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同步逆变器

同步逆变器或虚拟同步发电机是模拟同步发电机的逆变器,为电力系统中的辅助服务提供“合成惯性”。

图1. Synchronverter操作环境的简单图表

背景
标准逆变器是非常低的惯性元件。 在瞬态期间,主要是由于故障或负载的突然变化,它们迅速跟随变化并且可能导致更糟的状况,但是同步发电机具有可以保持其稳定性的显着惯性。

最近,通过使用越来越多的可再生能源,尤其是太阳能电池,在电网中使用了更多的逆变器,并且由于上述原因,这可能危及电力系统的可靠性。

历史
Hydro-Québec在2005年开始要求合成惯性作为第一个电网运营商。 为了抵消频率下降,电网运营商通过将电力电子设备与风力涡轮机转子的转动惯量相结合,要求暂时提高6%的功率。 类似的要求于2016年在欧洲生效。

同步器模型
同步器结构可分为两部分:电源部分(见图2)和电子部分。 电源部分是能量转换和传输路径,包括电桥,滤波电路,电源线等。电子部分是指测量和控制单元,包括传感器和DSP。


图2.同步器的电源部分

建模同步器的重点是确保它具有与同步发电机类似的动态特性(见图3)。 由于其复杂性,该模型分为2阶至7阶模型。 然而,由于准确性和复杂性之间的适当折衷,三阶模型被广泛使用。 



哪里  和  是端子电压的dq轴分量。


图3.连接到无限总线的SG的每相模型

控制策略

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如图3所示,当逆变器作为电压源控制时,它包括一个与电网同步的同步单元和一个电源回路,用于调节与电网交换的有功功率和无功功率。 同步单元通常需要提供频率和幅度。 但是,当逆变器作为电流源控制时,同步单元通常只需要提供电网的相位,因此将其作为电流源控制起来要容易得多。

由于同步固有地能够与网格同步,因此可以在没有同步单元的情况下将同步功能集成到功率控制器中。 这导致紧凑的控制单元,如图4所示。


图4.并网逆变器的典型控制结构(a)当作为电源供电时控制;(b)作为电流源控制时。


图5.并网逆变器的紧凑型控制结构。

应用

PV
如前所述,同步发电机可以像同步发电机一样对待,这样可以更容易地控制电源,因此它应该广泛应用于光伏一次能源(PES)。

HVDC

风力涡轮机

直流微电网
建议将同步转换器用于微电网,因为直流电源可以与交流电压的频率一起协调,无需任何通信网络。


图6.三相同步器的功率部分。

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