Bu makale, Enerji Depolama Sanal Senkron Jeneratörünün (VSG) uygulama yöntemlerine ve onun elektrik şebekesi için önemli destek rolüne odaklanmaktadır. Fotovoltaik enerji üretimi gibi dağıtılmış enerji kaynaklarının giderek yaygınlaşmasıyla birlikte, elektrik şebekesinin istikrarı, bunların rastgeleliği ve kesintili olması nedeniyle zorluklarla karşı karşıyadır.
VSG teknolojisi, senkron jeneratörlerin mekanik ve harici özelliklerini simüle ederek, dağıtılmış güç kaynaklarının şebekeye bağlandıklarında geleneksel senkron jeneratörlere benzer özellikler sergilemesine olanak tanır ve böylece güç şebekesinin stabilitesini ve güvenilirliğini artırır. Bu makale ilk olarak Enerji Depolama VSG'nin uygulama yöntemlerini kontrol stratejileri ve sistem mimarileri açısından tanıtmaktadır. Daha sonra Enerji Depolama VSG'nin frekans desteği, voltaj desteği ve elektrik şebekesi stabilitesinin iyileştirilmesi açısından elektrik şebekesine yönelik destek rolü ayrıntılı olarak ele alınmaktadır. Son olarak VSG teknolojisinin uygulama senaryoları açıklandı1.
1.Sanal Senkron Jeneratör için kontrol stratejisi
VSG kontrolünün temel fikri, invertörün çıkış voltajını ve akımını kontrol ederek senkron bir jeneratörün rotor hareket denklemini ve elektromanyetik geçici denklemini simüle etmektir. Temel kontrol stratejisi genellikle aşağıdaki bölümleri içerir:
1.Güç Açısı denklemi simülasyonu: Çıkış aktif gücü ile sanal açısal frekans arasındaki ilişkiyi kurmak için senkron bir jeneratörün rotor hareket denklemini simüle edin.
2.Gerilim denklemi simülasyonu: Çıkış reaktif gücü ile sanal iç potansiyel arasındaki ilişkiyi kurmak için senkron bir jeneratörün uyarma denklemini simüle edin.
3.Güç hesaplama ve filtreleme: İnvertörün aktif ve reaktif güç çıkışını doğru bir şekilde hesaplamak için, çıkış voltajını ve akımını toplamak ve yüksek-frekans gürültüsünün ve şebeke bozukluklarının etkisini ortadan kaldırmak için ilgili filtreleme işlemini gerçekleştirmek gerekir.
4.Faz Kilitli Döngü (PLL) ikamesi: VSG kontrolünde, geleneksel faz kilitli döngüye genellikle gerek yoktur. Sanal açısal frekans doğrudan güç Açısı denklemiyle hesaplanır ve güç şebekesi ile senkronizasyon sağlanır. Bu, zayıf güç şebekesi koşulları altında PLL'nin olası kilit kaybı sorununu önler2.
VSG-tabanlı fotovoltaik hibrit enerji depolama sisteminde, enerji depolama dönüştürücüsünün VSG kontrolü genellikle güç talimatlarını EMS'den alır. EMS, fotovoltaik çıkış, yük talebi, şebeke durumu ve enerji depolama SOC'si gibi bilgilere dayanarak enerji depolama sisteminin sağlaması gereken aktif ve reaktif gücün referans değerlerini hesaplar. Enerji depolama dönüştürücüsünün VSG denetleyicisi, bu referans değerlerine dayanarak ve senkron jeneratörlerin özelliklerini simüle ederek, hassas güç regülasyonu ve güç şebekesi için atalet desteği elde etmek üzere invertörün çıkışını kontrol eder.3.
Ayrıca fotovoltaik şebeke bağlantısının özellikleri göz önüne alındığında bazı özel kontrol stratejilerinin de dikkate alınması gerekir:
Koordineli kontrol stratejisi: Tüm sistemin optimum çalışmasını sağlamak için fotovoltaik invertörler ve enerji depolama dönüştürücüleri arasındaki kontrolün nasıl koordine edileceği. Örneğin, şebeke frekansı düştüğünde, enerji depolama sistemi, VSG kontrolü yoluyla aktif gücü hızlı bir şekilde serbest bırakarak atalet desteği sağlarken, fotovoltaik sistem, frekans düzenlemesine katılmak için MPPT noktasını orta derecede düşürebilir.
Enerji depolama SOC yönetimi: Enerji depolama pillerinin SOC'si, sistemin uzun-vadeli istikrarlı çalışmasını etkileyen önemli bir faktördür. Pilin aşırı şarjını veya aşırı deşarjını önlemek için SOC yönetim stratejilerinin VSG kontrolüne entegre edilmesi gerekir.
Zayıf şebeke uyarlanabilirliği: Zayıf şebeke koşulları altında şebeke empedansı nispeten yüksektir ve voltaj ve frekans dalgalanmaya daha yatkındır. Sistemin kararlılık marjını artırmak amacıyla zayıf şebeke özellikleri için VSG kontrolünün optimize edilmesi gerekir4.
2.Enerji Depolama VSG'nin Sistem Mimarisi
Enerji depolama VSG şebeke - bağlantı sistemi temel olarak fotovoltaik dizilerden, enerji depolama sistemlerinden, invertörlerden ve VSG kontrol ünitelerinden oluşur.
Fotovoltaik Dizi: Güneş enerjisinin sistemin enerji kaynağı olan DC elektrik enerjisine dönüştürülmesinden sorumludur. Fotovoltaik invertör, fotovoltaik diziden enerji çıkarımını en üst düzeye çıkarmak için Maksimum Güç Noktası İzleme (MPPT) kontrol stratejisini benimseyebilir veya sistem ihtiyaç duyduğunda belirli bir destek sağlayarak sistemin koordineli kontrolüne katılabilir.
Enerji Depolama Sistemi: Genellikle piller veya süper - kapasitörler kullanılır. Çift yönlü DC - DC dönüştürücü aracılığıyla, fotovoltaik gücün çıkış dalgalanmalarını bastırmak ve sistemin kararlılığını artırmak için enerji depolama ve serbest bırakma gerçekleştirilir. Enerji depolama ünitesi, çift yönlü DC - DC dönüştürücüyü temel alan ikili - döngü kontrol mimarisini benimser. Dış - döngü kontrolü, 5 ms'den az veya buna eşit yanıt süresiyle, bir PI regülatörü yoluyla DC - bara voltajının stabilitesini korumak için bir voltaj - dengeleme kontrol stratejisini benimser. İç - döngü kontrolü, durum geri beslemesini kullanarak referans akımını doğru bir şekilde izlemek için akım dalgalanma katsayısı ile akım ayrıştırma kontrolünü uygular.<1.5%.
İnvertör: DC elektrik enerjisini AC elektrik enerjisine dönüştürür ve VSG kontrol ünitesi aracılığıyla elektrik şebekesi ile senkronizasyon ve düzenlemeyi gerçekleştirir. Enerji - depolama VSG sisteminde, VSG kontrolü genellikle enerji - depolama dönüştürücüsüne veya entegre dönüştürücüye uygulanır çünkü enerji - depolama sistemi, senkron jeneratörlerin aktif ve reaktif güç kontrolünü simüle etmek için daha uygun olan çift yönlü güç akışı özelliğine sahiptir.
VSG Kontrol Ünitesi: Sistemin çekirdeğidir. Senkron jeneratörlerin rotor hareket denklemini ve reaktif - gerilim kontrol denklemini simüle ederek, güç şebekesinin frekans ve geriliminin regülasyonunu gerçekleştirir. VSG kontrol ünitesi aynı zamanda çıkış voltajını ve akımını toplayan ve yüksek - frekanslı gürültünün ve şebeke bozukluklarının etkisini ortadan kaldırmak için ilgili filtreleme işlemini gerçekleştiren bir güç hesaplama ve filtreleme modülü içerir.5.
3. Enerji Şebekesi için Enerji Depolama VSG'nin Destek Rolü
3.1 Frekans Desteği
Atalet Desteği: Güç sisteminde geleneksel senkron jeneratörler, dönme ataletleri sayesinde sistem frekansının kararlılığında önemli bir rol oynarlar. Şebeke frekansı dalgalandığında, senkron jeneratörlerin dönme ataleti kinetik enerjiyi emebilir veya serbest bırakabilir, böylece frekansın değişim hızı yavaşlar. Enerji depolama VSG, geleneksel jeneratörlerin rotor ataletini sanal atalet yoluyla simüle eder. Şebeke frekansı değiştiğinde VSG, frekansın değişim hızını yavaşlatmak için enerjiyi hızla serbest bırakabilir veya emebilir. Örneğin, şebeke frekansı aniden düştüğünde, sanal ataletli VSG, rotor hareket denklemine göre enerjiyi serbest bırakarak aktif güç çıkışını artıracak ve frekansın daha fazla düşüşünü bastıracaktır.
Frekans Düzenlemesi: VSG, güç - frekans düşüşü kontrol stratejisi aracılığıyla güç şebekesinin birincil frekans düzenlemesine katılabilir. Nominal gücün %2'si/0,1 Hz'lik bir frekans - modülasyon ölü - bölgesini yapılandırır ve yanıt süresiyle ±0,5 Hz aralığında otomatik frekans regülasyonu elde etmek için düşüş kontrolünü kullanır.<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.
3.2Voltaj Desteği
Gerilim Düzenlemesi için Reaktif - Gerilim Düşüşü Kontrolü: VSG, senkron jeneratörlerin uyarma sistemini simüle ederek, yani reaktif - gerilim düşümü karakteristiği aracılığıyla çıkış gerilimini kontrol eder. Reaktif güç sapma değerini hesaplar ve ardından sistem voltajının etkin kontrolünü gerçekleştirmek için voltajı ayarlar. Güç şebekesinde voltaj dalgalandığında VSG, reaktif - voltaj düşüş karakteristiğine göre çıkış reaktif gücünü ayarlayabilir. Örneğin, şebeke voltajı düştüğünde, VSG reaktif güç çıkışını artıracak ve reaktif güç, voltajı yükseltmek için şebeke üzerinde hareket edecektir; şebeke voltajı yükseldiğinde VSG, voltajı düşürmek için reaktif güç çıkışını azaltacaktır.
Zayıf Şebekelerde Dinamik Reaktif Destek: Zayıf - şebeke veya ada - modu durumlarında, enerji - depolama VSG'si destek sağlamak için bir voltaj kaynağı olarak kullanılabilir. Zayıf - ızgara alanlarında, ızgara empedansı nispeten yüksektir ve voltaj ile frekansın dalgalanma olasılığı daha yüksektir. VSG, reaktif kompanzasyon sağlayarak voltaj kararlılığını artırabilir. Örneğin, zayıf güç şebekelerinin olduğu bazı uzak bölgelerde VSG, güç şebekesinin voltaj durumuna göre çıkış reaktif gücünü gerçek - zamanda ayarlayabilir, güç şebekesinin reaktif - güç eksikliğini telafi edebilir ve voltajın stabilitesini koruyabilir.7.
3.3Elektrik Şebekesi Stabilitesinin İyileştirilmesi
Sistem Salınımının Bastırılması: VSG kontrolü, senkron jeneratörlerin sönümleme özelliklerini simüle ederek sistem salınımını etkili bir şekilde bastırabilir ve sistemin dinamik tepki performansını geliştirebilir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının yüksek oranda kullanıldığı bir güç sisteminde, güç elektroniği cihazlarının sönümlemesinin olmaması nedeniyle sistem, belirli bozulmalar altında güç salınımına eğilimlidir. VSG, kontrol algoritmaları aracılığıyla sanal sönümleme sağlayabilir. Sistemde güç dalgalanmaları veya salınımlar meydana geldiğinde, sanal sönümleme, salınımın bastırılmasında ve sistemin hızlı bir şekilde kararlı duruma dönmesinde rol oynayacaktır.
Arıza - Sürüş - Kapasitesinin Geliştirilmesi: VSG teknolojisi, enerji - depolama sistemlerinin kapasitesi aracılığıyla arıza - sürüş -'ünü geliştirebilir. Şebeke voltajı geçici olarak düştüğünde VSG, reaktif destek yoluyla elektrik şebekesinin toparlanmasına yardımcı olabilir. Örneğin, (LVRT) aracılığıyla düşük - voltaj sürüşü - durumunda, VSG çıkış reaktif gücünü voltaj düşüşü durumuna göre ayarlayabilir, güç şebekesi için reaktif kompanzasyon sağlayabilir ve güç şebekesinin voltaj kararlılığını hızlı bir şekilde geri kazanmasına yardımcı olabilir, şebeke bozuklukları sırasında enerji - depolama sisteminin bağlantısının kesilmesini önleyebilir ve güç şebekesinin kararlılığını ve güvenilirliğini artırabilir.
Şebekeye Bağlı - ile Ada - Modu Arasında Sorunsuz Geçiş: Enerji - depolama VSG, bağlı şebeke - ile ada - modu arasında kesintisiz geçişi destekler. Mikro - şebekelerde, gündüzleri fotovoltaik enerji üretimi PQ modunda çalışabilir, gece veya ada - modunda ise mikro - şebekenin stabilitesini korumak için VSG moduna geçilebilir. Bu kesintisiz - anahtarlama özelliği, önemli yüklerin (hastaneler, veri merkezleri gibi) sürekli güç beslemesini sağlar ve güç sisteminin güvenilirliğini ve esnekliğini artırır8.
4.Uygulama senaryoları
Yüksek-oranlı yeni enerji erişim senaryoları: Yeni enerjinin büyük-ölçekli entegrasyonuyla, elektrik şebekesinin atalet ve-kısa devre kapasitesi azaldı ve frekans ve voltajın kararlılığı zorluklarla karşı karşıya kalıyor. Bu senaryoda hem sanal senkronize jeneratörler hem de şebeke-yapılı enerji depolaması önemli uygulama değerine sahiptir. Yeni enerji güç üretim sistemleri için gerekli atalet ve sönümleme desteğini sağlayabilir, güç şebekesinin stabilitesini ve güvenilirliğini artırabilir, yeni enerjiyi barındırma kapasitesini artırabilir ve yüksek oranda yeni enerji içeren güç sistemlerinin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlayabilirler.
Mikro şebeke senaryosu: Bir mikro şebeke senaryosunda, ister şebekeye bağlı ister şebekeye bağlı-işlem olsun, sistemin voltajının ve frekansının istikrarını korumak için istikrarlı ve güvenilir bir güç kaynağı gerekir. Sanal senkron jeneratörler tarafından kontrol edilen enerji depolama sistemi, mikro şebekeler için tıpkı geleneksel dizel jeneratörler gibi istikrarlı güç desteği sağlayarak, mikro şebekelerin sorunsuz geçişini ve bağımsız çalışmasını sağlayabilir. Sanal senkronize jeneratör teknolojisine dayalı şebeke oluşturma enerji depolaması, mikro şebekelerin temel güç kaynağı olarak hizmet edebilir, mikro şebekelerin istikrarlı çalışmasını oluşturup destekleyebilir ve mikro şebekelerin güç kaynağı güvenilirliğini ve güç kalitesini artırabilir.
Şebeke-yan yardımcı hizmetler: Şebeke-yapılandırılmış enerji depolama, frekans düzenlemesi ve gerilim düzenlemesi gibi yardımcı hizmetlere katılır ve VSG teknolojisi aracılığıyla atalet yanıtı ve dinamik destek sağlar.
Zayıf elektrik şebekeleri ve uzak alanlar: Elektrik şebekesi gücünün zayıf olduğu bölgelerde veya uzak bölgelerde, şebeke-yapılandırılmış enerji depolama, VSG teknolojisi aracılığıyla kısa-devre kapasitesi ve voltaj desteği sağlayarak dizel jeneratörlere olan bağımlılığı azaltır9.
1.CSDN, enerji depolama sanal senkron jeneratör teknolojisi.
2.CSDN, Simulink simülasyonu ile sanal senkronize jeneratöre dayalı şebekeye-bağlı fotovoltaik hibrit enerji depolama sistemi.
3.Li Yongli, Li Yi. Sanal senkron jeneratörlere dayalı fotovoltaik hibrit enerji depolama sistemleri için güç dağıtımı ve sanal atalet kontrol yöntemi. CN202211422434.1 [2025/04/20].
4.Dai Jiaoyang, Elektrik Mühendisliği. Hibrit Enerji Depolama Sanal Senkron Jeneratör Sisteminin Güç Dağıtım Stratejisi ve Kararlılığı Üzerine Araştırma [D] Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi [2025-04-20].
5.CSDN, Sanal Senkronizasyon VSG şebekesine-bağlı Aktif ve Reaktif Güç Takibi Fotovoltaik Enerji Depolama Araştırması (Simulink simülasyonu aracılığıyla uygulanmıştır).
6.Dengesiz şebeke voltajı altında fotovoltaik depolama VSG'nin kontrol stratejisini iyileştiren, bilimsel araştırma makaleleri ve teknolojik Bilgiler için ulusal üst düzey değişim Platformu.
7.VIP Bilgileri, Enerji Depolama Tipi statik reaktif güç üretim cihazı ve kendi kendine-senkron voltaj kaynağı kontrolü.
8.NSTL, Fiziksel Kısıtlamalara Dayalı Enerji Depolama Güç İstasyonunun Sanal Senkron Jeneratör Uyarlamalı Kontrolü.
9.CSDN, Sanal Senkron Jeneratörler ve Şebeke-yapılı Enerji Depolama Arasındaki İlişki.