Synchronverteiler oder virtuelle Synchrongeneratoren sind Inverter, die Synchrongeneratoren nachahmen, um „synthetische Trägheit“ für Hilfsdienste in elektrischen Energiesystemen bereitzustellen.
Abbildung 1. Ein einfaches Diagramm der Synchronverter-Betriebsumgebung
Hintergrund
Standard-Wechselrichter sind Elemente mit sehr geringer Trägheit. Während Übergangsphasen, die meist auf Fehler oder plötzliche Laständerungen zurückzuführen sind, folgen sie Änderungen schnell und können einen schlechteren Zustand verursachen, aber Synchrongeneratoren haben eine bemerkenswerte Trägheit, die ihre Stabilität beibehalten kann.
In jüngster Zeit wurden durch den Einsatz von immer mehr erneuerbaren Energien, insbesondere Solarzellen, mehr Wechselrichter in Netzen eingesetzt und dies könnte die Zuverlässigkeit des Stromnetzes gefährden.
Geschichte
Hydro-Québec begann 2005 als erster Netzbetreiber synthetische Trägheit zu verlangen. Um dem Frequenzabfall entgegenzuwirken, fordert der Netzbetreiber eine zeitweilige Leistungssteigerung von 6%, indem er die Leistungselektronik mit der Rotationsträgheit eines Windturbinenrotors kombiniert.Ähnliche Anforderungen traten 2016 in Europa in Kraft.
Synchronumformer-Modell
Synchronverter Struktur kann in zwei Teile geteilt werden: Leistungsteil (siehe Abbildung 2) und elektronischer Teil. Der Leistungsteil ist ein Energieumwandlungs- und Übertragungsweg einschließlich der Brücke, Filterschaltung, Stromleitung usw. Der elektronische Teil bezieht sich auf Mess- und Steuereinheiten, einschließlich Sensoren und DSP.
Abbildung 2. Power-Teil eines Synchronwandlers
Der wichtige Punkt beim Modellieren des Synchronwandlers besteht darin, sicherzustellen, dass er ein ähnliches dynamisches Verhalten wie der Synchrongenerator aufweist (siehe 3). Dieses Modell wird aufgrund seiner Komplexität in Modelle mit zwei bis zu sieben Ordnungen eingeteilt. Aufgrund des richtigen Kompromisses zwischen Genauigkeit und Komplexität wird jedoch das 3-Ordnungsmodell häufig verwendet.
woher und sind dq-Achsen Komponenten der Klemmenspannung.
Abbildung 3. Das Phasenmodell eines an einen unendlichen Bus angeschlossenen SG
Steuerungsstrategie
Wie in Fig. 3 gezeigt, besteht der Wechselrichter, wenn er als eine Spannungsquelle gesteuert wird, aus einer Synchronisationseinheit zum Synchronisieren mit dem Netz und einer Leistungsschleife zum Regeln der mit dem Netz ausgetauschten Wirkleistung und Blindleistung. Die Synchronisationseinheit muss häufig Frequenz und Amplitude bereitstellen. Wenn der Wechselrichter jedoch als Stromquelle gesteuert wird, muss die Synchronisationseinheit oft nur die Phase des Gitters bereitstellen, sodass es viel einfacher ist, sie als Stromquelle zu steuern.
Da eine Synchronsynchronisation in der Lage ist, sich mit dem Netz zu synchronisieren, ist es möglich, die Synchronisationsfunktion in den Leistungscontroller ohne Synchronisationseinheit zu integrieren. Dies führt zu einer kompakten Steuereinheit, wie in der Figur 4 gezeigt.
Abbildung 4. Typische Steuerungsstrukturen für einen netzgekoppelten Wechselrichter (a) Bei der Steuerung als Spannungsversorgung (b) Bei der Steuerung als Stromversorgung.
Abbildung 5. Kompakte Steuerungsstruktur für einen netzgekoppelten Wechselrichter.
Anwendungen
PV
Wie bereits erwähnt, können Synchronwandler wie Synchrongeneratoren behandelt werden, die die Steuerung der Quelle erleichtern. Daher sollte sie in PV-Primärenergiequellen (PES) weit verbreitet sein.
HVDC
Windkraftanlage
DC-Mikronetz
Es wird auch vorgeschlagen, Synchronverteiler in Microgrids zu verwenden, da DC-Quellen zusammen mit der Frequenz der Wechselspannung ohne irgendein Kommunikationsnetzwerk koordiniert werden können.
Abbildung 6. Leistungsteil des Drehstrom-Synchronwandlers.