BESS-tehnoloogia: võrgu moodustamine vs võrgu järgimine

Tänapäeval jagunevad energia salvestamise PCS-i juhtimistehnoloogiad peamiselt kahte kategooriasse: võrgu moodustamine ja võrgu jälgimine. Võrgu jälgimisel puuduvad võimalused autonoomselt pinge ja sageduse tuge pakkuda vooluallikana. See tugineb rangelt välise võrgu pinge ja sageduse stabiilsusele, pakkudes seega piiratud süsteemi tugivõimalusi. Teisest küljest realiseerib võrgu moodustamine, mille põhikonstruktsioon on pingeallikas, need võimed pinge ja sageduse sisemiste eelseadistatud võrdlussignaalide kaudu. See võimaldab mitte ainult võrguga ühendatud tööd, vaid ka iseseisvat võrguvälist funktsionaalsust, mille tulemuseks on tugevam võrgu tugi ja suurem stabiilsus.

Koos tuule- ja päikeseenergia üha suureneva domineeriva rolliga elektrisüsteemis on töörežiim läbimas märkimisväärset muutust. Eriti sellistes piirkondades nagu Aafrika, Lähis-Ida ja Lõuna-Ameerika, kus taastuvenergia osakaal on küll suur, kuid võrgu infrastruktuur on endiselt suhteliselt nõrk. Nendes piirkondades seisavad suured taastuvenergia baasid – mis sageli asuvad ulatuslikes kõrbetes või Gobi piirkondades – silmitsi mitmete väljakutsetega: madal lühiste suhe mitme asukoha vahel, sagedased lairiba võnkumised, ebapiisav süsteemi inerts ning märkimisväärne pinge ja võimsusnurga stabiilsuse langus. Nendele keerulistele probleemidele reageerides on võrgu moodustav energia salvestamise tehnoloogia tööstuses esile kerkinud.

1. Ruudustiku moodustamine vs ruudustiku järgimine

1.1 Võrgustiku jälgimise tehnoloogia

Võrku järgiva energiasalvestussüsteemi põhimõte on vooluallikas ning selle töö sõltub võrgu pingest ja sagedusest. Juhtimisrežiimis sünkroniseerub süsteemi muundur võrguga, jälgides võrgu faasiinfot ja mõõtes faasi ühise sidestuspunkti (PCC) faasi faasilukustuse (PPL) abil. Kuna see lähenemisviis ei võimalda süsteemil iseseisvalt pinget ja sagedust pakkuda, saab see töötada ainult siis, kui võrk on olemas. Võrku järgivaid energiasalvestussüsteeme kasutatakse tavaliselt kohese võimsuskompensatsiooni tagamiseks, suurendades seeläbi võrgu stabiilsust ja korduvust.

1.2 Võrgustiku moodustamise tehnoloogia

Võrgustiku moodustavate energiasalvestussüsteemide operaatorite põhimõte pingeallikana, mis on võimeline sisemiselt seadistama pingeparameetreid stabiilse pinge ja sageduse tagamiseks. Võrgustiku moodustavad muundurid kasutavad sünkroongeneraatoritega sarnast võimsussünkroniseerimisstrateegiat, realiseerides sünkroniseerimise ilma PPL-ita. See juhtimismeetod sobib eriti hästi süsteemi võimsuse ja väikese füüsilise inertsiga võrkudele.

Võrgustiku moodustavad muundurid võivad süsteemile pakkuda ka virtuaalset inertsi ja summutust, võimaldades iseseisvat töötamist isegi välise võrgufaasiteabe puudumisel. Taastuvenergia ja jõuelektroonikaseadmete leviku suurenedes – mis viib süsteemi inertsi vähenemiseni ja võrgu tugevuse nõrgenemiseni – parandab võrgustiku moodustamise juhtimistehnoloogia muundurite võimet toetada pinget ja sagedust, parandades seeläbi elektrisüsteemi stabiilsust.

Tänu oma pingeallika omadustele leevendab võrku moodustav BESS tõhusalt ebapiisava lühisvõimsuse ja pöörlemisinertsi puudumise probleeme uut tüüpi elektrisüsteemides.

2. Tehnoloogia ja rakenduse erinevused

Peamine erinevus ruudustiku järgimise ja ruudustiku moodustamise vahel BESS on allika omadused ja juhtimismeetodid. Võrku järgiv süsteem on sisuliselt vooluallikas, mis ei suuda pakkuda pinge- ja sageduse tuge ning peab toetuma võrgule. Võrku moodustav süsteem on sisuliselt pingeallikas, mis seadistab sisemiselt pinge referentssignaalid väljundpingele ja -sagedusele ning saab toimida nii võrguga ühendatud kui ka võrgust sõltumatus režiimis, pakkudes tugevaid võrgutoe võimalusi.

Lisaks seisavad võrku järgivad muundurid nõrkade võrkude korral silmitsi stabiilsusprobleemidega, samas kui võrku moodustavad muundurid suudavad pakkuda stabiilset sagedustuge, parandades seeläbi võrgu stabiilsust.

Võrku järgiv BESS sobib stabiilse võrguga rakenduste jaoks, kus pole vaja täiendavat pinge- ja sagedustuge. Võrku moodustav BESS aga sobib uut tüüpi elektrisüsteemide jaoks, eriti piirkondades, kus taastuvenergia osakaal on suur ja võrgu stabiilsus suhteliselt nõrk.

3. PCS-i võrdlused

3.1 Ruudustikku järgiv PCS-i struktuur

Võrku jälgiv PCS juhib peamiselt vahelduvvoolupoolset voolu. See jälgib olemasoleva võrgu pinge faasinurka PPL-i kaudu, mille järel koordinaatteisenduse ja PWM-modulatsiooni abil genereeritakse juhtsignaalid, mis suunatakse tagasi lülitusseadmetele.

Võrku järgivates PCS-i juhtimisstruktuurides kasutatav faasilukustusahela tehnoloogia on selles etapis suhteliselt küps, võimaldades süsteemil töötada etteantud voolutugevuse ja maksimaalse võimsuspunkti tingimustes. Isegi kui PPL-tehnoloogia, millele see tugineb, on küps, vajab see nõuetekohaseks toimimiseks siiski võrgust passiivselt stabiilse sageduse ja pinge referentsi saamist. Lisaks on selle juhtimisahela stabiilsus nõrgem kui võrku moodustavatel energiasalvestussüsteemidel, mistõttu see ei suuda pakkuda aktiivset võrgutuge.

3.2 Võrgustiku moodustav PCS-i struktuur

Erinevalt võrku järgivatest juhtimissüsteemidest, mis tuginevad võrgu sünkroniseerimiseks faasilukustatud ahelatele, määrab võrku moodustav PCS pinge referentssignaalid sisemiselt ja sünkroniseerub ülejäänud võrguga võimsusarvutusmooduli ja sageduse languse juhtimise abil. See lähenemisviis, mis sarnaneb sünkroongeneraatori tööga, ei vaja väliseid pinge referentssignaale.

Võrku moodustav PCS suudab oma väljundit reaalajas autonoomselt reguleerida ilma väliste genereerimisviideteta. Pinge säilitamiseks väljundvõimsust reguleerides toimib see pingeallikana võrguühenduse jaoks, tagades samal ajal süsteemi stabiilsuse. See suudab luua sõltumatu võrgu nõrkades võrkudes, kus puuduvad jäigad pingeallikad. Võrku moodustava PCS-i liigvooluvõimet on aga suurendatud nimivoolust 1,5-kordselt 3,0-kordsele, mille tulemuseks on oluliselt kõrgemad kulud kui võrku järgivatel süsteemidel.

4. Ruudustikku moodustavad PCS-funktsioonid

4.1 Võrgupinge kujunemine
Võrgustiku moodustamise PCS suudab virtuaalse sünkroongeneraatori (VSG) mudeli abil jäljendada sünkroongeneraatorite töömehhanisme ja omadusi. VSG jäljendab füüsilise sünkroongeneraatori sageduse ja pinge reguleerimise protsesse, simuleerides ergastuse juhtimist reaktiivvõimsuse ja -pinge reguleerimise kaudu. See pakub aktiivset inertsiaalset tuge, jäljendab sünkroongeneraatorite väljundkäitumist ja võimaldab võrgustiku moodustamise võimalusi.

4.2 Sageduse reguleerimine ja inertsireaktsioon
Elektrisüsteemi häirete ajal aitavad sellised parameetrid nagu virtuaalne pöörlemisinerts (J) ja sumbuvustegur (D) VSG juhtimises aeglustada sageduse muutusi, parandades seeläbi sageduse ja võimsusnurga stabiilsust. Kuna virtuaalne inerts J ei ole füüsiline komponent, saab selle väärtust paindlikult reguleerida ilma riistvaraliste piiranguteta. Lisaks pakub võrku moodustav PCS 1,2-kordset hetkelist ülekoormusvõimet, pakkudes inertsireaktsiooni tugevat tuge.

4.3 Lairiba võnkumiste summutamine
Võrgustiku moodustav PCS suudab leevendada madalsageduslike võnkumiste riske kohandatavate summutuskoefitsientide (D) abil. See kasutab ka selliseid tehnikaid nagu virtuaalne impedants ja aktiivne summutus, et muuta impedantsi omadusi teatud sagedustel ja summutada võnkumisi.

4.4 Pinge rikke läbisõit
Madalpinge läbisõidu (LVRT) sündmuste ajal kasutab võrgu moodustav PCS voolu piiramist ja ülekoormuse virtuaalset impedantsi juhtimist, et säilitada pingeallika töö ja toetada võrgu moodustamist. Kõrgepinge läbisõidu (HVRT) stsenaariumides kaasab see juhtimisstrateegiasse reaalajas klemmide pinge reguleerimise, kasutades kiiret reaktiivvõimsuse reageeringut ülepinge vähendamiseks ja võrgu stabiilsuse tagamiseks.

4.5 Mustkäivituse võimalus
Võrku moodustav PCS saab pärast võrgu kokkuvarisemist süsteemi taastamist algatada ja toetada. See loob autonoomselt vahelduvpinge, annab ergutust peamistele tootmisüksustele ja vajadusel moodustab sõltumatu võrgu. Kuid mustkäivituse ajal esinevate suurte sisselöögivoolude tõttu ei saa üksik seade üksi abikoormusi toita. Energiahaldussüsteem (EMS) peab trafo ergutuse ja pinge loomise toetamiseks koordineerima mitut võrku moodustavat PCS-üksust paralleelselt.

5. KKK

K1: Mis on võrgu moodustava ja võrgule järgneva energia salvestamise põhimõtteline erinevus?

V:Võrku järgivad süsteemid toimivad sõltuvate vooluallikatena, mis vajavad sünkroniseerimiseks stabiilset võrku, samas kui võrku moodustavad süsteemid toimivad sõltumatute pingeallikatena, mis suudavad ise võrgu pinget ja sagedust luua ja säilitada.

K2: Miks on võrgu moodustamise tehnoloogia tänapäevaste elektrisüsteemide jaoks kriitilise tähtsusega?

V: Kuna taastuvad energiaallikad (nagu tuul ja päikeseenergia) asendavad traditsioonilisi generaatoreid, väheneb süsteemi inerts, mis viib ebastabiilsuseni. Võrku moodustav salvestamine pakub olulist virtuaalset inertsi ja pinge tuge, mistõttu on see eluliselt tähtis nõrkade võrkude ja kõrge taastuvenergiasisaldusega keskkondade jaoks.

K3: Millised on ruudustiku moodustava PCS-i peamised funktsionaalsed eelised?

V: Selle peamised eelised hõlmavad võrgupinge loomist (mustkäivitus), virtuaalse inertsi pakkumist sageduse stabiilsuse tagamiseks, võnkumiste summutamist ja võrgurikete vastupidavat läbimist, seda kõike nõrga võrgu või võrguvälise olukorra korral.

4. küsimus: Mis on võrku moodustavate PCS-ide peamine kuluargument?

V: Peamine kulutegur on selle parem liigvoolu taluvus (3,0-kordne nimivool vs 1,5-kordne võrgujälgimise korral), mis nõuab vastupidavamaid ja kallimaid võimsuspooljuhtkomponente.