FGI технологиясын ортақ пайдалану: жоғары қысым деңгейіндегі энергияны сақтауға арналған жартылай физикалық модельдеу және талдау әдісі
Энергияны сақтау жүйелерінде жаңа энергия қуатын өндіруді тегістеу, ең жоғары қырыну және аңғарларды толтыру, жиілік пен кернеуді реттеу және т.б. сияқты бірнеше негізгі функциялар бар. Олар жел мен күн энергиясын сіңіру мәселесін шешудің маңызды құралы болып табылады. Жаңа энергияның орнатылған қуатының үздіксіз ұлғаюымен энергия сақтау жүйелеріне қойылатын қуат талаптары барған сайын қатаң бола түсуде. Аккумуляторлық энергияны сақтайтын электр станциялары бүкіл әлем бойынша 100 мегаватт деңгейіндегі бірнеше демонстрациялық жобаларды салды және біртіндеп гигаватт деңгейіне қарай дамып келеді. Бұдан үлкен сыйымдылықтағы аккумуляторлық энергияны сақтау жүйелерінің ғылыми зерттеу нүктесіне айналғанын және үлкен практикалық маңызы бар екенін көруге болады.
Қуатты түрлендіру жүйесі (PCS) ретінде дәстүрлі үш фазалы үш деңгейлі қуатты электронды түрлендіргіш қолданылады. Батарея жинағы жүйесі жеке ұяшықтардың көптеген сериялы және параллель қосылымдары арқылы кернеу деңгейі мен сыйымдылығын арттырады. Бір жағынан, аккумулятор кластерлерінің кең ауқымды параллель қосылуы айналымдағы ток проблемаларын тудырады; Екінші жағынан, топологияның бұл түрінің қуаты әдетте 2МВт-тан төмен шектеледі және ол көбінесе көп деңгейлі параллель қосылым арқылы кеңейтіледі. Бұл әдісте күрделі басқару жүйелері және тұрақтылық сияқты мәселелер бар, жүйенің жауап беру жылдамдығы да салыстырмалы түрде үлкен кідіріске ие.
Көп деңгейлі түрлендіргіштерді пайдалану сегменттелген басқару үшін батарея ұяшықтарының үлкен санын әртүрлі қуат қосалқы модульдеріне бөлуге болады. Каскадты H-көпірді түрлендіру жоғары вольтты каскадты реактивті қуатты компенсациялау құрылғыларында кеңінен қолданылды, бірақ ол энергияны сақтау жүйелерінде қуат түрлендіру жүйесі ретінде әлі де азшылықты құрайды. Каскадты H-көпірі кернеу деңгейін арттыруға және қуат қосалқы модульдерін каскадтау арқылы өткізу қабілетін кеңейтуге қол жеткізеді. Оның топологиясы аккумуляторлық ұяшықтардың үлкен санын тікелей параллельді қосуды түбегейлі болдырмайды, ал бір кластерлік басқару әдісі айналмалы токтың жоқтығын түбегейлі жүзеге асырады.
Қазіргі уақытта нарықтағы әртүрлі батарея ұяшықтары үшін 35 кВ деңгейлі энергия сақтау жүйесінің ең аз сыйымдылығы әдетте 15 МВт-тан жоғары болуы керек. Жүйе тексеру үшін тікелей салынған болса, қажетті уақыт пен шығын да салыстырмалы түрде үлкен болады. Сондықтан басқару алгоритмін неғұрлым тиімді және қысқаша тексеруге қалай қол жеткізуге болады? Жартылай физикалық модельдеу - жабық циклды басқару тестінде аппараттық сілтемені қосатын салыстырмалы түрде тамаша әдіс. Барлық цифрлық модельдеумен салыстырғанда, ол шындыққа жақын, контроллердің жұмысын жақсы көрсете алады және нәтижелер сенімдірек және шынайы. Нақты сынақ ортасымен салыстырғанда ол басқарылатын және қауіпсіз.
Канаданың OPAL-RT компаниясы әзірлеген RT-LAB симуляциялық бағдарламалық жасақтамасы желіден тыс үлгілерді онлайн үлгілерге түрлендіре алады. Ол жоғары үйлесімділікке және нақты уақыттағы өнімділікке ие және модельдерді тестілеу, орындау және басқару аспектілерінде немесе нақты уақыттағы жартылай физикалық модельдеуде күрделі модельдеу және басқару мәселелерін жылдам және икемді түрде шеше алады.
Бұл мақалада жоғары вольтты деңгейдегі энергияны сақтау жүйесі бойынша зерттеулер жүргізіледі. Теориялық модельдеу және параметрлерді жобалау арқылы тексеру үшін MATLAB/Simulink жүйесінде 35кВ/30МВт симуляциялық модель құрастырылған. Сонымен қатар, OPAL-RT компаниясының OP5700 симуляторының көмегімен түрлендіргіш контроллерінің алгоритмін тексеру үшін жартылай физикалық модельдеу жүйесі салынған.
2. H-көпірінің каскадты энергия сақтау түрлендіргішін басқару стратегиясы
(1) Каскадты H-көпір түрлендіргішінің негізгі схемасы топологиясы
1-суретте каскадты H-көпірінің энергияны сақтау түрлендіргішінің негізгі схемасының топологиясы көрсетілген. Үш фаза жұлдызды конфигурацияда қосылған, әр фазада N модуль бар. Әрбір модуль бірдей параметрлерге ие және тізбектей қосылған. Әрбір H-көпір модулінің тұрақты ток жағына энергия сақтау батареясы қосылған. Суретте usa, usb және usc тордың үш фазалы кернеулерін, L - желіге қосылу сүзгісінің реактивтілігін, R - сүзгі реактивтілігін және желінің эквивалентті кедергісін, isa, isb және isc сәйкесінше үш фазалы шығыс токтарын, ал uia, uib және uic сәйкесінше үш фазалы шығыс кернеулерін көрсетеді.
1-сурет Каскадты H-көпірінің энергия сақтау түрлендіргіші
Әрбір фазада N модуль болған кезде бір фазалы энергия сақтау жүйесінің шығыс кернеуі:
Кирхгофтың кернеу заңынан каскадты H-көпірінің энергия жинақтағыш түрлендіргішінің тор жағындағы кернеу-ток қатынасын келесі теңдеуде көрсетілгендей алуға болады:
(2) H-көпірі каскадты энергия сақтау жүйесінің модуляция стратегиясы
Кеңістік векторының модуляциясы және тасушы фазасының ығысуы модуляциясы каскадты көп деңгейлі түрлендіргіштерде ең көп қолданылатын екі модуляция стратегиясы болып табылады. Олардың ішінде тасушы фазалық ауысымдық модуляция технологиясы қарапайым басқару әдісіне, жоғары өнімділікке және сенімді жұмысына ие. Ол төменгі жүйенің коммутация жиілігінің алғышарты астында жоғары коммутация жиілігін шығара алады және модульдік жүйелерді басқару үшін қолайлы. Бұл құжат бірполярлы жиілікті қосарлы тасымалдаушы фазалық ауысымдық модуляция стратегиясын қабылдайды. Бірполярлы жиілікті қосарлы тасымалдаушы фазалық жылжу модуляция стратегиясының принципі 2-суретте көрсетілген H-көпірі қосалқы модулімен бірге түсіндіріледі. Оның модуляция принципі 3-суретте көрсетілген. Тасымалдаушы толқынмен салыстырғанда, егер модуляцияланған толқын тасымалдаушы толқыннан үлкен болса, S1 қосулы және S2 өшірулі; әйтпесе, S2 қосулы және S1 өшірулі. Содан кейін бірдей модуляцияланған толқынды кері тасымалдаушы толқынмен салыстырыңыз. Модуляцияланған толқын тасымалдаушы толқыннан үлкен болса, S4 қосулы және S3 өшірулі; әйтпесе, S3 қосулы және S4 өшірулі.
(3) Каскадты H-көпірлері үшін тор қосылымын басқару стратегиясы
Каскадты H-көпірі энергияны сақтау түрлендіргішінде ең жоғары қырыну және алқапты толтыру, жиілік пен кернеуді реттеу және ауытқуларды тегістеу сияқты көптеген функциялар бар. Бұл функцияларды жүзеге асыру энергия сақтау түрлендіргішінің белсенді және реактивті қуатын басқаруды талап етеді. Каскадты H-көпірі энергия сақтау түрлендіргіштерінің желіге қосылған қуатын басқарудың жалпы әдістеріне ағымдағы фаза бойынша бөлінген тәуелсіз басқару стратегиясы және қуатты ажыратуды басқару стратегиясы кіреді. Олардың ішінде қуатты ажыратуды басқару стратегиясы каскадты H-көпірі энергия сақтау түрлендіргішінің шығыс қуатын жылдам және дәл басқаруға қол жеткізе алады. Сондықтан, бұл құжат каскадты H-көпірі энергия сақтау түрлендіргішінің желіге қосылғанын жүзеге асыру үшін қуатты ажыратуды басқару стратегиясын таңдайды.
3.Қорытындылау
Бұл жұмыста жоғары вольтты каскадты H-көпірі энергия сақтау жүйесінің математикалық моделі, желілік қосылымды басқару және жартылай физикалық модельдеу тексеру зерттеледі және келесі қорытындылар жасалады:
(1) Каскадты H-көпірі энергия сақтау жүйесі трансформаторларсыз бір блокты үлкен қуатты желіге қосылған жұмысқа қол жеткізе алады және желіге қосылған ток толқынының сапасы жоғары.
(2) Контроллер алгоритмін тексеруге RTLAB жартылай физикалық модельдеу платформасы арқылы қол жеткізуге болады, бұл даму циклін қысқартады және даму тәуекелдерін азайтады.
(3) Жартылай физикалық модельдеу платформасын қолдану станциядағы жартылай физикалық модельдеу үшін үлкен электр желісіне каскадты H-көпірінің энергия сақтау жүйесін кейіннен қосу мүмкіндігін қамтамасыз етеді.
