مشاركة تقنية FGI: طريقة نمذجة وتحليل محاكاة شبه طبيعية لتخزين الطاقة عالي الضغط

تحتوي أنظمة تخزين الطاقة على وظائف رئيسية متعددة ، مثل تنعيم ناتج توليد الطاقة الجديدة للطاقة ، وحلاقة الذروة وملء الوادي ، وتردد وتنظيم الجهد ، إلخ. إنها وسيلة مهمة لحل مشكلة امتصاص الرياح والطاقة الشمسية. مع الزيادة المستمرة في السعة المثبتة للطاقة الجديدة ، أصبحت متطلبات السعة لأنظمة تخزين الطاقة صارمة بشكل متزايد. قامت محطات الطاقة بتخزين طاقة البطارية ببناء مشاريع توضيحية متعددة من مستوى 100 ميجاوات في جميع أنحاء العالم وتتطور تدريجياً نحو مستوى Gigawatt. يمكن أن نرى من هذا أن أنظمة تخزين طاقة البطارية ذات السعة الكبيرة أصبحت نقطة اتصال بحثية ولها أهمية عملية كبيرة.

يتم استخدام المحول الإلكترونية التقليدي من ثلاث مراحل ثلاثية الطور كنظام تحويل الطاقة (PCS). يعزز نظام مكدس البطارية مستوى الجهد والسعة من خلال عدد كبير من السلسلة والتوصيلات المتوازية للخلايا الفردية. من ناحية ، فإن الاتصال المتوازي على نطاق واسع لمجموعات البطارية يجلب مشاكل التيار المتداولة ؛ من ناحية أخرى ، تقتصر قوة هذا النوع من الطوبولوجيا بشكل عام على أقل من 2 ميجاوات ، ويتم توسيعها في الغالب من خلال اتصال متوازي متعدد المستويات. تحتوي هذه الطريقة على مشاكل مثل أنظمة التحكم المعقدة والاستقرار ، كما أن سرعة استجابة النظام لها تأخير كبير نسبيًا.

يمكن أن يؤدي استخدام المحولات متعددة المستويات إلى فصل عدد كبير من خلايا البطارية إلى أجهزة طاقة فرعية مختلفة للتحكم المجزأة. تم استخدام تحويل H-bridge المتتالي على نطاق واسع في أجهزة تعويض الطاقة التفاعلية المتتالية عالية الجهد ، لكنه لا يزال يمثل أقلية كنظام تحويل الطاقة في أنظمة تخزين الطاقة. يحقق H-bridge المتتالي زيادة مستوى الجهد وتوسيع السعة من خلال متتالية من الوحدات الفرعية للطاقة. تتجنب طوبولوجياها بشكل أساسي الاتصال المتوازي المباشر لعدد كبير من خلايا البطارية ، وتدرك طريقة التحكم في المجموعة الواحدة بشكل أساسي عدم وجود تيار متداول.

في الوقت الحاضر ، بالنسبة لمختلف خلايا البطارية في السوق ، يجب أن يكون الحد الأدنى لسعة نظام تخزين الطاقة على مستوى 35 كيلو فولت أكبر من 15 ميجاوات. إذا تم تصميم النظام مباشرة للتحقق ، فسيكون الوقت المطلوب التكلفة كبيرة نسبيًا. لذلك ، كيفية تحقيق التحقق أكثر كفاءة وفرضية لخوارزمية التحكم؟ تعد المحاكاة شبه المادية طريقة ممتازة نسبيًا ، والتي تضيف رابطًا للأجهزة في اختبار التحكم في الحلقة المغلقة. بالمقارنة مع المحاكاة الرقمية ، فإنها أقرب إلى الواقع ، يمكن أن تعكس بشكل أفضل أداء وحدة التحكم ، والنتائج أكثر موثوقية وموثوقية. بالمقارنة مع بيئة الاختبار الحقيقية ، فهي أيضًا أكثر قابلية للسيطرة وآمنة.

يمكن لبرنامج محاكاة RT-LAB الذي طورته شركة Opal-RT Company of Canada تحويل النماذج غير المتصلة بالإنترنت إلى نماذج عبر الإنترنت. يتمتع بتوافق عالي وأداء في الوقت الفعلي ، ويمكنه التعامل مع مشاكل المحاكاة والتحكم المعقدة بسرعة ومرونة ، سواء في جوانب الاختبار وتنفيذ النماذج والتحكم فيها ، أو في محاكاة في الوقت الفعلي شبه المادي.

تجري هذه الورقة بحثًا عن نظام تخزين الطاقة عالي الجهد. من خلال النمذجة النظرية وتصميم المعلمات ، تم تصميم نموذج محاكاة 35KV/30MW في MATLAB/SIMULINK للتحقق. وفي الوقت نفسه ، بمساعدة محاكاة OP5700 لشركة Opal-RT ، تم تصميم نظام محاكاة شبه مادي للتحقق من خوارزمية وحدة تحكم المحول.

2. استراتيجية تحكم لمحول تخزين الطاقة H-bridge المتتالي

(1)  طوبولوجيا الدائرة الرئيسية لمحول H-bridge المتتالي

يوضح الشكل 1 طوبولوجيا الدائرة الرئيسية لمحول تخزين الطاقة H-bridge المتتالي. يتم توصيل المراحل الثلاث بتكوين النجوم ، مع وحدات N في كل مرحلة. كل وحدة لها نفس المعلمات ومتصلة في السلسلة. يتم توصيل بطارية تخزين الطاقة بجانب DC من كل وحدة H-Bridge. في الشكل ، تمثل الولايات المتحدة الأمريكية و USB و USC فولتية الشبكة ثلاثية الطور ، L هي تفاعل مرشح اتصال الشبكة ، R هي تفاعل المرشح والمقاومة المكافئة للخط ، ISA ، ISB و ISC هي التيارات المخرجات ثلاثية الطور على التوالي ، و UIA و UIB و UIC هي فولتات الناتج ثلاثية المراحل على التوالي.

الشكل 1 محول تخزين الطاقة H-Bridge المتتالي

عندما تكون هناك وحدات N في كل مرحلة ، يكون جهد الخرج لنظام تخزين الطاقة أحادي الطور:

من قانون الجهد في Kirchhoff ، يمكن الحصول على علاقة التيار الجهد على جانب الشبكة من محول تخزين طاقة H-bridge المتتالي كما هو موضح في المعادلة التالية:

(2) استراتيجية تعديل نظام تخزين الطاقة H-bridge المتتالي

تعديل متجه الفضاء وتعديل مرحلة الطور الناقل هما أكثر استراتيجيتين للتشكيل المستخدمة على نطاق واسع في المحولات المتعددة المستويات المتتالية. من بينها ، تتمتع تقنية تعديل طور الطور الناقل طريقة تحكم بسيطة وأداء فائق وتشغيل موثوق به. يمكن أن يخرج تردد التبديل الأعلى تحت فرضية تردد التبديل النظام المنخفض وهو أكثر ملاءمة للتحكم في الأنظمة المعيارية. تتبنى هذه الورقة استراتيجية تعديل الطور الناقل الناقل غير القطب. يتم شرح مبدأ استراتيجية تعديل الطور الناقل الناقل غير القطب مع وحدة فرعية H-Bridge الموضحة في الشكل 2. يظهر مبدأ التعديل في الشكل 3. بالمقارنة مع موجة الناقل ، إذا كانت الموجة المعدلة أكبر من موجة الناقل ، فإن S1 قيد التشغيل و S2 متوقف ؛ خلاف ذلك ، S2 قيد التشغيل و S1 متوقف. ثم قارن نفس الموجة المعدلة مع موجة الناقل العكسي. إذا كانت الموجة المعدلة أكبر من موجة الناقل ، فإن S4 قيد التشغيل و S3 متوقف ؛ خلاف ذلك ، S3 قيد التشغيل و S4 متوقف.

(3) استراتيجية التحكم في اتصال الشبكة للجسور H المتتالية

يحتوي محول تخزين طاقة H-Bridge المتتالي على وظائف متعددة مثل الحلاقة الذروة وملء الوادي ، وتنظيم التردد وتنظيم الجهد ، وتقلبات تجانس. يتطلب تحقيق هذه الوظائف التحكم في الطاقة النشطة والتفاعلية لمحول تخزين الطاقة. تشمل الطرق الشائعة للتحكم في الطاقة المتصلة بالشبكة لمحولات تخزين الطاقة H-Bridge Cascade استراتيجية التحكم المستقلة التي تفصلها الطور الحالية واستراتيجية التحكم في فصل الطاقة. من بينها ، يمكن لاستراتيجية التحكم في فصل الطاقة تحقيق تحكم سريع ودقيق في قوة الإخراج لمحول تخزين الطاقة H-Bridge Cascade. لذلك ، تختار هذه الورقة استراتيجية التحكم في فصل الطاقة لإدراك الشبكة المترابطة بمحول تخزين الطاقة H-Bridge Cascade.

3.SUM UP

تدرس هذه الورقة النموذج الرياضي ، والتحكم في اتصال الشبكة والتحقق من المحاكاة شبه المادية لنظام تخزين الطاقة H-Bridge المتتالي عالي الجهد ، ويستخلص الاستنتاجات التالية:

(1) يمكن لنظام تخزين طاقة H-bridge المتتالي تحقيق عملية متصلة بالشبكة ذات السعة الكبيرة بدون محولات ، وجودة الشكل الموجي الحالي المتصل بالشبكة مرتفعة.

(2) يمكن تحقيق التحقق من خوارزمية وحدة التحكم من خلال منصة المحاكاة شبه المادية RTLAB ، وتقصير دورة التطوير وتقليل مخاطر التطوير.

(3) يوفر تطبيق منصة المحاكاة شبه المادية إمكانية الاتصال اللاحق لنظام تخزين طاقة H-Bridge المتتالي على شبكة الطاقة الكبيرة للمحاكاة شبه المادية في المحطة.