Denne artikkelen fokuserer på implementeringsmetodene til Energy Storage Virtual Synchronous Generator (VSG) og dens betydelige støtterolle for strømnettet. Med den økende penetrasjonen av distribuerte energikilder som fotovoltaisk kraftproduksjon, står stabiliteten til strømnettet overfor utfordringer på grunn av deres tilfeldighet og intermitterende.
VSG-teknologi gjør det mulig for distribuerte strømkilder å vise egenskaper som ligner på tradisjonelle synkrongeneratorer når de er koblet til nettet ved å simulere de mekaniske og eksterne egenskapene til synkrone generatorer, og dermed forbedre stabiliteten og påliteligheten til strømnettet. Denne artikkelen introduserer først implementeringsmetodene for Energy Storage VSG fra aspektene av kontrollstrategier og systemarkitekturer. Deretter utdyper den støtterollen til Energy Storage VSG for strømnettet når det gjelder frekvensstøtte, spenningsstøtte og forbedring av strømnettets stabilitet. Til slutt ble applikasjonsscenariene for VSG-teknologi forklart1.
1. Kontrollstrategi for Virtual Synchronous Generator
Kjerneideen til VSG-kontroll er å simulere rotorbevegelsesligningen og den elektromagnetiske transientligningen til en synkron generator ved å kontrollere utgangsspenningen og strømmen til omformeren. Dens grunnleggende kontrollstrategi inkluderer vanligvis følgende deler:
1. Effektvinkelligningssimulering: Simuler rotorbevegelsesligningen til en synkrongenerator for å etablere forholdet mellom utgangseffekten og den virtuelle vinkelfrekvensen.
2.Simulering av spenningsligning: Simuler eksitasjonsligningen til en synkron generator for å etablere forholdet mellom den reaktive utgangseffekten og det virtuelle interne potensialet.
3. Strømberegning og filtrering: For nøyaktig å beregne den aktive og reaktive effekten fra omformeren, er det nødvendig å samle utgangsspenningen og strømmen og utføre tilsvarende filtreringsbehandling for å eliminere påvirkningen av høyfrekvent støy og nettforstyrrelser.
4.Phase Locked Loop (PLL) substitusjon: I VSG-kontroll er den tradisjonelle faselåste sløyfen vanligvis ikke nødvendig. Den virtuelle vinkelfrekvensen beregnes direkte av effektvinkelligningen, og oppnår synkronisering med strømnettet. Dette unngår det mulige låsetapproblemet til PLL under svake strømnettforhold2.
I det VSG-baserte fotovoltaiske hybridenergilagringssystemet mottar VSG-kontrollen til energilagringsomformeren vanligvis strøminstruksjoner fra EMS. EMS beregner referanseverdiene for aktiv og reaktiv kraft som energilagringssystemet må gi basert på informasjon som solcelleeffekt, belastningsbehov, nettstatus og energilagring SOC. VSG-kontrolleren til energilagringsomformeren, basert på disse referanseverdiene og ved å simulere egenskapene til synkrone generatorer, kontrollerer utgangen til omformeren for å oppnå presis effektregulering og treghetsstøtte for strømnettet3.
I tillegg, med tanke på egenskapene til fotovoltaisk nettforbindelse, må noen spesielle kontrollstrategier også vurderes:
Koordinert styringsstrategi: Hvordan koordinere styringen mellom solcelleomformere og energilagringsomformere for å oppnå optimal drift av hele systemet. For eksempel, når nettfrekvensen faller, gir energilagringssystemet treghetsstøtte ved raskt å frigjøre aktiv kraft gjennom VSG-kontroll, mens solcellesystemet kan senke MPPT-punktet moderat for å delta i frekvensregulering.
Energilagring SOC-administrasjon: SOC for energilagringsbatterier er en nøkkelfaktor som påvirker den langsiktige stabile driften av systemet. SOC-styringsstrategier må integreres i VSG-kontroll for å forhindre overlading eller overutlading av batteriet.
Svak netttilpasningsevne: Under svake nettforhold er nettimpedansen relativt høy, og spenningen og frekvensen er mer utsatt for fluktuasjoner. VSG-kontroll må optimaliseres for svake nettegenskaper for å forbedre stabilitetsmarginen til systemet4.
2. Systemarkitektur for energilagring VSG
Energilagrings-VSG-nettet --tilkoblingssystemet består hovedsakelig av solcellepaneler, energilagringssystemer, omformere og VSG-kontrollenheter.
Photovoltaic Array: Det er ansvarlig for å konvertere solenergi til DC elektrisk energi, som er energikilden til systemet. Den fotovoltaiske omformeren kan ta i bruk styringsstrategien Maximum Power Point Tracking (MPPT) for å maksimere utvinningen av energi fra solcellepanelet, eller delta i den koordinerte kontrollen av systemet når systemet trenger det, og gir viss støtte.
Energilagringssystem: Vanligvis brukes batterier eller super - kondensatorer. Gjennom den toveis DC - DC-omformeren realiseres energilagring og frigjøring for å undertrykke utgangssvingningene til fotovoltaisk kraft og forbedre systemets stabilitet. Energilagringsenheten bruker en dobbel --sløyfekontrollarkitektur basert på den toveis DC - DC-omformeren. Den ytre - sløyfekontrollen bruker en spennings - utjevningskontrollstrategi for å opprettholde stabiliteten til DC - bussspenningen gjennom en PI-regulator, med en responstid på mindre enn eller lik 5 ms. Den indre --sløyfekontrollen implementerer strømavkoblingskontroll for nøyaktig å spore referansestrømmen ved å bruke tilstandsfeedback, med en gjeldende krusningskoeffisient på<1.5%.
Inverter: Den konverterer DC elektrisk energi til AC elektrisk energi og realiserer synkronisering og regulering med strømnettet gjennom VSG-kontrollenheten. I energi---lagrings-VSG-systemet brukes VSG-kontrollen vanligvis på energi---lagringsomformeren eller den integrerte omformeren fordi energi---lagringssystemet har evnen til toveis strømstrøm, som er mer egnet for å simulere den aktive og reaktive effektkontrollen til synkrone generatorer.
VSG Control Unit: Det er kjernen i systemet. Ved å simulere rotorbevegelsesligningen og reaktiv - spenningskontrollligning for synkrone generatorer, realiserer den reguleringen av frekvensen og spenningen til strømnettet. VSG-kontrollenheten inkluderer også en effektberegnings- og filtreringsmodul, som samler utgangsspenning og strøm og utfører tilsvarende filtreringsbehandling for å eliminere påvirkningen av høyfrekvent støy og nettforstyrrelser.5.
3. Støtterollen til energilagring VSG for kraftnettet
3.1 Frekvensstøtte
Treghetsstøtte: I kraftsystemet spiller tradisjonelle synkrongeneratorer en nøkkelrolle i stabiliteten til systemfrekvensen i kraft av deres rotasjonstreghet. Når nettfrekvensen svinger, kan rotasjonstregheten til synkrone generatorer absorbere eller frigjøre kinetisk energi, og dermed bremse hastigheten på endringen av frekvensen. Energilagring VSG simulerer rotor-tregheten til tradisjonelle generatorer gjennom virtuell treghet. Når nettfrekvensen endres, kan VSG raskt frigjøre eller absorbere energi for å redusere hastigheten på endringen av frekvensen. For eksempel, når nettfrekvensen plutselig synker, vil VSG med virtuell treghet frigjøre energi i henhold til rotorbevegelsesligningen, øke utgangen av aktiv effekt og undertrykke det ytterligere fallet av frekvensen.
Frekvensregulering: VSG kan delta i den primære frekvensreguleringen av strømnettet gjennom strømstyringsstrategien for - frekvensfall. Den konfigurerer en frekvens - modulasjon død - sone på 2 % av merkeeffekten/0,1 Hz og bruker fallkontroll for å oppnå automatisk frekvensregulering innenfor området ±0,5 Hz, med en responstid på<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.
3.2 Spenningsstøtte
Reaktiv - spenningsfallkontroll for spenningsregulering: VSG kontrollerer utgangsspenningen ved å simulere eksitasjonssystemet til synkrone generatorer, det vil si gjennom den reaktive - spenningsfallskarakteristikken. Den beregner verdien for reaktiv effektavvik og justerer deretter spenningen for å realisere effektiv kontroll av systemspenningen. I strømnettet, når spenningen svinger, kan VSG justere utgangseffekten i henhold til den reaktive - spenningsfallskarakteristikken. For eksempel, når nettspenningen faller, vil VSG øke utgangen av reaktiv effekt, og den reaktive effekten vil virke på nettet for å øke spenningen; når nettspenningen stiger, vil VSG redusere utgangen av reaktiv effekt for å senke spenningen.
Dynamisk reaktiv støtte i svake nett: I situasjoner med svake --nett eller øy---modus kan energi---lagring VSG brukes som en spenningskilde for å gi støtte. I svake --nettområder er nettimpedansen relativt høy, og det er mer sannsynlig at spenningen og frekvensen svinger. VSG kan forbedre spenningsstabiliteten ved å gi reaktiv kompensasjon. For eksempel, i noen avsidesliggende områder med svake strømnett, kan VSG justere den reaktive utgangseffekten i sann - tid i henhold til spenningssituasjonen til strømnettet, kompensere for den reaktive - strømmangelen i strømnettet og opprettholde stabiliteten til spenningen7.
3.3Forbedring av kraftnettets stabilitet
Undertrykkelse av systemoscillasjon: VSG-kontroll simulerer dempingsegenskapene til synkrone generatorer, som effektivt kan undertrykke systemoscillasjon og forbedre den dynamiske responsytelsen til systemet. I et kraftsystem med en høy andel fornybare energikilder, på grunn av mangel på demping av kraftelektroniske enheter, er systemet utsatt for strømsvingninger under visse forstyrrelser. VSG kan introdusere virtuell demping gjennom kontrollalgoritmer. Når systemet har effektsvingninger eller svingninger, vil den virtuelle dempingen spille en rolle i å undertrykke svingningen og få systemet raskt tilbake til en stabil tilstand.
Forbedring av feil - tur - gjennom kapasitet: VSG-teknologi kan forbedre feil - tur - gjennom evne til energi - lagringssystemer. Når nettspenningen faller midlertidig, kan VSG hjelpe strømnettet å komme seg gjennom reaktiv støtte. For eksempel, i tilfelle av lav - spenningstur - gjennom (LVRT), kan VSG justere utgangseffekten i henhold til spenningsfallsituasjonen, gi reaktiv kompensasjon for strømnettet, og hjelpe strømnettet raskt å gjenopprette spenningsstabiliteten, og unngå frakobling av energi - lagringssystemet under nettforstyrrelser, stabilitet og forbedring av strømnettet.
Sømløs veksling mellom nett - tilkoblet og øy --modus: Energi --lagring VSG støtter sømløs veksling mellom nett - tilkoblet og øy --modus. I mikro --nett, på dagtid, kan fotovoltaisk kraftproduksjon fungere i PQ-modus, og om natten eller i øy---modus kan den byttes til VSG-modus for å opprettholde stabiliteten til mikro --nettet. Denne sømløse --svitsjefunksjonen sikrer kontinuerlig strømforsyning av nøkkelbelastninger (som sykehus, datasentre) og forbedrer påliteligheten og fleksibiliteten til strømsystemet8.
4. Søknadsscenarier
Høye-scenarioer for ny energitilgang: Med stor-integrering av ny energi har treghet og kortslutningskapasiteten til strømnettet redusert-, og stabiliteten til frekvens og spenning står overfor utfordringer. Både virtuelle synkrongeneratorer og nettstrukturert-energilagring har betydelig applikasjonsverdi i dette scenariet. De kan gi nødvendig treghets- og dempende støtte for nye energikraftgenereringssystemer, øke stabiliteten og påliteligheten til kraftnettet, øke kapasiteten til å ta imot ny energi og sikre sikker og stabil drift av kraftsystemer med høy andel ny energi.
Microgrid-scenario: I et microgrid-scenario, enten det er nett-tilkoblet drift eller off-grid-drift, kreves det en stabil og pålitelig strømforsyning for å opprettholde stabiliteten til systemets spenning og frekvens. Energilagringssystemet kontrollert av virtuelle synkrone generatorer kan gi stabil strømstøtte for mikronett akkurat som tradisjonelle dieselgeneratorer, og oppnå jevn veksling og uavhengig drift av mikronett. Nett-dannende energilagring, basert på virtuell synkron generatorteknologi, kan tjene som kjernekraftkilden til mikronett, bygge og støtte stabil drift av mikronett, og forbedre strømforsyningens pålitelighet og strømkvaliteten til mikronett.
Nett-side hjelpetjenester: Nett-strukturert energilagring deltar i tilleggstjenester som frekvensregulering og spenningsregulering, og gir treghetsrespons og dynamisk støtte gjennom VSG-teknologi.
Svake strømnett og avsidesliggende områder: I områder med svak strømnettstyrke eller avsidesliggende regioner gir nett-strukturert energilagring kortslutningskapasitet og spenningsstøtte gjennom VSG-teknologi, noe som reduserer avhengigheten av dieselgeneratorer9.
1.CSDN, energilagring virtuell synkron generatorteknologi.
2.CSDN, nett-tilkoblet solcellehybrid energilagringssystem basert på virtuell synkrongenerator med Simulink-simulering.
3.Li Yongli, Li Yi. Kraftdistribusjon og virtuell treghet kontrollmetode for fotovoltaiske hybridenergilagringssystemer basert på virtuelle synkrongeneratorer. CN202211422434.1 [2025-04-20].
4. Dai Jiaoyang, elektroteknikk. Forskning på kraftdistribusjonsstrategi og stabilitet for hybrid energilagring Virtuelt synkront generatorsystem [D] Huazhong University of Science and Technology [2025-04-20].
5.CSDN, Virtual Synchronization VSG grid-tilkoblet aktiv og reaktiv kraft etter forskning på fotovoltaisk energilagring (implementert gjennom Simulink-simulering).
6. Nasjonal høy-utvekslingsplattform for vitenskapelige forskningsartikler og teknologisk informasjon, som forbedrer kontrollstrategien for fotovoltaisk lagring VSG under ubalansert nettspenning.
7.VIP-informasjon, energilagringstype statisk reaktiv kraftgenereringsenhet og dens selv-synkrone spenningskildekontroll.
8.NSTL, Virtual Synchronous Generator Adaptive Control of Energy Storage Power Station basert på fysiske begrensninger.
9.CSDN, The Relationship between Virtual Synchronous Generators and Grid-structured energy Storage.