Çoklu VSG Paralel Ağında Güç Dağıtım Stratejisi Araştırması
0 Önsöz
Mikro şebeke, çeşitli dağıtılmış güç kaynaklarının önemli bir şebeke bağlantısı biçimidir ve aynı zamanda temiz enerji ile şebeke arasında bir köprüdür. Dağıtılmış güç kaynaklarının penetrasyon oranındaki artışla birlikte, büyük şebekenin voltajı ve frekansı üzerindeki olumsuz etkilerin artırılması ve böylece sistem kararlılığının iyileştirilmesi acildir. Geleneksel mikro şebeke inverter kontrol stratejisi neredeyse hiç atalet içermez ve şebeke için stabilite desteği sağlayamaz.Bu nedenle, gelecekte akıllı şehirlerin inşası için büyük önem taşıyan yeni enerjinin frekans ve voltaj düzenleme özelliklerini iyileştirmek için yeni bir kontrol stratejisine ihtiyaç vardır.
Sanal senkron jeneratörün (VSG) harici arayüz özellikleri, senkron jeneratörün (SG )ki ile karşılaştırılabilir. Büyük güç şebekesinin kararlılığını korumak için yararlı olan SG'nin doğal rotor ataletine, frekans ve voltaj düzenleme özelliklerine, sarkık dış özelliklerine ve çıkış empedans özelliklerine sahiptir. Sürücünün SG karakteristiklerine sahip olmasını kontrol etmek ve yük değişiklikleri sırasında frekans ve voltaj kararlılığını korumak için VSG algoritmasının kullanılması önemlidir. Senkron jeneratörün ön senkronizasyon cihazını simüle ederek, literatür paralel ve şebeke dışı sanal senkron jeneratör arasında kesintisiz geçişi gerçekleştirir ve atalet momenti ve sönümleme katsayısının parametre optimizasyon yöntemini verir, ancak gerçek parametrelerin fiziksel anlamını dikkate almaz. Literatür, SG'nin elektromanyetik geçici özelliklerine göre tasarlanmıştır ve esas olarak sistem dinamik işlem frekansının ve çıkış voltajının kararlılığını sağlamak için aktif frekans modülasyonu ve reaktif voltaj regülasyonunun özelliklerini dikkate alır. Literatür, senkron jeneratörlerin rotor hareket denkleminin doğrusallaştırılması için sönümleme parametreleri ve atalet momenti için optimizasyon şemaları ortaya koymaktadır, ancak elektromanyetik geçici karakteristikler ve voltaj düzenleme karakteristikleri sağlamamaktadır ve zayıf güç şebekeleri altında voltajı desteklemek zordur.
VSG'nin ada mikro şebekesi altındaki sanal empedansının ikili kapalı döngü kontrol stratejisine dayalı olarak, VSG kontrol blok diyagramı ile birlikte, bu makale ilk olarak sanal senkronize jeneratörün her bir kontrol bölümünün temel ilkelerini açıklar ve ardından paralel bir grup önermek için örnek olarak farklı kapasitelere sahip iki VSG alır. Şebeke bağlantısı sırasında güç dağıtım stratejisi, VSG'lerin güç dağıtımını şebeke bağlantısı altındaki nominal kapasite oranına göre gerçekleştirmek için farklı kapasitelerde iki VSG paralel sistem simülasyon modeli oluşturmaktır. Son olarak, paralel olarak birden fazla VSG'nin güç dağıtım stratejisinin şebekeden bağımsız modda sorunsuz ve sorunsuz geçiş gerçekleştirebileceği doğrulandı.
Sanal senkron jeneratör kontrol stratejisi temel olarak beş kısımdan oluşur: güç frekansı regülatörü, uyarma regülatörü, elektrik kontrol kısmı, çift kapalı döngü kontrolü ve ön senkronizasyon işlemi Modülasyon kısmı, IGBT'yi açıp kapatmak için SPWM modülasyonudur.VSG kontrol blok şeması şekilde gösterilmiştir. 1 gösterilmektedir.
1.1 Güç frekansı regülatörü
Ana taşıyıcı denklemi ve mekanik rotor denklemi bir frekans regülatörü oluşturmak için birleştirilir Kutup çifti sayısının 1 olduğu varsayıldığında, VSG'nin rotor hareket denklemi denklem (1) gibidir.
Burada: rotorun açısal hızıdır; 0 yüksüz rotorun açısal hızıdır; Tm mekanik torktur; Te elektromanyetik torktur; Pm ve Pe sırasıyla mekanik güç ve elektromanyetik güçtür; D sanal sönümleme katsayısıdır; J sanal atalettir. Sanal eşzamanlı makinenin güç frekansı regülatörü, şebekeye bağlı izlemeye dayalı olarak frekans sapmasına aktif güç ayarı yanıtı verebilir, çok mikro kaynaklı invertörün anormal frekans olaylarına tepkisini etkili bir şekilde iyileştirebilir, frekansın sorunsuz değişmesine katkıda bulunabilir ve iyileştirebilir. Sistemin kararlılığı.
1.2 Elektrik kontrol bölümü
Halihazırda incelenen inverter kontrol algoritmalarının çoğu, inverter çıkışının dirençli olmasıdır.Uygulamada, senkron jeneratörün çıkış empedansı endüktiftir, bu nedenle bu makale senkron jeneratörün harici özelliklerini simüle eder.VSG'nin elektrik kontrol kısmı senkron jeneratörü kullanır. İkinci dereceden denklem için, VSG çıkış empedansının endüktif görünmesi için denklem (2) 'de olduğu gibi r = 0 olarak ayarlayın.
1.3 Uyarma regülatörü
VSG'nin terminal voltajının verilen Uref değeri, reaktif voltaj regülasyonunun sarkma karakteristiği ile elde edilir ve ifadesi şöyledir:
Burada: UN nominal voltajdır, Dq reaktif güç ayar katsayısıdır ve Qref ve Q sırasıyla reaktif güç komutu ve anlık reaktif güç değeridir.
VSG reaktif güç voltaj regülasyonu kontrol kısmı, senkron jeneratörün uyarma sisteminin kararlı voltajının özelliklerini daha iyi simüle eder, böylece çıkış voltajı makul bir değerdedir ve bu da VSG'nin güç dağıtımını paralel olarak daha iyi gerçekleştirebilir.
1.4 Çift döngü kontrolü
Gerilim ve akımın karşılıklı ayrıştırılması yoluyla, gerilim ve akımın bağımsız kontrolü, kontrol algoritmasını basitleştirebilir, böylece çoklu mikro kaynaklı çeviricinin gerilim kontrol yöntemi, gerilim dış döngü denetleyicisi ve akım iç döngü denetleyicisinin kombinasyonu ile gerçekleştirilir. Gerilim dış döngüsünün ana işlevi, mevcut iç döngünün referans değerini belirlemektir ve mevcut iç döngünün ana işlevi, akımın hızlı izleme kontrolünü gerçekleştirmek ve SPWM dalgasının modüle edilmiş gerilim sinyalini çıkarmaktır. Kontrol blok şeması Şekil 1'de gösterilmiştir.
1.5 Ön senkronizasyon kontrolünün prensibi
Akım etkisinin etkisini azaltmak için, sanal senkron jeneratörün çıkış voltajının frekansı, fazı ve genliği, mikro şebekeye dahil edilmeden önce çok mikro kaynaklı veri yolu voltajı ile tutarlı olmalıdır.Ön senkronizasyon prensibi: q ekseni voltajı, frekans ayarı üretmek için PI regülatöründen geçer ve VSG güç frekansı regülatörünün çıkış frekansı, mikro şebekeli veri yolu voltajı fazını produce üretmek için üst üste bindirilir Birden fazla VSG'yi birleştirirken, = 0 yapmak için, paralel senkronizasyon kesilmelidir. Şu anda, VSG güç kaynağı görevini diğer VSG'lerle paylaşacaktır (VSG'nin yüksüz olarak invertere entegre edildiğini unutmayın).
Genel olarak, sanal senkron jeneratör tarafından kontrol edilen invertör, geleneksel senkron jeneratör ile aynı harici özelliklere sahiptir Voltaj ve frekansı stabilize ederken, mikro şebekenin frekansını ve voltajını artırmak için sanal atalet ve sanal sönümleme katsayısını kullanır. istikrar.
2 Birden fazla VSG paralel bağlandığında güç dağıtım stratejisi
Bu makale temel olarak, farklı kapasitelerde iki VSG paralel bağlandığında güç dağıtımını tartışmaktadır.Bu makalede önerilen VSG'nin sanal empedansına dayanan ikili kapalı döngü kontrol stratejisi, çıkış empedansının boyutunu ayarlamak için sanal empedansın değerini ayarlayabilir. Hat empedanslı iki VSG'nin paralel bağlantısının şematik diyagramı Her bir VSG çıkış aktif gücü ve reaktif güç, hat empedansından etkilendiğinden, güç eşit olarak bölünemez. Çıkış empedansı hat empedansından çok daha büyük olduğunda, hat empedansının üzerindeki etkisi ihmal edilebilir.
Hat empedansı ihmal edildiğinde, her bir VSG terminalinin çıkış gücü:
Aktif gücü, nominal kapasite oranına göre tahsis etmek için aşağıdakileri yapmak gerekir:
3 Simülasyon analizi
Şekil 3'te görüldüğü gibi, LC filtreli iki seviyeli VSG kontrollü iki seviyeli invertörden oluşan paralel bir yapı diyagramıdır.Bu blok diyagramı esas alınarak ve Şekil 1'deki VSG kontrol diyagramı ile birleştirilen model MATLAB / simulink platformu üzerine kurulmuştur. Önerilen tahsis stratejisi doğrulandı.
Simülasyon parametreleri: DC bara gerilimi Udc = 700 V, anma faz gerilimi genliği UN = 311 V, anma frekansı f = 50 Hz; VSG1 simülasyon parametreleri: J = 12, D = 18, frekans modülasyon katsayısı Kp = 10000, reaktif güç ayarı Katsayı Dq = 0,03, sanal empedans Lvir1 = 5 mH, filtre endüktansı L1 = 2 mH, filtre kondansatörü C = 50 F, tel parametreleri: R = 0,2 , L2 = 0,2 mH; VSG2 simülasyon parametreleri: J = 6, D = 9 , Frekans modülasyon katsayısı Kp = 5000, reaktif güç voltaj modülasyon katsayısı Dq = 0.06, sanal empedans Lvir2 = 10 mH, filtre endüktansı L1 = 4 mH, tel parametreleri: R = 0.4 , L2 = 0.4 mH.
Simülasyon aşaması: VSG1 yük ile başlar, 0,8 s VSG2'yi başlatır, 1 saniyede 10 kW + 8 Var ile yerel yük yükler, 1,5 saniyede direnç endüktansı koyar, paralel senkronizasyonu sağlar, 3 3,5 s şebekeye entegre edilir, tüm çalışma süresi 4.5 sn'dir Tüm faz boyunca, iki sanal senkron jeneratörün çıkış aktif gücü ve reaktif gücü Şekil 4 ve Şekil 5'te gösterilmiştir.
Şekiller 4 ve 5'ten görülebileceği gibi, uyarıcı tanıtıldıktan sonra, VSG'nin sanal empedansına dayanan ikili kapalı döngü kontrol stratejisi, paralel ağ oluşturma modunda şebekeye bağlı invertörün güç takibini iyi bir şekilde sağlayabilir ve şebeke dışı çalışma modunda yerel yükü karşılayabilir. Sistem, kapalı / şebeke modu anahtarlamasında SG ile aynı harici özelliklere sahiptir. Yukarıdaki simülasyon parametresi tasarımını sağlayan, bu yazıda önerilen güç dağıtım stratejisini doğrulayan ve farklı kapasitelerde iki VSG'yi gerçekleştiren VSG1 ve VSG2'nin aktif güç ve reaktif güç çıkış oranlarının hem 2: 1 olduğu şekilden görülebilir. Paralel ağ oluşturmada, güç, nominal kapasite oranına göre dağıtılır.
Şekil 6 ve Şekil 7, sanal eşzamanlı jeneratörün mevcut dalga şeklini gösterir.3-3.5 s, şebekeye bağlı zamandır.Akım değişir, ancak hızlı bir şekilde stabilize olur.Tüm aşama boyunca, mevcut dalga formu önerilen strateji dahilinde değişir ve iyi çalışır. Şekil 7 aynı zamanda, kapalı / şebeke anahtarlama sırasındaki akım dalga formu değişimidir Anahtarlama işlemi sırasında, akım dalga formu düzgün ve kararlıdır ve ani akım veya belirgin dalgalanma yoktur.
Şekil 8, sanal eşzamanlı jeneratörün voltaj dalga biçimini göstermektedir Şekil 1 sn'den 3 sn'ye kadar olan süreyi göstermektedir Sanal eşzamanlı jeneratörün terminal gerilimi şebeke dışı çalışma modunda, ön senkronizasyon fazında ve şebeke dışı moddadır. Genlik yaklaşık 311 V'ta tutulmuştur ve bu, bu makalede önerilen stratejinin çıkış voltajını iyi kontrol edebileceğini gösterir. Şekil 9, mikro şebekenin frekans değişim eğrisini gösterir. Yerel yük 1 saniye içinde uygulandığında, frekans hafifçe dalgalanır, ancak hızlı bir şekilde Tekrar kararlı olma eğilimindedir; 1,5 saniyede, VSG ve mikro şebekenin frekansı kesintisiz anahtarlama işlemi sırasında artar ve mikro şebeke voltajı şebeke voltajına yetişmelidir.Mikro şebekenin frekansının hızla düşmesini sağladıktan sonra, kısa sürede düzelecektir. Aşamada, frekans değişmeden kalır ve dalga biçimi bozulmadan kalır. Şekil 10, 1.5 saniyede şebeke voltaj dalga formuna yetişen mikro şebeke voltajındaki değişimi göstermektedir Senkronizasyon yaklaşık 1.63 saniyede elde edilir ve ön senkronizasyon yanıtı hızlıdır.
4. Sonuç
VSG'nin sanal empedansının mevcut ikili kapalı döngü kontrol stratejisine dayalı olarak, bu makale uyarma kontrolörünü tanıtmakta ve gerçek kablo parametrelerini ele almaktadır.Bu makale, paralel ağ oluşturmada birden çok VSG için bir güç dağıtım stratejisi önermektedir.Farklı kapasitelere sahip iki VSG paralel sistem simülasyon modeli oluşturarak Şebeke bağlantısı altında, nominal kapasite oranına göre VSG'nin güç dağılımının gerçekleştirilmesi. Simülasyon analizi ve doğrulaması yoluyla, paralel olarak birden fazla VSG'nin güç dağıtım stratejisi, gösteri projelerinin yapımı için belirli referans önemine sahip olan kapatma / şebeke işletim modlarının sorunsuz ve sorunsuz şekilde kapatılmasını sağlayabilir.
Referanslar
Lv Zhipeng, Sheng Wanxing, Zhong Qingchang, ve diğerleri. Sanal eşzamanlı jeneratör ve mikro şebekedeki uygulaması.Çin Elektrik Mühendisliği Bildirileri, 2014, 34 (16): 2591-2603.
Ding Ming, Yang Xiangzhen, Su Jianhui Sanal eşzamanlı jeneratör fikrine dayanan mikro şebeke inverter güç kontrol stratejisi Elektrik Güç Sistemleri Otomasyonu, 2009, 33 (8): 89-93.
Yang Xiangzhen, Su Jianhui, Ding Ming, vd.Mikro şebekede sanal eşzamanlı jeneratör için kontrol stratejisi // Uluslararası Elektrik Tesisatı Deregülasyonu ve Yeniden Yapılandırma ve Güç Teknolojileri Konferansı. IEEE, 2011: 1633-1637.
SHINTAI T, MIURA Y, ISE T. Bir sanal eşzamanlı jeneratör kullanarak dağıtılmış bir jeneratörün salınım sönümlemesi Güç Dağıtımında IEEE İşlemleri, 2014, 29 (2): 668-676.
Han Hua, Liu Yao, Sun Yao, et al.Microgrid reaktif güç paylaşımı için geliştirilmiş bir kontrol stratejisi.Çin Elektrik Mühendisliği Derneği Bildirileri, 2014 (16): 2639-2648.
yazar bilgileri:
Güneş Ge1, Zhang Zhiyu1, Ma Ruwei2
(1. Otomasyon ve Bilgi Mühendisliği Okulu, Xi'an Teknoloji Üniversitesi, Xi'an, Shaanxi 710048; 2. State Grid Shandong Electric Power Company Laiwu Power Supply Company, Laiwu, Shandong 271100)
