Όταν εμφανίζονται σφάλματα όπως βραχυκύκλωμα ή απεργίες αστραπής στο ηλεκτρικό δίκτυο, προκαλώντας σταγόνες τάσης, η δυνατότητα χαμηλής τάσης μέσω (LVRT) ικανότητας αποθήκευσης ενέργειας είναι το κλειδί για την εξασφάλιση της σταθερότητας του δικτύου. Αυτή η τεχνολογία απαιτεί από τον μετατροπέα να παραμείνει συνδεδεμένο στο δίκτυο και να παρέχει αντιδραστική υποστήριξη ισχύος ακόμη και όταν η τάση πέφτει σε ένα ορισμένο επίπεδο (όπως το 20% της ονομαστικής τάσης), αποφεύγοντας μια αλυσιδωτή αντίδραση που προκαλείται από αποσύνδεση μεγάλης κλίμακας. Είναι το "πιστοποιητικό εισδοχής" για τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας να συμμετέχουν στη ρύθμιση του ξυρίσματος και της συχνότητας του πλέγματος και είναι επίσης ένας από τους βασικούς δείκτες για τη μέτρηση της απόδοσης του μετατροπέα.
1 βαθμολογημένη απόκριση στην πτώση τάσης: ακριβής απόκριση από ήπια σε βαθιά
Ο πυρήνας της τεχνολογίας LVRT είναι η υιοθέτηση διαφορετικών στρατηγικών που βασίζονται στον βαθμό πτώσης τάσης. Όταν η τάση πέσει στο 50% -90% (ήπια πτώση), ο μετατροπέας δίνει προτεραιότητα στη διατήρηση της σταθερής ενεργού παραγωγής ενώ εισάγει μια μικρή ποσότητα αντιδραστικής ισχύος (περίπου 20% της ονομαστικής ισχύος) για να βοηθήσει στην αποκατάσταση της τάσης του πλέγματος. Όταν μια αποτυχία μετασχηματιστή προκάλεσε πτώση τάσης 70% σε ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας σε ένα βιομηχανικό πάρκο, ο μετατροπέας ρύθμισε την αντιδραστική ισχύ εξόδου μέσα σε 0,1 δευτερόλεπτα, επιτρέποντας στην τάση να επιστρέφει σε κανονικά επίπεδα μέσα σε 2 δευτερόλεπτα χωρίς να επηρεάσει την παραγωγή του εργοστασίου.
Όταν η τάση πέσει στο 20% -50% (μέτρια πτώση), ο μετατροπέας μειώνει την ενεργή έξοδο (σε κάτω από το 50%), αυξάνει την αντιδραστική έγχυση ισχύος (έως και 50% της ονομαστικής ισχύος) και αντισταθμίζει γρήγορα τη λειτουργία αντιδραστικής ισχύος μέσω της λειτουργίας SVG (στατική γεννήτρια VAR). Σύμφωνα με το πρότυπο GB/T 36547-2018 στην Κίνα, οι μετατροπείς αποθήκευσης ενέργειας πρέπει να διατηρούν μια πτώση τάσης τουλάχιστον 625ms χωρίς αποσύνδεση από το πλέγμα όταν η τάση πέσει στο 20%. Μια συγκεκριμένη μάρκα προϊόντος μπορεί να λειτουργεί συνεχώς για 2 δευτερόλεπτα σε αυτή την κατάσταση μέσω βελτιστοποιημένων αλγορίθμων ελέγχου, υπερβαίνουν κατά πολύ τις τυπικές απαιτήσεις.
Μπροστά σε ακραίες καταστάσεις όπου η τάση πέφτει στο 0-20% (βαθιά πτώση), ο μετατροπέας εισέρχεται στη λειτουργία "Πρόληψης Νησιών", κόβοντας το μεγαλύτερο μέρος της ενεργού παραγωγής και διατηρώντας μόνο το ελάχιστο ρεύμα για να ανιχνεύσουν την κατάσταση του πλέγματος, ενώ προετοιμάζονται να επανασυνδεθούν στο δίκτυο. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάκτησης τάσης, ο μετατροπέας υιοθετεί μια στρατηγική "μαλακής εκκίνησης" και η ενεργή ισχύς αυξάνεται σταδιακά με ρυθμό 5%/ms για να αποφευχθεί η πρόκληση δευτερεύουσας επίδρασης στο ηλεκτρικό δίκτυο.
2 Συνεργασία υλικού και λογισμικού: Τεχνική υποστήριξη για τη δυνατότητα διασταύρωσης
Ο σχεδιασμός υλικού είναι η θεμελιώδης εγγύηση της LVRT. Οι συσκευές ισχύος του μετατροπέα επιλέγονται ως ανθεκτικά σε υψηλής τάσης IGBTs (όπως οι προδιαγραφές 1200V/600A), με ενέργεια των χιονοστιβάδων (EAS) μέχρι 500mJ, η οποία μπορεί να αντέξει τις αιχμές τάσης κατά τη διάρκεια των σφαλμάτων. Η πλευρά DC είναι εξοπλισμένη με ηλεκτρολυτικό πυκνωτή μεγάλης χωρητικότητας (πάνω από 1000 μ F), ο οποίος απελευθερώνει ενέργεια για να διατηρήσει τη σταθερότητα του διαύλου DC κατά τη διάρκεια των σταγόνων τάσης. Η διακύμανση τάσης διαύλου ενός συγκεκριμένου προϊόντος μπορεί να ελεγχθεί εντός ± 10%.
Οι αλγόριθμοι λογισμικού καθορίζουν την ακρίβεια και την ταχύτητα διέλευσης. Ο έλεγχος αποσύνδεσης του άξονα DQ με βάση τη θεωρία της στιγμιαίας ισχύος μπορεί να διαχωρίσει τα ενεργά και αντιδραστικά ρεύματα εντός 100 μs και να επιτύχει ανεξάρτητη ρύθμιση. Ο αλγόριθμος ελέγχου πρόβλεψης μπορεί να προβλέψει εκ των προτέρων την τάση ανάκτησης τάσης 5ms και να ρυθμίσει τη στρατηγική εξόδου. Η πραγματική μέτρηση ενός έργου αποθήκευσης πλευρικής ενέργειας του ηλεκτρικού δικτύου δείχνει ότι ο μετατροπέας που χρησιμοποιεί αυτόν τον αλγόριθμο έχει χρόνο απόκρισης αντιδραστικής ισχύος μόνο 20ms όταν η τάση πέφτει στο 30%, το οποίο είναι τρεις φορές ταχύτερο από τον παραδοσιακό έλεγχο PI.
Το κύκλωμα ανίχνευσης σφάλματος πρέπει να έχει χαρακτηριστικό "μηδενικής καθυστέρησης". Συνδυάζοντας τη συγκριτή υλικού με το φιλτράρισμα λογισμικού, ο μετατροπέας μπορεί να εντοπίσει σφάλματα πτώσης τάσης εντός 2ms, αποφεύγοντας την εσφαλμένη κρίση. Σε έναν συνδυασμένο σταθμό παραγωγής αιολικής αποθήκευσης, ο μετατροπέας διακρίνεται με επιτυχία μεταξύ της πραγματικής πτώσης τάσης που προκαλείται από απεργίες κεραυνών και της μεταβατικής διακύμανσης τάσης που προκαλείται από την εκκίνηση του κινητήρα, χωρίς καμία κακομεταχείριση.
3 επαλήθευση βάσει σεναρίων: αυστηρές δοκιμές από εργαστήριο σε επιτόπια
Στο εργαστήριο, η απόδοση LVRT επικυρώθηκε μέσω ενός "προσομοιωτή πτώσης τάσης". Ο προσομοιωτής μπορεί να παράγει κυματομορφές τάσης με διαφορετικά βάθη πτώσης (0-100%) και διάρκειες (0,1S-2S) για να ελέγξει τα χαρακτηριστικά εξόδου του μετατροπέα υπό διάφορες συνθήκες λειτουργίας. Σύμφωνα με τις δοκιμές που διεξήχθη από έναν οργανισμό πιστοποίησης, οι μετατροπείς που πιστοποιήθηκαν από την LVRT δεν έδειξαν σημαντική γήρανση συσκευών ισχύος μετά από 1000 κύκλους δοκιμών, με ποσοστό υποβάθμισης απόδοσης μικρότερο από 5%.
Οι εφαρμογές του χώρου αντιμετωπίζουν πιο πολύπλοκες προκλήσεις. Στο δίκτυο διανομής, η πτώση τάσης συχνά συνοδεύεται από αρμονική παραμόρφωση και οι μετατροπείς πρέπει να έχουν την ικανότητα να αντισταθούν στις αρμονικές παρεμβολές. Σε περιοχές πλούσιες σε νέα ενέργεια, όταν πολλαπλοί μετατροπείς ανταποκρίνονται ταυτόχρονα στο LVRT, απαιτείται ο συντονισμός επικοινωνίας για να αποφευχθεί η υπέρβαση που προκαλείται από την αντιδραστική υπέρθεση ισχύος. Ένας ορισμένος σταθμός ηλεκτροπαραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας ελέγχει την απόκλιση αντιδραστικής εξόδου ισχύος 20 μετατροπέων εντός ± 5% μέσω ελέγχου συμπλέγματος, εξασφαλίζοντας μια διαδικασία αποκατάστασης ομαλής τάσης.
Με την αυξανόμενη εξάρτηση του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας σε νέα ενέργεια, οι απαιτήσεις τεχνολογίας LVRT συνεχώς αναβαθμίζουν. Το τελευταίο πρότυπο της ΕΕ απαιτεί από τους μετατροπείς να διατηρήσουν μια πτώση τάσης 0% για 150ms χωρίς αποσύνδεση από το δίκτυο και ορισμένες περιοχές στην Κίνα έχουν επίσης επεκτείνει το χρόνο LVRT σε 1,5 δευτερόλεπτα. Η διαδρομή χαμηλής τάσης μέσω της ικανότητας των μετατροπέων αποθήκευσης ενέργειας έχει αλλάξει από μια "προαιρετική λειτουργία" σε μια "βασική απόδοση". Δεν εξασφαλίζει μόνο την ασφάλεια του ίδιου του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας, αλλά και αποτελεί σημαντική υποστήριξη για το ηλεκτρικό δίκτυο να αντιμετωπίσει τα σφάλματα και να διατηρήσει τη σταθερότητα, καθιστώντας την καθαρή ενέργεια πιο ανθεκτική στη διαδικασία ενσωμάτωσης στο ηλεκτρικό δίκτυο.