동기 서버

Synchronverter
그림 1싱크로나이버 작동 환경의 간단한 다이어그램

동기식 발전기 또는 가상 동기식[1][2] 발전기는 전력 시스템의 보조 서비스에 "합성 관성"을 제공하기 위해 [4]동기식 발전기(SG)[3]를 모방하는 인버터이다.관성은 발생하는 전기에 비례하는 주파수로 회전하는 시스템의 회전 물리 질량과 관련된 표준 동기 발전기의 특성입니다.관성은 회전하는 물리적 질량의 운동 에너지를 변화시키기 위해 작업이 필요하기 때문에 그리드 안정성에 영향을 미친다.인버터 기반 발전에는 파형이 전력전자를 통해 인위적으로 생성되기 때문에 본질적으로 이 특성이 없다.

배경

표준 인버터는 매우 낮은 관성 요소입니다.대부분 결함이나 부하의 갑작스러운 변화에 기인하는 과도기 동안에는 변화가 빠르게 일어나고 더 나쁜 상태를 초래할 수 있지만 동기식 발전기는 안정성을 유지할 수 있는 현저한 관성을 가지고 있습니다.

그리드는 특정 주파수로 작동하도록 설계되었습니다.전력 공급과 수요가 완벽하게 균형을 이루면 그리드 주파수는 공칭 주파수로 유지됩니다.그러나 공급과 수요의 불균형은 이 공칭 주파수에서 이탈로 이어집니다.전력 생산과 수요의 균형이 완전히 잡히지 않는 것이 표준이지만, 그리드 주파수가 ±0.05Hz의 [5]작은 대역 내에 있도록 불균형이 엄격하게 제어된다.동기식 발전기의 회전 질량은 그리드가 주파수의 변화에 대항하기 위한 일종의 운동 에너지 뱅크 역할을 합니다. 전력 공급과 수요의 불균형으로 인해 발생하는 그리드로부터 전력을 공급하거나 흡수할 수 있습니다. 즉, 속도를 높이거나 느리게 함으로써 운동에너지의 형태로 에너지를 공급하거나 흡수할 수 있습니다.운동 에너지의 변화는 주파수의 변화에 비례한다.회전 질량의 속도를 높이거나 낮추려면 작업이 필요하기 때문에 이 관성은 활성 전력 불균형의 영향을 완화하므로 [6]주파수가 감소합니다.인버터 기반 발전에는 본질적으로 관성이 없기 때문에 인버터 기반 재생 에너지 발전의 보급이 증가하면 전력 시스템의 [7][8]신뢰성이 위협받을 수 있다.

또한, 주로 태양광 발전(PV)과 풍력에 관한 재생 에너지원(RES)의 변동성은 전력 불균형의 더 빈번한 과도 기간을 만들어 이 문제를 증폭시킬 수 있다.이론적으로 인버터 기반 발전은 전기 토크(활성 출력)를 변경하여 주파수 불균형에 대응하도록 제어할 수 있습니다.합성 관성은 "유닛 [9]단자의 주파수 변화율(RoCoF)에 비례하는 유닛의 전기 토크의 제어된 기여"로 정의된다.단, 이 RoCoF에 반응하는 용량을 확보하려면 참가 발전기는 최대 출력보다 낮은 수준에서 작동해야 하며, 따라서 출력의 일부가 이 특정 응답에 예약되어 있어야 합니다.또한 생산의 고유한 가변성은 합성 관성을 제공하는 발전기의 용량을 제한한다.이러한 신뢰성과 동작 속도가 빠른 전원 공급 장치가 필요하기 때문에 인버터 기반 에너지 저장 장치는 합성 관성을 제공할 수 있는 더 나은 후보가 됩니다.

역사

하이드로퀘벡은 2005년부터 최초의 그리드 운영자로서 합성 관성을 요구하기 시작했다.주파수 강하에 대응하기 위해 그리드 운영자는 전력 전자 장치와 풍력 터빈 [4]로터의 회전 관성을 결합하여 일시적으로 6%의 전력 부스트를 요구합니다.2016년 [10][11]유럽, 2020년 [12][13]호주에서도 비슷한 요건이 시행되었다.

Synchronverter 모델

그림 2싱크로나이버 전원
그림 3무한버스에 연결된 SG의 위상별 모델

싱크로 컨버터 구조는 전원부(그림2 참조)와 전자부(전자부)의 두 부분으로 나눌 수 있습니다.전원 부분은 브리지, 필터 회로, 전원 라인 등을 포함한 에너지 변환 및 전송 경로입니다.전자 부품은 센서 및 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함한 측정 및 제어 장치를 말합니다.

싱크로나이버 모델링에서 중요한 점은 싱크로나이저 제너레이터와 유사한 동적 동작을 가지고 있는지 확인하는 것입니다(그림 3 참조).이 모델은 복잡하기 때문에 2차 모델부터 7차 모델까지로 분류됩니다.그러나 정확도와 [14]복잡도가 적절히 절충되기 때문에 3차 모델이 널리 사용됩니다.

서 V d q {는 단자 전압의 dq축 구성요소입니다.

동기식 단자 전압 및 전류는 이러한 방정식을 충족하지만 동기식 발전기는 동기식 발전기로 볼 수 있습니다.이를 통해 동기식 발전기 모델로 대체하여 문제를 쉽게 해결할 수 있습니다.

제어 전략

그림 4그리드 접속 파워 인버터의 일반적인 제어 구조. (a) 전압 공급으로 제어되는 경우. (b) 전류 공급으로 제어되는 경우.

그림3과 같이 인버터가 전압원으로 제어될 때 인버터는 그리드와 동기하는 동기유닛과 그리드와 교환되는 실전력과 무효전력을 조절하는 전원루프로 구성된다.동기화 장치는 종종 주파수와 [15]진폭을 제공해야 합니다.그러나 인버터를 전류원으로 제어하면 동기 장치가 그리드의 위상만 제공해야 하는 경우가 많기 때문에 인버터를 전류원으로 [16]제어하기가 훨씬 쉽습니다.

그림 5그리드 접속 인버터를 위한 콤팩트한 제어 구조.

동기식 발전기는 본질적으로 그리드와 동기화되기 때문에 동기 [17]장치를 사용하지 않고도 동기 기능을 전원 컨트롤러에 통합할 수 있습니다.그 결과 그림 4와 같이 콤팩트한 제어 유닛이 됩니다.

적용들

PV

그림 63상 동기기의 전원 부품.

앞서 언급한 바와 같이 동기식 발전기는 동기식 발전기와 같이 취급할 수 있으므로 선원을 제어하기 쉽기 때문에 PV 1차 에너지원(PES)[18]에 널리 사용되어야 한다.

HVDC[19]

풍력[20][4] 터빈

직류 마이크로 그리드

또, DC전원은 통신 [21]네트워크 없이 AC전압의 주파수와 함께 조정될 수 있기 때문에, 마이크로 그리드에서 사용하는 것을 추천합니다.

배터리 예약

호주의 Hornsdale Power Reserve에서 입증되었듯이

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 방가오, 레자 이라바니 씨"배전망 연결 및 자율 운영 모드에서 분산 발전 장치를 위한 제어 전략", IEEE 전력 공급 거래, 볼륨 23, 페이지 850-859, (2008)
  2. ^ 용첸, 랄프 헤세, 더크 투르슈네르 등「가상 동기 머신을 사용한 grid 전력 품질 향상」, 2011년 전력 엔지니어링, 에너지 및 전기 드라이브에 관한 국제 회의의 속행, 페이지 1-6, (2011).
  3. ^ Qing-Chang, Zhong; Weiss, George (2011). "Synchronverters: Inverters That Mimic Synchronous Generators". IEEE Transactions on Industrial Electronics. 58 (4): 1259–1267. doi:10.1109/TIE.2010.2048839. S2CID 11627662.
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  7. ^ Peyghami, Saeed; Davari, Pooya; Mokhtari, Hossein; Loh, Poh Chiang; Blaabjerg, Frede (2016). "Synchronverter-enabled DC power sharing approach for LVDC microgrids" (PDF). IEEE Transactions on Power Electronics. 32 (10): 8089. Bibcode:2017ITPE...32.8089P. doi:10.1109/TPEL.2016.2632441. S2CID 39882891.
  8. ^ Waffenschmidt, Eberhard; S.Y. Hui, Ron. "Virtual inertia with PV inverters using DC-link capacitors". {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
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  12. ^ "Mandatory primary frequency response". AEMC. 26 March 2020. Archived from the original on 8 March 2020.
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  20. ^ 엄마, 젠위.풍력 발전을 위한 동기식 제어.디스 © Zhenyu Ma, 2012.
  21. ^ Peyghami, Saeed; Davari, Pooya; Mokhtari, Hossein; Chiang Loh, Poh (2016). "Synchronverter-Enabled DC Power Sharing Approach for LVDC Microgrids" (PDF). IEEE Transactions on Power Electronics. 32 (10): 8089. Bibcode:2017ITPE...32.8089P. doi:10.1109/TPEL.2016.2632441. S2CID 39882891.