पवन और सौर नई ऊर्जा की बढ़ती पैठ और पारंपरिक सिंक्रोनस इकाइयों के निरंतर डीकमीशन के साथ, बिजली प्रणालियाँ एक में प्रवेश कर रही हैंनिम्न-जड़ता युग. फोटोवोल्टिक और ऊर्जा भंडारण के लिए पावर रूपांतरण प्रणाली (पीसीएस), इन्वर्टर आधारित पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के रूप में, कोई घूमने वाले रोटर नहीं होते हैं और कोई प्राकृतिक घूर्णी जड़ता नहीं होती है। एक बार पावर ग्रिड में गड़बड़ी होने पर, आवृत्ति परिवर्तन की दर (RoCoF) में तेजी से वृद्धि होगी, जिससे आसानी से व्यापक दोष उत्पन्न होंगे और बड़े पैमाने पर ग्रिड बंद हो जाएंगे।
की प्रमुख प्रौद्योगिकियों में से एकग्रिड-फॉर्मिंग (जीएफएम) पीसीएसहैकृत्रिमसिंक्रोनस जेनरेटर (वीएसजी) एल्गोरिदम. यह सॉफ्टवेयर में सिंक्रोनस जनरेटर के रोटर गति समीकरण को हल करता है और कोड के माध्यम से सिंथेटिक घूर्णी जड़ता का निर्माण करता है, जिससे स्थैतिक बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरण पारंपरिक भाप या जलविद्युत उत्पादन इकाइयों के समान जड़ता समर्थन प्रदान करने में सक्षम होते हैं। यह कमजोर ग्रिड परिदृश्यों में ऊर्जा भंडारण के स्थिर संचालन की कुंजी भी है।
I. वीएसजी का मौलिक सिद्धांतसिंथेटिक जड़ता
पारंपरिक सिंक्रोनस जनरेटर बड़े रोटार में संग्रहीत गतिज ऊर्जा पर निर्भर करते हैं। जब ग्रिड आवृत्ति गिरती है, तो रोटार तीव्र आवृत्ति भिन्नता में बाधा डालने के लिए गतिज ऊर्जा छोड़ते हैं; जब आवृत्ति बढ़ती है, तो वे आवृत्ति स्पाइक्स पर अंकुश लगाने के लिए अतिरिक्त शक्ति को अवशोषित करते हैं, जो अनिवार्य रूप से एक भौतिक फ्लाईव्हील प्रभाव बनाते हैं।
वीएसजी यांत्रिक घटकों पर निर्भर नहीं है। इसके बजाय, यह पीसीएस नियंत्रक के अंदर रोटर गति समीकरण को हल करता है:
J: कृत्रिमनिष्क्रियता के पल(सॉफ़्टवेयर पैरामीटर द्वारा कॉन्फ़िगर किया गया)
Pₘ: सिंथेटिक मैकेनिकल पावर संदर्भ
पीₑ: पीसीएस का वास्तविक विद्युत चुम्बकीय विद्युत उत्पादन
D: सिंथेटिक भिगोना गुणांक
ω: पीसीएस का आंतरिक सिंथेटिक कोणीय वेग
ωg: मापा गया ग्रिड कोणीय वेग
जब पावर ग्रिड में बिजली की कमी होती है और ग्रिड का कोणीय वेग ωg कम हो जाता है, तो समीकरण में एक असंतुलित पावर शब्द दिखाई देता है। नियंत्रक तुरंत ऊर्जा भंडारण बैटरी से विद्युत ऊर्जा खींचता है और अतिरिक्त जड़ता शक्ति का उत्पादन करता हैआवृत्ति परिवर्तन की दर (RoCoF) को सीमित करेंऔर आवृत्ति गिरावट को धीमा करें। इसके विपरीत, बिजली अधिशेष और आवृत्ति वृद्धि के मामले में, पीसीएस तीव्र आवृत्ति वृद्धि को दबाने के लिए अतिरिक्त बिजली को अवशोषित करता है।
द्वितीय. विशिष्ट वीएसजी का विश्लेषणसिंथेटिक जड़ताकोड (MATLAB उदाहरण)
नीचे सिंथेटिक जड़ता नियंत्रण के लिए एक विशिष्ट कार्यान्वयन कोड है:
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मतलब |
सिंथेटिक जड़ता समय स्थिरांक Tᵥᵢᵣₜ को परिभाषित करें, जो आमतौर पर 2~8 सेकंड तक होता है, जो जड़ता समर्थन की ताकत का प्रतिनिधित्व करता है;
रेटेड आवृत्ति से आधार कोणीय आवृत्तिωbₐₛₑ की गणना करें, फिर जड़ता के सिंथेटिक क्षण Jᵥᵢᵣₜ प्राप्त करें;
दो लगातार टाइमस्टैम्प पर ग्रिड आवृत्ति का नमूना लें और कोणीय आवृत्ति परिवर्तन दर dω/dt (RoCoF के अनुरूप) की गणना करें;
Jᵥᵢᵣₜ और कोणीय आवृत्ति भिन्नता दर का उपयोग करके अतिरिक्त जड़त्व शक्ति Pᵢₙₑᵣₜᵢₐ की गणना करें;
अंतिम पीसीएस आउटपुट पावर कमांड Pᵣₑfₜₒₜₐₗ प्राप्त करने के लिए मूल पावर संदर्भ Pᵣₑf पर जड़त्व शक्ति को सुपरपोज़ करें।
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मुख्य बिंदु:जड़ता शक्ति की प्रतिक्रिया गति पीसीएस हार्डवेयर की स्विचिंग आवृत्ति द्वारा निर्धारित की जाती है. पारंपरिक सिलिकॉन आईजीबीटी आधारित पीसीएस केवल 3 ~ 5 किलोहर्ट्ज़ की स्विचिंग आवृत्ति प्राप्त करता है, जिसमें सैकड़ों माइक्रोसेकंड तक नियंत्रण विलंबता और सिंथेटिक जड़ता में स्पष्ट चरण अंतराल होता है। इसके विपरीत, जीएफएम पीसीएस SiC मॉड्यूल को अपनाने से स्विचिंग आवृत्ति को 100 kHz स्तर तक बढ़ा देता है, जिससे नियंत्रण विलंबता लगभग एक दर्जन माइक्रोसेकंड तक संपीड़ित हो जाती है। इसकी जड़ता प्रतिक्रिया वास्तविक सिंक्रोनस जनरेटर से बेहतर मेल खाती है, और कमजोर ग्रिड में स्थिरता में काफी सुधार होता है। |
तृतीय. वीएसजी के बीच आवश्यक अंतरसिंथेटिक जड़ताऔर ग्रिड-निम्नलिखित (जीएफएल)
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प्रकार |
मुख्य विशेषताएँ |
जड़ता क्षमता |
लागू परिदृश्य |
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ग्रिड-निम्नलिखित (जीएफएल) पीसीएस |
नियंत्रित वर्तमान स्रोत, ग्रिड वोल्टेज चरण को ट्रैक करने के लिए पीएलएल पर निर्भर करता है |
कोई मूल जड़ता नहीं; केवल सीमित सहायक सिंथेटिक जड़ता, दोषों के तहत चरण लॉक के नुकसान की संभावना |
Strong power grid, high Short-Circuit Ratio (SCR) >3 |
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ग्रिड-वीएसजी पीसीएस का निर्माण |
नियंत्रित वोल्टेज स्रोत, स्वायत्त रूप से वोल्टेज/आवृत्ति संदर्भ स्थापित करता है |
मूल सिंथेटिक जड़ता + भिगोना, स्वतंत्र रूप से आवृत्ति का समर्थन करता है, ब्लैक स्टार्ट में सक्षम है |
कमजोर ग्रिड एससीआर<3, high-renewable-energy bases, islanded microgrids |
ग्रिड के लिए निम्नलिखित कन्वर्टर्स का आधार यह है कि ग्रिड स्वयं एक कठोर वोल्टेज स्रोत के रूप में कार्य करता है। बड़ी लाइन प्रतिबाधा के साथ कमजोर ग्रिड में, सामान्य युग्मन बिंदु (पीसीसी) पर वोल्टेज आसानी से बह जाता है, चरण - लॉक लूप स्थिरता खो देता है, और अतिरिक्त सिंथेटिक जड़ता का प्रभाव बहुत कमजोर हो जाता है।
जीएफएम वीएसजी पीसीएस अब बाहरी कठोर ग्रिड पर निर्भर नहीं है और स्वयं वोल्टेज एंकर के रूप में कार्य करता है। यहां तक कि जब ग्रिड शॉर्ट - सर्किट अनुपात (एससीआर) 1.5 या उससे कम हो जाता है, तो यह सिंथेटिक जड़ता को स्थिर रूप से आउटपुट कर सकता है और सिस्टम दोलन को दबा सकता है।
चतुर्थ. इंजीनियरिंग कार्यान्वयन के लिए डिज़ाइन संबंधी विचार
की ट्यूनिंगसिंथेटिक जड़तापैरामीटर
Tᵥᵢᵣₜ बड़ा होने पर बेहतर नहीं है। अत्यधिक बड़ा Jᵥᵢᵣₜ निम्न आवृत्ति दोलन प्रस्तुत करता है; अत्यधिक छोटा मान अपर्याप्त जड़ता समर्थन प्रदान करता है और RoCoF को नियंत्रित करने में विफल रहता है। इंजीनियरिंग अभ्यास में,अनुकूली परिवर्तनशील जड़त्वआमतौर पर अपनाया जाता है: वृद्धिJतीव्र आवृत्ति उतार-चढ़ाव के दौरान और कम हो जाती हैJस्थिरता और गतिशील प्रतिक्रिया को संतुलित करने के लिए स्थिर स्थिति में।
ऊर्जा भंडारण क्षमता की बाधाएँ
सिंथेटिक जड़ता के लिए सारी ऊर्जा ऊर्जा भंडारण बैटरी से आती है। अल्पावधि जड़त्व समर्थन चार्जिंग और डिस्चार्जिंग को ट्रिगर करता है। डिज़ाइन के दौरान, बार-बार जड़ता प्रतिक्रिया के कारण होने वाली सीमा सुरक्षा क्रियाओं को रोकने के लिए बैटरी की शक्ति और चार्ज की स्थिति (एसओसी) रेंज को सत्यापित करना आवश्यक है।
हार्डवेयर बैंडविड्थ बाधा
इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि वीएसजी सिंथेटिक जड़ता एल्गोरिदम कितनी अच्छी तरह डिज़ाइन किया गया है, यह बिजली उपकरणों की स्विचिंग गति से सीमित है। कम स्विचिंग आवृत्ति द्वारा शुरू की गई नियंत्रण देरी जड़ता प्रदर्शन को कमजोर करती है और यहां तक कि सबसिंक्रोनस दोलन को भी प्रेरित कर सकती है। उच्च{{2}बैंडविड्थ SiC पावर मॉड्यूल उच्च प्रदर्शन वाले GFM PCS के लिए हार्डवेयर आधार बनाते हैं।
V. औद्योगिक मूल्य का सारांश
दुनिया भर में ग्रिड कोड (ईएनटीएसओ -ई एनसी आरएफजी 2.0, यूके जीसी0137, इलेक्ट्रोकेमिकल एनर्जी स्टोरेज स्टेशन के डिजाइन के लिए चीन का कोड) ने धीरे-धीरे ग्रिड बनाने की क्षमता को वैकल्पिक फ़ंक्शन से अनिवार्य ग्रिड इंटरकनेक्शन सीमा तक उन्नत कर दिया है।
वीएसजी सिंथेटिक जड़ता अनिवार्य रूप सेसॉफ्टवेयर एल्गोरिदम और उच्च गति पावर इलेक्ट्रॉनिक हार्डवेयर के माध्यम से ऊर्जा भंडारण पीसीएस पर सिंक्रोनस जेनरेटर की रोटर जड़ता को दोहराता है. बड़े पैमाने पर पवन और सौर ग्रिड एकीकरण के साथ नई {{1} प्रकार की बिजली प्रणाली में, ग्रिड की सिंथेटिक जड़ता {{3} पीसीएस बनाने वाली ग्रिड आवृत्ति स्थिरता बनाए रखने और नए ऊर्जा आधारों की ग्रिड कनेक्शन सुरक्षा की गारंटी देने के लिए मुख्य तकनीक बन रही है।
