Trägheitsprobleme in Stromnetzen
Aus physikalischer Sicht ist Trägheit definiert als: die Fähigkeit eines Objekts, äußeren Kräften zu widerstehen, die seinen Bewegungszustand stören.
Im Energiesystem nennen wir es oft Trägheit, was bedeutet, dass die im Rotor gespeicherte kinetische Energie die Einheit MW S ist, der Ausdruck:
E ist die kinetische Rotationsenergie, J ist das Trägheitsmoment, ω ist die Nennwinkelgeschwindigkeit des Generators, r ist der Rotationsradius und m ist die Masse des starren Körpers. Darüber hinaus kann die Trägheitszeitkonstante M auch verwendet werden, um die Trägheit auszudrücken, die mit der Nennkapazität zusammenhängt. Die spezifische Beziehung ist
Hier ist H die Trägheitszeit
Die Gesamtträgheit des Systems ist die Trägheit der Starteinheit und
Im neuen Energienetz speichert Windenergie zwar Trägheit, aber da Windenergie über einen Wechselrichter an das Netz angeschlossen wird, ist die tatsächlich hinzugefügte Trägheit (ausgedrückt als Rotorgeschwindigkeit der Windkraftanlage) vollständig von der Netzfrequenz entkoppelt das Gitter. Darüber hinaus gilt auch die Photovoltaik, und bei der Photovoltaik gibt es keine Trägheit. Daher können Photovoltaik und Windkraft nicht wie Synchronmaschinen an der Frequenzregelung des Stromnetzes teilnehmen. Wenn dann die Netzfrequenz aufgrund der fehlenden Trägheit schwankt, wird die Anpassungsfähigkeit stark eingeschränkt.
Für neue Energie gibt es zwei Methoden, um das Netz durch Trägheit zu unterstützen: eine ist die virtuelle Trägheit vom Stromquellentyp und die andere ist die virtuelle Trägheit vom Spannungsquellentyp. Für ein gesamtes Stromnetz kann die Trägheitsquelle wie folgt ausgedrückt werden:
Mit zunehmendem Anteil neuer Energie, die ins Netz eingespeist wird, sinkt die Trägheitskonstante des Netzes:
Die Verringerung der Trägheit wirkt sich auf die Frequenzstabilität aus. Die Definition der Frequenzstabilität lautet: Nachdem das Stromnetz eine kleine Störung oder Störung erfahren hat, kann die Systemfrequenz ohne Frequenzschwingung oder -zusammenbruch im zulässigen Bereich gehalten oder wiederhergestellt werden.
Analyse der Methode zur Verbesserung der Frequenzstabilität für Energiesysteme mit geringer Trägheit
Der Energiespeicher ist eine schnell reagierende Ressource, die in kurzer Zeit eine große Menge an Wirkleistung in das System einspeisen kann, um den Mangel auszugleichen, die Frequenzänderungsrate des Systems zu reduzieren und die maximale Frequenzabweichung des Systems zu verringern System. Aufgrund der kontinuierlichen Änderung des Frequenzsignals kann die herkömmliche Steuerungsmethode nicht den gewünschten Effekt erzielen, und es kann versucht werden, die Methode der Fuzzy-Steuerung und der modellprädiktiven Steuerung zu steuern.
Der Energiespeicher auf der Stromerzeugungsseite kann in Verbindung mit dem Generatoraggregat betrieben werden und die Frequenz kann in Verbindung mit thermischer Leistung angepasst werden.
Die Hauptfunktion der netzseitigen Energiespeicherung besteht darin, die Stromübertragung und -verteilung sowie die Frequenzregelung sicherzustellen und die Stabilität des Stromsystems zu verbessern.
Zur benutzerseitigen Energiespeicherung gehören Elektrofahrzeuge und Ladesäulen, die bei Störungen der Last schnell laden und entladen können, um auf Änderungen der Systemfrequenz zu reagieren.
Steuerungsstrategie der an der Frequenzregulierung beteiligten Energiespeicher
1. Statiksteuerung: Beteiligen Sie sich an der Frequenzregelung, indem Sie die Statikeigenschaften der Synchronmaschine durch Energiespeicherung simulieren:
Es ist ersichtlich, dass die Statikregelung tatsächlich auf die Frequenzschwankung des Netzes reagiert, indem sie einen Proportionalkoeffizienten einstellt, und wenn die Frequenz abweicht, überträgt der Energiespeicherkonverter Wirkleistung proportional zur Frequenzabweichung an das Netz. Auch diese Methode führt zu Problemen, d. h. wenn sich die Systemfrequenz zu stark ändert, kann die vom Energiespeicher nach einem festen Verhältnis bereitgestellte Wirkleistung die Frequenzmodulationsanforderungen nicht erfüllen, was dazu führt, dass die Systemfrequenz weiter sinkt.
2. Virtuelle Trägheitssteuerung: Simulieren Sie die Trägheitsreaktion von Synchrongeneratoren, um an der Frequenzmodulation teilzunehmen. Der Ausdruck lautet:
Wobei M_E der virtuelle Trägheitskoeffizient der Energiespeicherung ist. Es ist ersichtlich, dass diese Methode ähnlich wie die Statiksteuerung die Ausgangsleistung des Wandlers durch Änderung der Referenzfrequenz steuert. Der Nachteil besteht jedoch wie bei der Statikregelung darin, dass sie den stationären Wert der Frequenzabweichung nicht verbessern kann, wenn die Frequenz stark gestört ist.
Die beiden oben genannten Methoden haben jedoch Einschränkungen, das heißt, der Ladezustand (SOC) des Energiespeichers wird nicht berücksichtigt. Wenn die Frequenzabweichung groß ist, muss der Energiespeicher in kurzer Zeit eine große Menge an Wirkleistung bereitstellen , aber die Frequenzwiederherstellung ist immer noch langsam und die Energiekapazität des Speichers reicht nicht aus. Nach einer langen Zeit des Ladens und Entladens kann der Energiespeicher aufgrund der Aufnahme oder Abgabe von Wirkleistung gesättigt oder erschöpft sein. Sobald eine solche Situation auftritt, wird die hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Lade- und Entladeleistung des Energiespeichers plötzlich der Frequenzregelung entzogen wird und das System möglicherweise ausfällt. Es tritt ein sekundäres Wirkleistungsdefizit auf, das zu einem sekundären Abfall der Systemfrequenz führt.
Um dieses Problem zu lösen, gibt es einige Frequenzmodulationsstrategien, die den SOC-Zustand berücksichtigen, z. B. die Bereitstellung unterschiedlicher Lade- und Entladeeffizienzen in verschiedenen SOC-Stufen, sodass die Batterie in einem ladefähigen Zustand gehalten werden kann und für längere Zeit entlassen.
wie im Bild gezeigt
Darüber hinaus gibt es natürlich einige Designspieltheorien und gemeinsame Energiespeicherstrategien für eine optimale Planung, auf die wir später noch eingehen werden.
Referenzen für diesen Artikel: [1] Ye Lin, Wang Kaifeng, Lai Yening, Chen Hao, Zhao Yongning, Xu Strategie [J]. Stromnetztechnologie,2023,47(02):446-464.DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2022.1269.