Dette papir fokuserer på implementeringsmetoderne for Energy Storage Virtual Synchronous Generator (VSG) og dens betydelige støtterolle for elnettet. Med den stigende udbredelse af distribuerede energikilder såsom fotovoltaisk elproduktion, står stabiliteten af elnettet over for udfordringer på grund af deres tilfældighed og uregelmæssighed.
VSG-teknologien gør det muligt for distribuerede strømkilder at udvise egenskaber, der ligner traditionelle synkrongeneratorer, når de er tilsluttet nettet ved at simulere de mekaniske og eksterne karakteristika af synkrone generatorer, og derved forbedre stabiliteten og pålideligheden af strømnettet. Dette papir introducerer først implementeringsmetoderne for Energy Storage VSG fra aspekter af kontrolstrategier og systemarkitekturer. Derefter uddyber den støtterollen for Energy Storage VSG for elnettet med hensyn til frekvensunderstøttelse, spændingsunderstøttelse og forbedring af strømnettets stabilitet. Endelig blev anvendelsesscenarierne for VSG-teknologi redegjort for1.
1.Kontrolstrategi for Virtual Synchronous Generator
Kerneideen med VSG-styring er at simulere rotorbevægelsesligningen og den elektromagnetiske transientligning for en synkron generator ved at styre vekselretterens udgangsspænding og strøm. Dens grundlæggende kontrolstrategi omfatter normalt følgende dele:
1. Effektvinkelligningssimulering: Simuler rotorbevægelsesligningen for en synkron generator for at etablere forholdet mellem den aktive udgangseffekt og den virtuelle vinkelfrekvens.
2. Spændingsligningssimulering: Simuler excitationsligningen for en synkron generator for at etablere forholdet mellem den reaktive udgangseffekt og det virtuelle interne potentiale.
3. Effektberegning og filtrering: For nøjagtigt at beregne den aktive og reaktive effekt fra inverteren er det nødvendigt at indsamle udgangsspændingen og strømmen og udføre tilsvarende filtreringsbehandling for at eliminere påvirkningen af højfrekvent støj og netforstyrrelser.
4.Phase Locked Loop (PLL) substitution: I VSG-kontrol er den traditionelle faselåste sløjfe normalt ikke påkrævet. Den virtuelle vinkelfrekvens beregnes direkte af effektvinkelligningen, hvilket opnår synkronisering med elnettet. Dette undgår det mulige problem med låsetab ved PLL under svage elnetforhold2.
I det VSG-baserede solcellehybridenergilagringssystem modtager VSG-styringen af energilagringsomformeren normalt strøminstruktioner fra EMS. EMS beregner referenceværdierne for aktiv og reaktiv effekt, som energilagringssystemet skal levere, baseret på information såsom solcelleeffekt, belastningsbehov, netstatus og energilagring SOC. Energilagringsomformerens VSG-controller, baseret på disse referenceværdier og ved at simulere egenskaberne for synkrone generatorer, styrer vekselretterens output for at opnå præcis effektregulering og inertiunderstøttelse af elnettet3.
Derudover skal nogle specielle kontrolstrategier også overvejes i lyset af egenskaberne ved solcelle-netforbindelse:
Koordineret styringsstrategi: Hvordan man koordinerer styringen mellem solcelle-invertere og energilagringsomformere for at opnå den optimale drift af hele systemet. For eksempel, når netfrekvensen falder, giver energilagringssystemet inertistøtte ved hurtigt at frigive aktiv strøm gennem VSG-styring, mens solcelleanlægget moderat kan sænke MPPT-punktet for at deltage i frekvensregulering.
Energilagring SOC-styring: Energilagringsbatteriernes SOC er en nøglefaktor, der påvirker den langsigtede stabile drift af systemet. SOC-styringsstrategier skal integreres i VSG-kontrol for at forhindre overopladning eller overafladning af batteriet.
Svag nettilpasningsevne: Under svage netforhold er netimpedansen relativt høj, og spændingen og frekvensen er mere udsat for udsving. VSG-styring skal optimeres til svage netkarakteristika for at forbedre systemets stabilitetsmargin4.
2.Systemarkitektur af energilagring VSG
Energilagrings-VSG-nettet --forbindelsessystemet består hovedsageligt af fotovoltaiske arrays, energilagringssystemer, invertere og VSG-kontrolenheder.
Photovoltaic Array: Det er ansvarligt for at konvertere solenergi til DC elektrisk energi, som er systemets energikilde. Den fotovoltaiske inverter kan anvende styringsstrategien Maximum Power Point Tracking (MPPT) for at maksimere udvindingen af energi fra det fotovoltaiske array eller deltage i den koordinerede kontrol af systemet, når systemet har brug for det, hvilket giver en vis støtte.
Energilagringssystem: Normalt bruges batterier eller super - kondensatorer. Gennem den tovejs DC - DC-konverter realiseres energilagringen og -frigivelsen for at undertrykke udgangssvingningerne fra fotovoltaisk strøm og forbedre systemets stabilitet. Energilagringsenheden anvender en dobbelt - sløjfestyringsarkitektur baseret på den tovejs DC - DC-konverter. Den ydre - sløjfestyring anvender en spændings - udligningskontrolstrategi for at opretholde stabiliteten af DC - busspændingen gennem en PI regulator med en responstid på mindre end eller lig med 5 ms. Den indre - sløjfestyring implementerer strømafkoblingsstyring for nøjagtigt at spore referencestrømmen ved hjælp af tilstandsfeedback med en aktuel rippelkoefficient på<1.5%.
Inverter: Den konverterer DC elektrisk energi til AC elektrisk energi og realiserer synkronisering og regulering med strømnettet gennem VSG kontrolenheden. I energi---lagrings-VSG-systemet anvendes VSG-styringen normalt til energi---lagringsomformeren eller den integrerede konverter, fordi energi---lagringssystemet har evnen til tovejs strømflow, hvilket er mere velegnet til at simulere den aktive og reaktive effektstyring af synkrone generatorer.
VSG Control Unit: Det er kernen i systemet. Ved at simulere rotorbevægelsesligningen og reaktiv - spændingsstyringsligning for synkrone generatorer, realiserer den reguleringen af frekvensen og spændingen af strømnettet. VSG-kontrolenheden inkluderer også et effektberegnings- og filtreringsmodul, som samler udgangsspændingen og strømmen og udfører tilsvarende filtreringsbehandling for at eliminere påvirkningen af højfrekvent støj og netforstyrrelser5.
3.Supportrolle for energilagring VSG til elnettet
3.1 Frekvenssupport
Træghedsunderstøttelse: I kraftsystemet spiller traditionelle synkrongeneratorer en nøglerolle i stabiliteten af systemfrekvensen i kraft af deres rotationsinerti. Når gitterfrekvensen svinger, kan rotationsinertien af synkrone generatorer absorbere eller frigive kinetisk energi og derved sænke hastigheden af ændringen af frekvensen. Energilagring VSG simulerer rotorinertien af traditionelle generatorer gennem virtuel inerti. Når gitterfrekvensen ændres, kan VSG hurtigt frigive eller absorbere energi for at sænke hastigheden af ændringen af frekvensen. For eksempel, når netfrekvensen falder pludseligt, vil VSG med virtuel inerti frigive energi i henhold til rotorbevægelsesligningen, hvilket øger outputtet af aktiv effekt og undertrykker det yderligere fald af frekvensen.
Frekvensregulering: VSG kan deltage i den primære frekvensregulering af elnettet gennem strømstyringsstrategien - frekvensdroop. Den konfigurerer en frekvens --modulationsdød --zone på 2 % af den nominelle effekt/0,1 Hz og bruger droop-kontrol til at opnå automatisk frekvensregulering inden for 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 Spændingsunderstøttelse
Reaktiv - spændingsfaldskontrol til spændingsregulering: VSG styrer udgangsspændingen ved at simulere excitationssystemet for synkrone generatorer, det vil sige gennem den reaktive - spændingsfaldskarakteristik. Den beregner den reaktive effektafvigelsesværdi og justerer derefter spændingen for at realisere den effektive kontrol af systemspændingen. I elnettet, når spændingen svinger, kan VSG justere udgangseffekten i henhold til den reaktive - spændingsfaldskarakteristik. For eksempel, når netspændingen falder, vil VSG øge outputtet af reaktiv effekt, og den reaktive effekt vil virke på nettet for at hæve spændingen; når netspændingen stiger, vil VSG reducere outputtet af reaktiv effekt for at sænke spændingen.
Dynamisk reaktiv understøttelse i svage net: I situationer med svagt --net eller ø---tilstand kan energi---lagring VSG bruges som en spændingskilde til at yde support. I svage - netområder er netimpedansen relativt høj, og spændingen og frekvensen er mere tilbøjelige til at svinge. VSG kan forbedre spændingsstabiliteten ved at give reaktiv kompensation. I nogle fjerntliggende områder med svage elnet kan VSG f.eks. justere den reaktive udgangseffekt i - realtid i overensstemmelse med spændingssituationen i elnettet, kompensere for den reaktive - strømmangel i elnettet og opretholde spændingens stabilitet7.
3.3Forbedring af elnettets stabilitet
Undertrykkelse af systemoscillation: VSG-kontrol simulerer dæmpningsegenskaberne for synkrone generatorer, som effektivt kan undertrykke systemoscillation og forbedre systemets dynamiske responsydelse. I et elsystem med en høj andel af vedvarende energikilder er systemet på grund af manglende dæmpning af kraftelektroniske enheder tilbøjeligt til strømsvingninger under visse forstyrrelser. VSG kan introducere virtuel dæmpning gennem kontrolalgoritmer. Når systemet har effektudsving eller svingninger, vil den virtuelle dæmpning spille en rolle i at undertrykke oscillationen og få systemet hurtigt til at vende tilbage til en stabil tilstand.
Forbedring af fejl - tur - gennem kapacitet: VSG-teknologi kan forbedre fejl - ride - gennem kapacitet af energi - lagringssystemer. Når netspændingen falder midlertidigt, kan VSG hjælpe elnettet med at komme sig gennem reaktiv støtte. For eksempel, i tilfælde af lav - spændingskørsel - igennem (LVRT), kan VSG justere den reaktive udgangseffekt i henhold til spændingsfaldssituationen, give reaktiv kompensation for elnettet og hjælpe elnettet med hurtigt at genoprette spændingsstabiliteten, så man undgår afbrydelse af energi---lagersystemet under netforstyrrelser og forbedrer stabiliteten af strømnettet og forbedrer strømnettets stabilitet.
Problemfri skift mellem net-- tilsluttet og ø---tilstand: Energi --lagring VSG understøtter problemfri skift mellem net---tilsluttet og ø---tilstand. I mikro --net kan fotovoltaisk strømproduktion i løbet af dagen fungere i PQ-tilstand, og om natten eller i ø---tilstand kan den skiftes til VSG-tilstand for at opretholde stabiliteten af mikro --nettet. Denne sømløse - koblingsfunktion sikrer kontinuerlig strømforsyning af nøglebelastninger (såsom hospitaler, datacentre) og forbedrer strømsystemets pålidelighed og fleksibilitet8.
4.Anvendelsesscenarier
Høj-proportionelle nye energiadgangsscenarier: Med den store-integrering af ny energi er inertien og-kortslutningskapaciteten i elnettet faldet, og stabiliteten af frekvens og spænding står over for udfordringer. Både virtuelle synkrone generatorer og netstruktureret-energilagring har betydelig applikationsværdi i dette scenarie. De kan give nødvendig inerti- og dæmpningsstøtte til nye energiproduktionssystemer, øge stabiliteten og pålideligheden af elnettet, øge kapaciteten til at rumme ny energi og sikre sikker og stabil drift af kraftsystemer med en høj andel af ny energi.
Microgrid-scenarie: I et microgrid-scenarie, uanset om det er net-tilsluttet drift eller off-grid-drift, kræves der en stabil og pålidelig strømforsyning for at opretholde stabiliteten af systemets spænding og frekvens. Energilagringssystemet, der styres af virtuelle synkrone generatorer, kan give stabil strømstøtte til mikronet ligesom traditionelle dieselgeneratorer, hvilket opnår jævn omskiftning og uafhængig drift af mikronet. Netdannende-energilagring, baseret på virtuel synkron generatorteknologi, kan fungere som kernestrømkilden for mikronet, bygge og understøtte den stabile drift af mikronet og forbedre strømforsyningens pålidelighed og strømkvaliteten for mikronet.
Net-hjælpetjenester: Net-struktureret energilagring deltager i hjælpetjenester såsom frekvensregulering og spændingsregulering og giver inertirespons og dynamisk support gennem VSG-teknologi.
Svage elnet og fjerntliggende områder: I områder med svag elnetstyrke eller fjerntliggende områder giver net-struktureret energilagring kort-kredsløbskapacitet og spændingsstøtte gennem VSG-teknologi, hvilket reducerer afhængigheden af dieselgeneratorer9.
1.CSDN, energilagring virtuel synkron generatorteknologi.
2.CSDN, net-forbundet fotovoltaisk hybrid energilagringssystem baseret på virtuel synkron generator med Simulink-simulering.
3.Li Yongli, Li Yi. Strømfordeling og virtuel inertikontrolmetode til solcellehybridenergilagringssystemer baseret på virtuelle synkrongeneratorer. CN202211422434.1 [2025-04-20].
4.Dai Jiaoyang, Elektroteknik. Forskning i energidistributionsstrategi og stabilitet af hybrid energilagring virtuelt synkront generatorsystem [D] Huazhong University of Science and Technology [2025-04-20].
5.CSDN, virtuel synkronisering VSG-net-forbundet aktiv og reaktiv strøm efter forskning i fotovoltaisk energilagring (implementeret gennem Simulink-simulering).
6. National høj-udvekslingsplatform for videnskabelige forskningsartikler og teknologisk information, der forbedrer kontrolstrategien for fotovoltaisk lagring VSG under ubalanceret netspænding.
7.VIP-information, energilagringstype statisk reaktiv strømgenereringsenhed og dens selv-synkrone spændingskildestyring.
8.NSTL, Virtual Synchronous Generator Adaptive Control of Energy Storage Power Station baseret på fysiske begrænsninger.
9.CSDN, forholdet mellem virtuelle synkrone generatorer og netstruktureret-energilagring.
