Tahdistin - Synchronverter
Tahdistusmuuttajat tai virtuaaliset synkronigeneraattorit ovat inverttereitä, jotka jäljittelevät synkronigeneraattoreita (SG) tuottamaan "synteettistä hitautta" sähköpalvelujärjestelmien liitännäispalveluille . Inertia on tavanomaisten synkronigeneraattoreiden ominaisuus, joka liittyy järjestelmän pyörivään fyysiseen massaan, joka pyörii taajuudella, joka on verrannollinen syntyvään sähköön. Inertialla on vaikutuksia verkon vakauteen, koska pyörivän fyysisen massan kineettisen energian muuttaminen vaatii työtä, ja siksi se vastustaa verkon taajuuden muutoksia. Invertteripohjaisella sukupolvella ei ole tätä ominaisuutta, koska aaltomuoto luodaan keinotekoisesti tehoelektroniikan avulla.
Tausta
Standard taajuusmuuttajat ovat hyvin alhaiset inertian elementtejä. Ohimenevien jaksojen aikana, jotka johtuvat enimmäkseen vikoista tai äkillisistä kuorman muutoksista , ne seuraavat muutoksia nopeasti ja voivat aiheuttaa huonomman tilan, mutta synkronigeneraattoreilla on huomattava hitaus, joka voi säilyttää niiden vakauden.
Verkko on suunniteltu toimimaan tietyllä taajuudella . Kun sähkön tarjonta ja kysyntä ovat täydellisesti tasapainossa, verkon taajuus pysyy nimellistaajuudellaan. Tarjonnan ja kysynnän epätasapaino johtaa kuitenkin poikkeamiseen tästä nimellistaajuudesta. Se on vakio, että sähköntuotanto ja kysyntä eivät ole täysin tasapainossa, mutta epätasapainoa hallitaan tiukasti siten, että verkkotaajuus pysyy pienellä ± 0,05 Hz: n kaistalla . Synkronigeneraattorin pyörivä massa toimii eräänlaisena kineettisenä energiana verkkoon taajuuden muutosten torjumiseksi - se voi joko tuottaa tai absorboida sähköä verkosta - johtuen sähkön tarjonnan ja kysynnän epätasapainosta - kineettisessä muodossa energiaa nopeuttamalla tai hidastamalla. Kineettisen energian muutos on verrannollinen taajuuden muutokseen. Koska pyörivän massan nopeuttaminen tai hidastaminen vaatii työtä, tämä inertia vaimentaa aktiivitehon epätasapainon vaikutuksia ja siten taajuutta. Koska invertteripohjaisella tuotannolla ei ole inertiaa, invertteripohjaisen uusiutuvan energian tuotannon lisääntyminen voi vaarantaa sähköjärjestelmän luotettavuuden .
Lisäksi uusiutuvien energialähteiden (RES) vaihtelevuus, joka koskee pääasiassa aurinkosähköä (PV) ja tuulivoimaa, voisi lisätä tätä ongelmaa luomalla useammin ohimeneviä tehon epätasapainoja. Teoriassa invertteripohjaista tuotantoa voitaisiin ohjata vastaamaan taajuuden epätasapainoon muuttamalla niiden sähköistä vääntömomenttia (aktiiviteho). Synteettinen hitaus määritellään "yksikön sähköisen vääntömomentin kontrolloiduksi osuudeksi, joka on verrannollinen taajuuden muutosnopeuteen (RoCoF) yksikön liittimissä". Kuitenkin voidakseen reagoida tähän RoCoF -järjestelmään osallistuvien generaattoreiden olisi toimittava niiden enimmäistehoa pienemmillä tasoilla, joten osa niiden tuotannosta on varattu tälle vastaukselle. Lisäksi tuotannon luontainen vaihtelevuus rajoittaa generaattorin kapasiteettia synteettisen hitauden aikaansaamiseksi. Tämä luotettavan, nopeasti toimivan virtalähteen vaatimus tekee invertteripohjaisesta energian varastoinnista paremman ehdokkaan synteettisen hitauden aikaansaamiseksi.
Historia
Hydro-Québec alkoi vaatia synteettistä hitautta vuonna 2005 ensimmäisenä verkon ylläpitäjänä. Ja laskuri taajuus pudota , verkko-operaattorin vaatii väliaikaisen 6% lisäteho yhdistämällä tehoelektroniikan kanssa pyörivä inertia on tuuliturbiinin roottorin . Vastaavat vaatimukset tulivat voimaan Euroopassa vuonna 2016 ja Australiassa vuonna 2020.
Tahdistimen malli
Tahdistimen rakenne voidaan jakaa kahteen osaan: teho -osa (katso kuva 2) ja elektroninen osa. Teho -osa on energian muunnos- ja siirtotie, mukaan lukien silta, suodatinpiiri, voimajohto jne. Elektroninen osa viittaa mittaus- ja ohjausyksiköihin, mukaan lukien anturit ja digitaalinen signaaliprosessori (DSP).
Tärkeä kohta tahdistimen mallinnuksessa on varmistaa, että sillä on samanlainen dynaaminen käyttäytyminen kuin synkronigeneraattorilla (katso kuva 3). Tämä malli on luokiteltu monimutkaisuutensa vuoksi 2- ja 7-asteen malliin. Kolmen asteen mallia käytetään kuitenkin laajalti, koska tarkkuus ja monimutkaisuus ovat sopivia kompromisseja.
missä ja ovat dq-akselin komponentit päätejännitteessä.
Vaikka tahdistusmuuntimen päätejännite ja -virta täyttävät nämä yhtälöt, synkronointia voidaan katsoa tahdistusgeneraattoriksi. Tämä mahdollistaa sen korvaamisen synkronisella generaattorimallilla ja ongelmien ratkaisemisen helposti.
Hallintastrategia
Kuten kuvassa 3 esitetään, kun invertteriä ohjataan jännitelähteenä, se koostuu synkronointiyksiköstä, joka synkronoidaan verkon kanssa, ja virtasilmukasta, joka säätelee verkon kanssa vaihdettua todellista tehoa ja loistehoa. Synkronointiyksikön on usein annettava taajuus ja amplitudi. Mutta kun invertteriä ohjataan virtalähteenä, synkronointiyksikön on usein tarjottava vain verkon vaihe, joten sen ohjaaminen virtalähteenä on paljon helpompaa.
Koska synkronigeneraattori on luontaisesti synkronoitu verkon kanssa, synkronointitoiminto on mahdollista integroida tehonsäädin ilman synkronointiyksikköä. Tuloksena on kompakti ohjausyksikkö, kuten kuvassa 4 on esitetty.
Sovellukset
PV
Kuten aiemmin mainittiin, tahdistusmuuttajia voidaan kohdella kuin synkronigeneraattoreita, mikä helpottaa lähteen ohjaamista, joten sitä tulisi käyttää laajasti PV -primäärienergian lähteissä (PES).
HVDC
Tuuliturbiini
DC -mikroverkko
Tahdistinta suositellaan käytettäväksi myös mikroverkoissa, koska tasavirtalähteitä voidaan koordinoida yhdessä vaihtojännitteen taajuuden kanssa ilman tietoliikenneverkkoa.