यह पेपर एनर्जी स्टोरेज वर्चुअल सिंक्रोनस जेनरेटर (वीएसजी) के कार्यान्वयन के तरीकों और पावर ग्रिड के लिए इसकी महत्वपूर्ण सहायक भूमिका पर केंद्रित है। फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन जैसे वितरित ऊर्जा स्रोतों की बढ़ती पहुंच के साथ, पावर ग्रिड की स्थिरता को उनकी यादृच्छिकता और रुक-रुक कर चुनौतियों का सामना करना पड़ता है।
वीएसजी तकनीक वितरित बिजली स्रोतों को सिंक्रोनस जेनरेटर की यांत्रिक और बाहरी विशेषताओं का अनुकरण करके ग्रिड से कनेक्ट होने पर पारंपरिक सिंक्रोनस जेनरेटर के समान विशेषताओं को प्रदर्शित करने में सक्षम बनाती है, जिससे पावर ग्रिड की स्थिरता और विश्वसनीयता में वृद्धि होती है। यह पेपर सबसे पहले नियंत्रण रणनीतियों और सिस्टम आर्किटेक्चर के पहलुओं से ऊर्जा भंडारण वीएसजी के कार्यान्वयन के तरीकों का परिचय देता है। फिर, यह आवृत्ति समर्थन, वोल्टेज समर्थन और पावर ग्रिड स्थिरता में सुधार के संदर्भ में पावर ग्रिड के लिए ऊर्जा भंडारण वीएसजी की सहायक भूमिका के बारे में विस्तार से बताता है। अंत में, वीएसजी प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग परिदृश्यों की व्याख्या की गई1.
1.वर्चुअल सिंक्रोनस जेनरेटर के लिए नियंत्रण रणनीति
वीएसजी नियंत्रण का मुख्य विचार इन्वर्टर के आउटपुट वोल्टेज और करंट को नियंत्रित करके एक सिंक्रोनस जनरेटर के रोटर गति समीकरण और विद्युत चुम्बकीय क्षणिक समीकरण का अनुकरण करना है। इसकी मूल नियंत्रण रणनीति में आमतौर पर निम्नलिखित भाग शामिल होते हैं:
1.पावर एंगल समीकरण सिमुलेशन: आउटपुट सक्रिय पावर और आभासी कोणीय आवृत्ति के बीच संबंध स्थापित करने के लिए एक सिंक्रोनस जनरेटर के रोटर गति समीकरण का अनुकरण करें।
2.वोल्टेज समीकरण सिमुलेशन: आउटपुट प्रतिक्रियाशील शक्ति और आभासी आंतरिक क्षमता के बीच संबंध स्थापित करने के लिए एक तुल्यकालिक जनरेटर के उत्तेजना समीकरण का अनुकरण करें।
3. पावर गणना और फ़िल्टरिंग: इन्वर्टर द्वारा सक्रिय और प्रतिक्रियाशील पावर आउटपुट की सटीक गणना करने के लिए, आउटपुट वोल्टेज और करंट को इकट्ठा करना और उच्च आवृत्ति शोर और ग्रिड गड़बड़ी के प्रभाव को खत्म करने के लिए संबंधित फ़िल्टरिंग प्रसंस्करण करना आवश्यक है।
4.फेज़ लॉक्ड लूप (पीएलएल) प्रतिस्थापन: वीएसजी नियंत्रण में, पारंपरिक चरण लॉक्ड लूप की आमतौर पर आवश्यकता नहीं होती है। आभासी कोणीय आवृत्ति की गणना सीधे पावर एंगल समीकरण द्वारा की जाती है, जिससे पावर ग्रिड के साथ सिंक्रनाइज़ेशन प्राप्त होता है। यह कमजोर पावर ग्रिड स्थितियों के तहत पीएलएल की संभावित लॉक लॉस समस्या से बचाता है2.
वीएसजी आधारित फोटोवोल्टिक हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण प्रणाली में, ऊर्जा भंडारण कनवर्टर का वीएसजी नियंत्रण आमतौर पर ईएमएस से बिजली निर्देश प्राप्त करता है। ईएमएस सक्रिय और प्रतिक्रियाशील शक्ति के संदर्भ मूल्यों की गणना करता है जो ऊर्जा भंडारण प्रणाली को फोटोवोल्टिक आउटपुट, लोड मांग, ग्रिड स्थिति और ऊर्जा भंडारण एसओसी जैसी जानकारी के आधार पर प्रदान करने की आवश्यकता होती है। ऊर्जा भंडारण कनवर्टर का वीएसजी नियंत्रक, इन संदर्भ मूल्यों के आधार पर और सिंक्रोनस जनरेटर की विशेषताओं का अनुकरण करके, पावर ग्रिड के लिए सटीक पावर विनियमन और जड़त्वीय समर्थन प्राप्त करने के लिए इन्वर्टर के आउटपुट को नियंत्रित करता है।3.
इसके अलावा, फोटोवोल्टिक ग्रिड कनेक्शन की विशेषताओं को ध्यान में रखते हुए, कुछ विशेष नियंत्रण रणनीतियों पर भी विचार करने की आवश्यकता है:
समन्वित नियंत्रण रणनीति: पूरे सिस्टम के इष्टतम संचालन को प्राप्त करने के लिए फोटोवोल्टिक इनवर्टर और ऊर्जा भंडारण कनवर्टर्स के बीच नियंत्रण को कैसे समन्वयित करें। उदाहरण के लिए, जब ग्रिड आवृत्ति गिरती है, तो ऊर्जा भंडारण प्रणाली वीएसजी नियंत्रण के माध्यम से सक्रिय शक्ति को तेजी से जारी करके जड़त्वीय समर्थन प्रदान करती है, जबकि फोटोवोल्टिक प्रणाली आवृत्ति विनियमन में भाग लेने के लिए एमपीपीटी बिंदु को मामूली रूप से कम कर सकती है।
ऊर्जा भंडारण एसओसी प्रबंधन: ऊर्जा भंडारण बैटरियों का एसओसी सिस्टम के दीर्घकालिक स्थिर संचालन को प्रभावित करने वाला एक प्रमुख कारक है। बैटरी की ओवरचार्जिंग या ओवरडिस्चार्जिंग को रोकने के लिए एसओसी प्रबंधन रणनीतियों को वीएसजी नियंत्रण में एकीकृत करने की आवश्यकता है।
कमजोर ग्रिड अनुकूलन क्षमता: कमजोर ग्रिड स्थितियों के तहत, ग्रिड प्रतिबाधा अपेक्षाकृत अधिक होती है, और वोल्टेज और आवृत्ति में उतार-चढ़ाव की संभावना अधिक होती है। सिस्टम की स्थिरता मार्जिन को बढ़ाने के लिए कमजोर ग्रिड विशेषताओं के लिए वीएसजी नियंत्रण को अनुकूलित करने की आवश्यकता है4.
2. ऊर्जा भंडारण वीएसजी का सिस्टम आर्किटेक्चर
ऊर्जा भंडारण वीएसजी ग्रिड - कनेक्शन प्रणाली मुख्य रूप से फोटोवोल्टिक सरणियों, ऊर्जा भंडारण प्रणालियों, इनवर्टर और वीएसजी नियंत्रण इकाइयों से बनी है।
फोटोवोल्टिक ऐरे: यह सौर ऊर्जा को डीसी विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए जिम्मेदार है, जो सिस्टम का ऊर्जा स्रोत है। फोटोवोल्टिक इन्वर्टर फोटोवोल्टिक सरणी से ऊर्जा के निष्कर्षण को अधिकतम करने के लिए अधिकतम पावर प्वाइंट ट्रैकिंग (एमपीपीटी) नियंत्रण रणनीति को अपना सकता है, या सिस्टम के समन्वित नियंत्रण में भाग ले सकता है जब सिस्टम को इसकी आवश्यकता होती है, जो कुछ समर्थन प्रदान करता है।
ऊर्जा भंडारण प्रणाली: आमतौर पर, बैटरी या सुपर - कैपेसिटर का उपयोग किया जाता है। द्विदिश डीसी - डीसी कनवर्टर के माध्यम से, फोटोवोल्टिक पावर के आउटपुट उतार-चढ़ाव को दबाने और सिस्टम की स्थिरता में सुधार करने के लिए ऊर्जा भंडारण और रिलीज का एहसास होता है। ऊर्जा भंडारण इकाई द्विदिशात्मक डीसी - डीसी कनवर्टर पर आधारित दोहरी - लूप नियंत्रण वास्तुकला को अपनाती है। बाहरी - लूप नियंत्रण एक पीआई नियामक के माध्यम से डीसी - बस वोल्टेज की स्थिरता बनाए रखने के लिए एक वोल्टेज - समकारी नियंत्रण रणनीति को अपनाता है, जिसका प्रतिक्रिया समय 5 एमएस से कम या उसके बराबर होता है। आंतरिक - लूप नियंत्रण, वर्तमान तरंग गुणांक के साथ, राज्य प्रतिक्रिया का उपयोग करके संदर्भ वर्तमान को सटीक रूप से ट्रैक करने के लिए वर्तमान डिकॉउलिंग नियंत्रण को कार्यान्वित करता है<1.5%.
इन्वर्टर: यह डीसी विद्युत ऊर्जा को एसी विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है और वीएसजी नियंत्रण इकाई के माध्यम से पावर ग्रिड के साथ सिंक्रनाइज़ेशन और विनियमन का एहसास करता है। ऊर्जा - भंडारण वीएसजी प्रणाली में, वीएसजी नियंत्रण आम तौर पर ऊर्जा - भंडारण कनवर्टर या एकीकृत कनवर्टर पर लागू होता है क्योंकि ऊर्जा - भंडारण प्रणाली में द्विदिशीय बिजली प्रवाह की क्षमता होती है, जो सिंक्रोनस जनरेटर के सक्रिय और प्रतिक्रियाशील शक्ति नियंत्रण को अनुकरण करने के लिए अधिक उपयुक्त है।
वीएसजी नियंत्रण इकाई: यह प्रणाली का मूल है। सिंक्रोनस जनरेटर के रोटर गति समीकरण और प्रतिक्रियाशील - वोल्टेज नियंत्रण समीकरण का अनुकरण करके, यह पावर ग्रिड की आवृत्ति और वोल्टेज के विनियमन का एहसास करता है। वीएसजी नियंत्रण इकाई में एक पावर गणना और फ़िल्टरिंग मॉड्यूल भी शामिल है, जो आउटपुट वोल्टेज और करंट एकत्र करता है और उच्च - आवृत्ति शोर और ग्रिड गड़बड़ी के प्रभाव को खत्म करने के लिए संबंधित फ़िल्टरिंग प्रसंस्करण करता है।5.
3. पावर ग्रिड के लिए ऊर्जा भंडारण वीएसजी की सहायता भूमिका
3.1आवृत्ति समर्थन
जड़ता समर्थन: बिजली प्रणाली में, पारंपरिक सिंक्रोनस जनरेटर अपनी घूर्णी जड़ता के आधार पर सिस्टम आवृत्ति की स्थिरता में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। जब ग्रिड आवृत्ति में उतार-चढ़ाव होता है, तो सिंक्रोनस जनरेटर की घूर्णी जड़ता गतिज ऊर्जा को अवशोषित या जारी कर सकती है, जिससे आवृत्ति में परिवर्तन की दर धीमी हो जाती है। ऊर्जा भंडारण वीएसजी आभासी जड़ता के माध्यम से पारंपरिक जनरेटर की रोटर जड़ता का अनुकरण करता है। जब ग्रिड आवृत्ति बदलती है, तो वीएसजी आवृत्ति के परिवर्तन की दर को धीमा करने के लिए ऊर्जा को जल्दी से जारी या अवशोषित कर सकता है। उदाहरण के लिए, जब ग्रिड आवृत्ति अचानक गिरती है, तो आभासी जड़ता वाला वीएसजी रोटर गति समीकरण के अनुसार ऊर्जा जारी करेगा, सक्रिय शक्ति का उत्पादन बढ़ाएगा और आवृत्ति में और गिरावट को दबा देगा।
फ़्रीक्वेंसी विनियमन: वीएसजी पावर - फ़्रीक्वेंसी ड्रॉप नियंत्रण रणनीति के माध्यम से पावर ग्रिड के प्राथमिक आवृत्ति विनियमन में भाग ले सकता है। यह रेटेड पावर/0.1 हर्ट्ज के 2% की आवृत्ति - मॉड्यूलेशन डेड - क्षेत्र को कॉन्फ़िगर करता है और प्रतिक्रिया समय के साथ ±0.5 हर्ट्ज की सीमा के भीतर स्वचालित आवृत्ति विनियमन प्राप्त करने के लिए ड्रॉप नियंत्रण का उपयोग करता है।<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.
3.2वोल्टेज समर्थन
वोल्टेज विनियमन के लिए प्रतिक्रियाशील - वोल्टेज ड्रॉप नियंत्रण: वीएसजी सिंक्रोनस जनरेटर की उत्तेजना प्रणाली का अनुकरण करके, यानी प्रतिक्रियाशील - वोल्टेज ड्रॉप विशेषता के माध्यम से आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित करता है। यह प्रतिक्रियाशील शक्ति विचलन मान की गणना करता है और फिर सिस्टम वोल्टेज के प्रभावी नियंत्रण का एहसास करने के लिए वोल्टेज को समायोजित करता है। पावर ग्रिड में, जब वोल्टेज में उतार-चढ़ाव होता है, तो वीएसजी प्रतिक्रियाशील - वोल्टेज ड्रॉप विशेषता के अनुसार आउटपुट प्रतिक्रियाशील शक्ति को समायोजित कर सकता है। उदाहरण के लिए, जब ग्रिड वोल्टेज गिरता है, तो वीएसजी प्रतिक्रियाशील शक्ति का उत्पादन बढ़ा देगा, और प्रतिक्रियाशील शक्ति वोल्टेज बढ़ाने के लिए ग्रिड पर कार्य करेगी; जब ग्रिड वोल्टेज बढ़ता है, तो वीएसजी वोल्टेज को कम करने के लिए प्रतिक्रियाशील शक्ति के उत्पादन को कम कर देगा।
कमजोर ग्रिड में गतिशील प्रतिक्रियाशील समर्थन: कमजोर - ग्रिड या द्वीप - मोड स्थितियों में, ऊर्जा - भंडारण वीएसजी का उपयोग समर्थन प्रदान करने के लिए वोल्टेज स्रोत के रूप में किया जा सकता है। कमजोर - ग्रिड क्षेत्रों में, ग्रिड प्रतिबाधा अपेक्षाकृत अधिक होती है, और वोल्टेज और आवृत्ति में उतार-चढ़ाव की अधिक संभावना होती है। वीएसजी प्रतिक्रियाशील मुआवजा प्रदान करके वोल्टेज स्थिरता में सुधार कर सकता है। उदाहरण के लिए, कमजोर पावर ग्रिड वाले कुछ दूरदराज के क्षेत्रों में, वीएसजी पावर ग्रिड की वोल्टेज स्थिति के अनुसार वास्तविक - समय में आउटपुट प्रतिक्रियाशील शक्ति को समायोजित कर सकता है, पावर ग्रिड की प्रतिक्रियाशील - बिजली की कमी की भरपाई कर सकता है और वोल्टेज की स्थिरता बनाए रख सकता है।7.
3.3पावर ग्रिड स्थिरता में सुधार
सिस्टम दोलन का दमन: वीएसजी नियंत्रण सिंक्रोनस जनरेटर की भिगोना विशेषताओं का अनुकरण करता है, जो सिस्टम दोलन को प्रभावी ढंग से दबा सकता है और सिस्टम के गतिशील प्रतिक्रिया प्रदर्शन में सुधार कर सकता है। नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के उच्च अनुपात वाली बिजली प्रणाली में, बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की डंपिंग की कमी के कारण, सिस्टम में कुछ गड़बड़ी के तहत बिजली दोलन का खतरा होता है। वीएसजी नियंत्रण एल्गोरिदम के माध्यम से वर्चुअल डंपिंग शुरू कर सकता है। जब सिस्टम में बिजली में उतार-चढ़ाव या दोलन होता है, तो वर्चुअल डंपिंग दोलन को दबाने और सिस्टम को जल्दी से स्थिर स्थिति में वापस लाने में भूमिका निभाएगी।
क्षमता के माध्यम से फॉल्ट - राइड - को बढ़ाना: वीएसजी तकनीक ऊर्जा भंडारण प्रणालियों की क्षमता के माध्यम से फॉल्ट - राइड - को बढ़ा सकती है। जब ग्रिड वोल्टेज अस्थायी रूप से गिरता है, तो वीएसजी प्रतिक्रियाशील समर्थन के माध्यम से पावर ग्रिड को ठीक होने में मदद कर सकता है। उदाहरण के लिए, कम - वोल्टेज राइड - से (एलवीआरटी) के मामले में, वीएसजी वोल्टेज ड्रॉप स्थिति के अनुसार आउटपुट प्रतिक्रियाशील शक्ति को समायोजित कर सकता है, पावर ग्रिड के लिए प्रतिक्रियाशील मुआवजा प्रदान कर सकता है, और पावर ग्रिड को जल्दी से वोल्टेज स्थिरता बहाल करने में मदद कर सकता है, ग्रिड गड़बड़ी के दौरान ऊर्जा - भंडारण प्रणाली के वियोग से बच सकता है और पावर ग्रिड की स्थिरता और विश्वसनीयता में सुधार कर सकता है।
ग्रिड - कनेक्टेड और आइलैंड - मोड के बीच निर्बाध स्विचिंग: ऊर्जा - स्टोरेज वीएसजी ग्रिड - कनेक्टेड और आइलैंड - मोड के बीच निर्बाध स्विचिंग का समर्थन करता है। माइक्रो - ग्रिड में, दिन के दौरान, फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन पीक्यू मोड में काम कर सकता है, और रात में या द्वीप - मोड में, माइक्रो - ग्रिड की स्थिरता बनाए रखने के लिए इसे वीएसजी मोड में स्विच किया जा सकता है। यह निर्बाध - स्विचिंग क्षमता कुंजी लोड (जैसे अस्पताल, डेटा सेंटर) की निरंतर बिजली आपूर्ति सुनिश्चित करती है और बिजली प्रणाली की विश्वसनीयता और लचीलेपन में सुधार करती है8.
4.आवेदन परिदृश्य
उच्च अनुपात वाली नई ऊर्जा पहुंच परिदृश्य: नई ऊर्जा के बड़े पैमाने पर एकीकरण के साथ, पावर ग्रिड की जड़ता और शॉर्ट सर्किट क्षमता कम हो गई है, और आवृत्ति और वोल्टेज की स्थिरता को चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है। इस परिदृश्य में वर्चुअल सिंक्रोनस जनरेटर और ग्रिड संरचित ऊर्जा भंडारण दोनों का महत्वपूर्ण अनुप्रयोग मूल्य है। वे नई ऊर्जा बिजली उत्पादन प्रणालियों के लिए आवश्यक जड़त्वीय और भिगोना समर्थन प्रदान कर सकते हैं, पावर ग्रिड की स्थिरता और विश्वसनीयता बढ़ा सकते हैं, नई ऊर्जा को समायोजित करने की क्षमता बढ़ा सकते हैं, और नई ऊर्जा के उच्च अनुपात के साथ बिजली प्रणालियों के सुरक्षित और स्थिर संचालन को सुनिश्चित कर सकते हैं।
माइक्रोग्रिड परिदृश्य: माइक्रोग्रिड परिदृश्य में, चाहे वह ग्रिड से कनेक्टेड ऑपरेशन हो या ऑफ ग्रिड ऑपरेशन हो, सिस्टम के वोल्टेज और आवृत्ति की स्थिरता बनाए रखने के लिए एक स्थिर और विश्वसनीय बिजली आपूर्ति की आवश्यकता होती है। वर्चुअल सिंक्रोनस जनरेटर द्वारा नियंत्रित ऊर्जा भंडारण प्रणाली पारंपरिक डीजल जनरेटर की तरह ही माइक्रोग्रिड के लिए स्थिर बिजली समर्थन प्रदान कर सकती है, जिससे माइक्रोग्रिड की सुचारू स्विचिंग और स्वतंत्र संचालन प्राप्त हो सकता है। वर्चुअल सिंक्रोनस जनरेटर तकनीक पर आधारित ऊर्जा भंडारण बनाने वाली ग्रिड, माइक्रोग्रिड के मुख्य ऊर्जा स्रोत के रूप में काम कर सकती है, माइक्रोग्रिड के स्थिर संचालन का निर्माण और समर्थन कर सकती है, और माइक्रोग्रिड की बिजली आपूर्ति विश्वसनीयता और बिजली की गुणवत्ता को बढ़ा सकती है।
ग्रिड की ओर से सहायक सेवाएं: ग्रिड की ओर से संरचित ऊर्जा भंडारण आवृत्ति विनियमन और वोल्टेज विनियमन जैसी सहायक सेवाओं में भाग लेता है, और वीएसजी प्रौद्योगिकी के माध्यम से जड़ता प्रतिक्रिया और गतिशील समर्थन प्रदान करता है।
कमजोर पावर ग्रिड और दूरदराज के क्षेत्र: कमजोर पावर ग्रिड शक्ति वाले क्षेत्रों या दूरदराज के क्षेत्रों में, ग्रिड {{0}संरचित ऊर्जा भंडारण वीएसजी प्रौद्योगिकी के माध्यम से शॉर्ट सर्किट क्षमता और वोल्टेज समर्थन प्रदान करता है, जिससे डीजल जनरेटर पर निर्भरता कम हो जाती है।9.
1.सीएसडीएन, ऊर्जा भंडारण वर्चुअल सिंक्रोनस जनरेटर तकनीक।
2.CSDN, ग्रिड-सिमुलिंक सिमुलेशन के साथ वर्चुअल सिंक्रोनस जनरेटर पर आधारित फोटोवोल्टिक हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण प्रणाली।
3.ली योंगली, ली यी। वर्चुअल सिंक्रोनस जनरेटर पर आधारित फोटोवोल्टिक हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के लिए बिजली वितरण और वर्चुअल जड़ता नियंत्रण विधि। CN202211422434.1 [2025-04-20]।
4.दाई जियाओयांग, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग। बिजली वितरण रणनीति और हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण वर्चुअल सिंक्रोनस जेनरेटर सिस्टम की स्थिरता पर शोध [डी] हुआज़होंग विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय [2025-04-20]।
5.सीएसडीएन, वर्चुअल सिंक्रोनाइजेशन वीएसजी ग्रिड - फोटोवोल्टिक एनर्जी स्टोरेज पर अनुसंधान के बाद सक्रिय और प्रतिक्रियाशील पावर से जुड़ा (सिमुलिंक सिमुलेशन के माध्यम से कार्यान्वित)।
6. वैज्ञानिक अनुसंधान पत्रों और तकनीकी जानकारी के लिए राष्ट्रीय उच्च स्तरीय विनिमय मंच, असंतुलित ग्रिड वोल्टेज के तहत फोटोवोल्टिक भंडारण वीएसजी की नियंत्रण रणनीति में सुधार।
7.वीआईपी सूचना, ऊर्जा भंडारण प्रकार स्थैतिक प्रतिक्रियाशील बिजली उत्पादन उपकरण और इसका स्वयं तुल्यकालिक वोल्टेज स्रोत नियंत्रण।
8.एनएसटीएल, भौतिक बाधाओं के आधार पर ऊर्जा भंडारण पावर स्टेशन का वर्चुअल सिंक्रोनस जेनरेटर अनुकूली नियंत्रण।
9.सीएसडीएन, वर्चुअल सिंक्रोनस जेनरेटर और ग्रिड के बीच संबंध -संरचित ऊर्जा भंडारण।