Синхронные — HiSoUR История культуры

Synchronverter преобразователи или виртуальные синхронные генераторы представляют собой инверторы, которые имитируют синхронные генераторы для обеспечения «синтетической инерции» для вспомогательных услуг в электроэнергетических системах.

Рисунок 1. Простая диаграмма среды работы SynchronverterЗадний план
Стандартные инверторы — очень низкие инерционные элементы. Во время переходных периодов, которые в основном из-за сбоев или внезапных изменений нагрузки, они быстро меняются и могут вызывать ухудшение состояния, но синхронные генераторы имеют значительную инерцию, которая может поддерживать их стабильность.

В последнее время, используя все больше и больше возобновляемых источников энергии, особенно солнечных элементов, в сетях использовалось больше инверторов, и из-за упомянутой причины это может поставить под угрозу надежность энергосистемы.

история
Hydro-Québec начал требовать синтетической инерции в 2005 году в качестве первого оператора сетки. Чтобы противостоять падению частоты, оператор сетки требует временного увеличения мощности на 6% путем объединения силовой электроники с вращательной инерцией ротора ветровой турбины. Аналогичные требования вступили в силу в Европе в 2016 году.

Модель Synchronverter
Структура синхронизатора может быть разделена на две части: силовая часть (см. Рисунок 2) и электронная часть. Силовая часть — это преобразование энергии и путь передачи, включая мост, схему фильтра, линию электропередач и т. Д. Электронная часть относится к измерительным и управляющим устройствам, включая датчики и DSP.

Рисунок 2. Силовая часть синхронизатора

Важным моментом моделирования симулятора является то, что он имеет аналогичное динамическое поведение для синхронного генератора (см. Рисунок 3). Из-за его сложности эта модель классифицируется по модели 2-го порядка до 7-го порядка. Однако модель 3-го порядка широко используется из-за правильного компромисса между точностью и сложностью.

${\ displaystyle V_ {q} = \ omega (E_ {q} + x_ {d} .i_ {d}) + i_ {q} .R_ {s}}$
${\ displaystyle V_ {d} = \ omega (E_ {d} + x_ {q} .i_ {q}) + i_ {d} .R_ {s}}$
где ${\ displaystyle V_ {d}}$ а также ${\ displaystyle V_ {q}}$ представляют собой компоненты dq-осей конечного напряжения.

Рисунок 3. Фазовая модель SG, подключенная к бесконечной шине

Стратегия управления

Как показано на рисунке 3, когда инвертор управляется как источник напряжения, он состоит из блока синхронизации для синхронизации с сеткой и контуром питания для регулирования реальной мощности и реактивной мощности, обмениваемой с сеткой. Блок синхронизации часто должен обеспечивать частоту и амплитуду. Но когда инвертор управляется как источник тока, часто требуется синхронизирующий блок, чтобы обеспечить только фазу сетки, поэтому ее легче контролировать в качестве источника тока.

Поскольку синхронный по своей сути способен синхронизировать с сеткой, можно интегрировать функцию синхронизации в контроллер питания без блока синхронизации. Это приводит к компактному блоку управления, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Типичные управляющие структуры для сетевого силового преобразователя. (A) При управлении в качестве источника напряжения. (B) При управлении в качестве источника тока.

Рисунок 5. Компактная управляющая структура для преобразователя с сеткой.

Приложения

PV
Как упоминалось ранее, синхронизаторы можно рассматривать как синхронный генератор, что упрощает управление источником, поэтому его следует широко использовать в первичных источниках энергии PV (PES).

HVDC

Ветровая турбина

Микросхема постоянного тока
Предполагается, что Synchronverter используется в микрогридах, поскольку источники постоянного тока могут координироваться вместе с частотой переменного напряжения без какой-либо сети связи.

Рисунок 6. Силовая часть трехфазного синхронизатора.