Sincronizator - Synchronverter

Figura 1. O diagramă simplă a mediului de funcționare a sincronizatorului

Sincronizatoarele sau generatoarele sincrone virtuale sunt invertoare care imită generatoarele sincrone (SG) pentru a oferi „inerție sintetică” pentru servicii auxiliare în sistemele de energie electrică . Inerția este o proprietate a generatoarelor sincrone standard asociate cu masa fizică rotativă a sistemului care se rotește la o frecvență proporțională cu energia electrică generată. Inerția are implicații asupra stabilității rețelei, deoarece lucrarea este necesară pentru a modifica energia cinetică a masei fizice care se rotește și, prin urmare, se opune schimbărilor în frecvența rețelei. Generarea bazată pe invertoare nu are în mod inerent această proprietate, deoarece forma de undă este creată artificial prin intermediul electronicii de putere.

fundal

Invertoarele standard sunt elemente de inerție foarte reduse . În perioadele tranzitorii, care se datorează în principal defecțiunilor sau modificărilor bruște ale sarcinii , acestea urmează modificările rapid și pot provoca o stare mai proastă, dar generatoarele sincrone au o inerție notabilă care le poate menține stabilitatea.

Rețeaua este proiectată să funcționeze la o anumită frecvență . Atunci când alimentarea și cererea de energie electrică sunt perfect echilibrate, frecvența rețelei va rămâne la frecvența nominală. Cu toate acestea, orice dezechilibru între cerere și ofertă va duce la o abatere de la această frecvență nominală. Este standard pentru generarea de energie electrică și cererea să nu fie perfect echilibrată, totuși dezechilibrul este strict controlat, astfel încât frecvența rețelei să rămână într-o bandă mică de ± 0,05  Hz. Masa rotativă a unui generator sincron acționează ca un fel de banc de energie cinetică pentru rețea pentru a contracara schimbările de frecvență - poate furniza sau absorbi energie din rețea - cauzată de un dezechilibru între furnizarea și cererea de energie electrică - sub formă de energie prin accelerarea sau încetinirea. Schimbarea energiei cinetice este proporțională cu schimbarea frecvenței. Deoarece este nevoie de muncă pentru a accelera sau a încetini masa rotativă, această inerție diminuează efectele dezechilibrelor puterii active și, prin urmare, a frecvenței. Deoarece generarea bazată pe invertor lipsește inerent de inerție, penetrarea crescândă a generării de energie regenerabilă bazată pe invertor ar putea pune în pericol fiabilitatea sistemului de alimentare .

În plus, variabilitatea surselor de energie regenerabilă (RES), în principal în ceea ce privește energia fotovoltaică (PV) și eoliană, ar putea amplifica această problemă prin crearea unor perioade tranzitorii mai frecvente de dezechilibru de putere. Teoretic, generarea bazată pe invertor ar putea fi controlată pentru a răspunde la dezechilibrele de frecvență prin modificarea cuplului electric (ieșire de putere activă). Inerția sintetică este definită ca „contribuția controlată a cuplului electric de la o unitate care este proporțională cu rata de schimbare a frecvenței (RoCoF) la bornele unității.” Cu toate acestea, pentru a avea capacitatea de a reacționa la acest RoCoF, generatorii participanți ar trebui să funcționeze la niveluri sub puterea lor maximă, astfel încât o parte din producția lor să fie rezervată acestui răspuns special. Mai mult, variabilitatea inerentă a producției limitează capacitatea generatorilor de a furniza inerție sintetică. Această cerință a unei surse de alimentare fiabile, cu acțiune rapidă face din stocarea energiei pe bază de invertor un candidat mai bun pentru furnizarea inerției sintetice.

Istorie

Hydro-Québec a început să necesite inerție sintetică în 2005 ca primul operator de rețea. Pentru a contracara scăderea frecvenței , operatorul rețelei solicită o creștere temporară a puterii cu 6%, combinând electronica de putere cu inerția de rotație a rotorului unei turbine eoliene . Cerințe similare au intrat în vigoare în Europa în 2016 și Australia în 2020.

Model sincronizator

Figura 2. Partea de alimentare a unui sincronizator
Figura 3. Modelul per-fază al unui SG conectat la o magistrală infinită

Structura sincronizatorului poate fi împărțită în două părți: partea de putere (a se vedea figura 2) și partea electronică. Partea de putere este transformarea energiei și calea de transfer, inclusiv podul, circuitul de filtrare, linia de alimentare etc. Partea electronică se referă la unități de măsurare și control, inclusiv senzori și procesor de semnal digital (DSP).

Punctul important în modelarea sincronizatorului este să vă asigurați că are un comportament dinamic similar cu generatorul sincron (a se vedea figura 3). Acest model este clasificat în model de 2 ordine până la 7 ordine, datorită complexității sale. Cu toate acestea, modelul în 3 ordine este utilizat pe scară largă din cauza compromisului adecvat între precizie și complexitate.

unde și sunt componente ale axelor dq ale tensiunii terminale.

În timp ce tensiunea și curentul terminalului sincronizatorului satisfac aceste ecuații, sincronizatorul poate fi considerat generator sincron. Acest lucru face posibilă înlocuirea acestuia cu un model de generator sincron și rezolvarea problemelor cu ușurință.

Strategia de control

Figura 4. Structuri de control tipice pentru un invertor de putere conectat la rețea. (A) Când este controlat ca o sursă de tensiune. (B) Când este controlat ca o sursă de curent.

Așa cum se arată în figura 3, când invertorul este controlat ca sursă de tensiune, acesta constă dintr-o unitate de sincronizare pentru sincronizare cu rețeaua și o buclă de putere pentru a regla puterea reală și puterea reactivă schimbată cu rețeaua. Unitatea de sincronizare trebuie adesea să ofere frecvență și amplitudine. Dar când invertorul este controlat ca sursă de curent, unitatea de sincronizare este deseori necesară pentru a furniza doar faza rețelei, deci este mult mai ușor să o controlați ca sursă de curent.

Figura 5. Structură de control compactă pentru un invertor conectat la rețea.

Deoarece un generator sincron este inerent sincronizat cu rețeaua, este posibil să se integreze funcția de sincronizare în controlerul de putere fără unitate de sincronizare. Acest lucru are ca rezultat o unitate de control compactă, așa cum se arată în figura 4.

Aplicații

PV

Figura 6. Partea de alimentare a sincronizatorului trifazat.

Așa cum am menționat anterior, sincronizatoarele pot fi tratate ca un generator sincron, ceea ce face mai ușoară controlul sursei, deci ar trebui să fie utilizat pe scară largă în sursele de energie primară PV (PES).

HVDC

Turbină eoliană

Micrele de curent continuu

Sincronizatorul este, de asemenea, sugerat a fi utilizat în microgrile, deoarece sursele de curent continuu pot fi coordonate împreună cu frecvența tensiunii de curent alternativ, fără nicio rețea de comunicație.

Vezi si

Referințe