ lưới ở chế độ kết nối lưới và duy trì độ ổn định microgrid ở chế độ đảo.
2. Tỷ lệ truy cập năng lượng tái tạo cao cao
Bổ sung quán tính: Bồi thường cho sự thiếu hụt quán tính của các nguồn năng lượng mới như quang điện và năng lượng gió, và ngăn chặn các biến động tần số.
Biến động đầu ra mịn: Bằng cách triệt tiêu các dao động năng lượng thông qua giảm xóc ảo, khả năng của lưới điện chấp nhận năng lượng tái tạo được tăng cường.
3. Mạng phân phối thông minh và mạng hiện tại yếu
Hỗ trợ điện áp động: Cung cấp bù năng lượng phản ứng ở cuối mạng phân phối hoặc trong các khu vực lưới yếu để cải thiện độ ổn định điện áp.
Tham gia dịch vụ phụ trợ: Bằng cách sử dụng các chức năng như điều chỉnh tần số và dung lượng dự trữ, tính linh hoạt của lưới điện có thể được tăng cường (như tham gia vào các dịch vụ phụ trợ trong thị trường điện).
4. Hệ thống lưu trữ năng lượng kết nối lưới
Tăng cường độ ổn định của lưới điện: Mô phỏng các đặc tính của các máy phát đồng bộ và tham gia vào quy định tần số (như điều chỉnh tần số chính và phản ứng quán tính).
Đi xe qua khả năng: Khi điện áp của lưới điện tạm thời giảm, nó giúp khôi phục lưới điện thông qua hỗ trợ công suất phản ứng (như đi xe điện áp thấp qua LVRT).
5. Tích hợp cung cấp năng lượng khẩn cấp và năng lượng phân phối
Phản hồi nhanh chóng với nguồn điện khẩn cấp: Trong trường hợp lỗi lưới điện, nó đóng vai trò là nguồn điện độc lập để hỗ trợ tải trọng cục bộ (như khẩn cấp thảm họa).
Kiểm soát hợp tác đa der: đạt được tối ưu hóa hợp tác các tài nguyên phân tán như lưu trữ năng lượng và quang điện, và cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng.
3 lợi thế công nghệ của VSG
1. Tăng cường độ ổn định lưới điện:Cung cấp quán tính, giảm xóc, và khả năng điều chỉnh tần số và điện áp để thích ứng với "lưới điện quán tính thấp" với tỷ lệ cao thiết bị điện tử điện được kết nối.
2. Chế độ hoạt động linh hoạt:Hỗ trợ cả hai chế độ lưới kết nối và ngoài lưới, phù hợp cho các kịch bản khác nhau như microgrids và lưới chính.
3. Cải thiện chất lượng năng lượng:Giảm điện áp\/mất cân bằng hiện tại và biến dạng điều hòa thông qua bù trình tự âm và điều khiển động.
4. Tăng cường giá trị kinh tế:Bằng cách tham gia vào các dịch vụ phụ trợ như quy định tần số và sao lưu, doanh thu tiềm năng của các hệ thống lưu trữ năng lượng có thể được tăng lên.
4 Ứng dụng thực tế
Kịch bản microgrid:Vào ban ngày, quang điện tạo ra điện thông qua chế độ PQ và vào ban đêm hoặc trên các đảo bị cô lập, lưu trữ năng lượng chuyển sang chế độ VSG để duy trì độ ổn định điện áp và tần số.
Lưu trữ năng lượng kết nối lưới:Khi tần số lưới giảm, VSG nhanh chóng giải phóng năng lượng (phản ứng quán tính) để ngăn chặn tần số giảm (chẳng hạn như khi tần số giảm từ 50Hz xuống 49,5Hz, việc lưu trữ năng lượng sẽ tự động tăng đầu ra hoạt động).
Hỗ trợ mạng hiện tại yếu:Ở vùng sâu vùng xa, VSG cải thiện độ ổn định điện áp và giảm tổn thất đường dây thông qua bù công suất phản ứng.
5 Kết luận
Chức năng VSG trong bộ biến tần lưu trữ năng lượng, như một công nghệ điều khiển tiên tiến, cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho các hệ thống lưu trữ năng lượng trong các kịch bản ứng dụng khác nhau bằng cách mô phỏng các đặc điểm của các máy phát đồng bộ truyền thống. Từ hoạt động trên đảo của microgrids đến sự điều chỉnh linh hoạt của các mạng phân phối thông minh, từ các dịch vụ phụ trợ của các hệ thống lưu trữ năng lượng kết nối lưới đến cung cấp năng lượng độc lập trong các kịch bản đặc biệt, các chức năng VSG đã thể hiện những lợi thế và vai trò quan trọng độc đáo của chúng.