מבוא

הפצת משאבי האנרגיה המופצות, במיוחד השמש והדור הרוח, שינתה באופן יסודי את הפרדיגמה המסורתית של מערכות חשמל.מיקרוגרואידים - רשתות מבוזרות שיכולות לפעול הן במצבים המחוברים והן באיים - יתר על המידה המסורתית של עמידות, יעילות ושילוב של מנגנוני תמיכה חלופיים (אך, פעולתם מציגה אתגרים ייחודיים, בעיקר בהיותו יציבות של מערכות כוח, מיקרו-טרנטיבות מופחתות באופן משמעותי, ושינויים מהירים יותר של כוח-קופטרוניים אלה גרמו לתפקודים של כוח-קופים רגישים יותר.

אתגרים של וולטון במיקרוגרפיים מודרניים

יציבות וולטאז מתייחסת ליכולת של מערכת חשמל לשמור על רמות מתח קבועות מקובלות בכל האוטובוסים בתנאים רגילים, ולאחר שסבל מהפרעה. במיקרו-צמחים, יציבות זו מאוימת על ידי גורמים מרובים:

  • (FLT:0)Low inertia ו-Reactive Powerרזרבות:FLT:1 גנרטורים מתחדשים, במיוחד אלה המממשקים באמצעות מופנים, אינם תורמים באופן מהותי לאינטרטיה של המערכת.
  • הדור לסירוגין:0 (FLT:1) פלט פוטו-וולטאי שמש יכול להשתנות במהירות בשל כיסוי ענן, בעוד אנרגיית הרוח משתנה עם שינויים מהירות רוח.
  • (FLT:0) אימפולס גבוה של קווי הפצה:FreaLT:1 ; מיקרוגרואידים פועלים לעתים קרובות ברמות מתח הפצה שבו יחסי התנגדות-לתגובה (R/X) גבוהים, מה שהופך את השליטה המתח מורכב יותר בהשוואה מערכות שידור.
  • (FLT:0) מבצע מאויש: 1 כאשר מנותק מהרשת הראשית, המיקרוגרריד מאבד את תמיכת המתח המסופקת על ידי השירות.המתח המקומי חייב להיות מוסדר לחלוטין על ידי משאבים פנימיים, לעתים קרובות דורש קומבינות הפעלה מהירה.

ללא תמיכה נאותה של מתח, מיקרוגרואידים עשויים לחוות מתחים, swells, flicker, ובמקרים קיצוניים, קריסת מתח, המוביל למערכת blackouts. The STATCOM מספק פתרון דינמי המפחית את הסיכונים האלה באמצעות הזרקת חשמל מדויקת ומהירה או ספיגה.

טכנולוגיית STATCOM

עקרון הפעלה

STATCOM הוא ממיר קוד מתח מחובר (VSC) שיוצר את המתח הנוכחי הבלתי נשלט בתדירות הבסיסית.המכשיר מתחבר למיקרוגרידי בנקודה של הפיכה משותפת (PCC) באמצעות שינוי הפיכה או כור הפיכה (COMTecting) על ידי התאמת גודל וזווית של מתח התפוקה שלו ביחס לרשת, ה-StandTTTM יכול להחליף את המתח ה-TTM למתח ההפוך למתח ההפוך התחתון.

סליחות וסובלנות

מערכות STATCOM אופייניות מורכבות מ- VSC (לעתים קרובות באמצעות טרנזיס דו קוטביות דו קוטבית, או IGBTs), קו קישור DC או אחסון אנרגיה, ממירים הפיכה או כורים, ומערכת בקרה. Common topogies כוללים גם את שני הדרגים ברמת ה- 2 ו- Multi-level, עם המריאוגרפיה הרב-דרגתית (MMC) ההולכת וגדלהת פופולריות עבור בינונית וגבוהה ליישומים נמוכים יותר, כאשר הם לעתים קרובות יותר ל-מדרגתיים-מדומים-קויים-מדומים, כאשר הם לעתים קרובות יותר, כאשר הם בעלי רמות נמוכות יותר, כאשר הם לעתים קרובות יותר, כאשר הם בעלי רמות ה-מדרגות נמוכה יותר, כאשר הם בעלי רמות נמוכות יותר, כאשר הם לעתים קרובות יותר, כאשר הם בעלי רמות ה-מדרגתיות נמוכה יותר, כאשר הם לעתים קרובות, כאשר הם בעלי רמות ה-מדרגתיות נמוכה יותר, כאשר הם לעתים קרובות יותר, עם מטבוליות נמוכה יותר, כאשר הם נמצאים בשימוש ב-מדרג בינוניות נמוכה יותר, כאשר הם לעתים קרובות, עם המרה-מדרגתיבות נמוכה יותר, כאשר הם לעתים קרובות, כאשר הם לעתים קרובות יותר, כאשר הם לעתים קרובות,

השוואה עם מפקחים

התקנים מסורתיים של כוח חוזר כמו בנקים בצורת מכנית החלפת קיבולטור (MSC) וכורים מציעים רק דיסקרטי, שליטה צעד חכם ויש להם זמני תגובה על סדר שניות. Static Var Compensators (SVCs) על בסיס כורים מבוקרים מאוד (TCR) ו- Yourristor-switched capacitors (TSC) מספקים שליטה מהירה יותר אך עדיין מוגבל להחלפת מתח נמוך ו-SVC אינו יכול להשיג תמיכה מוגבלת ב-SVC-TDR) באופן עצמאי (TIVE) באופן עצמאי יותר מאשר תמיכה מוגבלת של כוח , באופן עצמאי, באופן עצמאי, באופן עצמאי, באופן עצמאי, באופן עצמאי, באופן עצמאי, באופן עצמאי, באופן עצמאי, תחת לחץ נמוך יותר, באופן עצמאי, באופן עצמאי, באופן עצמאי, בתנאי לחץ נמוך יותר, בתנאי לחץ נמוך יותר, בתנאי לחץ נמוך יותר, בתנאי לחץ נמוך יותר, בתנאי לחץ נמוך יותר, באופן עצמאי, בתנאי לחץ נמוך יותר, באופן עצמאי, באופן עצמאי, בתנאי לחץ נמוך יותר, בתנאי לחץ נמוך יותר, בתנאי לחץ נמוך יותר, בתנאי לחץ נמוך יותר מאשר ניגודי, בתנאי לחץ נמוך יותר, באופן עצמאי, ללא הגבלת כוח ניגודי, מאשר ניגודיות, באופן עצמאי, אשר יכול לספק תמיכה מוגבלת של כוח ניגודיות, 000 ניגוד

תפקיד STATCOM ב- Microgrid Voltage Support

תצורה של Dynamic Voltage

הפונקציה העיקרית של STATCOM במיקרוגרריד היא להסדיר את המתח במחשבי PCC. על ידי מעקב מתמיד אחר מתח האוטובוס והשוואה אליו ליחס, מערכת הבקרה של STATCOM מתאמת את תפוקת הכוח השבאקטיבית למזער את השגיאה.זה מספק פיצוי מהיר עבור דיפוסים מתח שנגרמו על ידי החל, עומס, או אובדן פתאומי של הדור.

שיפור איכות

מעבר לתקנות מתח קבועות, STATCOMs משפר את איכות הכוח על ידי הקטנת מתח הרמוניים, flicker וחוסר איזון. תוכניות בקרה מתקדמות, כגון תורת כוח מיידית (p-q) או מסגרת התייחסות סינכרונית (SRF) שיטות, המאפשרת ל-StanceTCOM לפעול כמסנן פעיל, תוך קידוד עבור זרמי נזק הנמשים על ידי עומסים לא לינאריים.

« « « תזמון ו-Oscillation Damping

מיקרוגרואידים לעתים קרובות חווים תנודות אלקטרו-מכניות, במיוחד כאשר הם פועלים במצב אי עם מכונות סינכרוניות. STATCOMs מצויד בקרים מנקה משלים יכול לספק Modulation של כוח תגובתי לחשק את הoscillations הנמוכות הללו (בדרך כלל 0.5 עד 5 הרץ) על ידי הזרקת מרכיב לחות בשלב עם מהירות של הגנרטור הדומיננטי, ה-T למנוע את הניתוקציה הקטנה של מערכת ה-הצמיחה קטנה.

אסטרטגיות בקרה ל-SttCOM ב- Microgrid Applications

שליטה נוכחית

רוב הבקרים המודרניים של STATCOM מעסיקים מבנה שליטה נוכחי מחוספס במסגרת ההתייחסות של ה-Dq הסינכרון. רכיבי הכוח הפעילים והפעילים נשלטים באופן עצמאי על ידי התאמת מבנה הבקרה הישיר (d) וה quadrature (q) של רכיבי הפלט הממיר הנוכחי.זה מאפשר מעקב מהיר של פקודות התייחסות כוח תגובתי תוך שמירה על מתח יציב DC-link.

גריידי-פורז מול גריד-עקב אחרי המבצע

במצב המחובר לרשת, STATCOM פועל בדרך כלל כמכשיר מעקב רשת, כלומר הוא מסנכרן עם מתח הרשת הקיים ואספקה כוח תגובתי על הביקוש.עם זאת, במיקרואורגניזמים מאוישים, ניתן להפעיל אותו במצב של רשת-הידע, שבו הוא מבסס את המתח וההתייחסות התדירות של המערכת כולה.

בקרת אנרגיה עם אחסון אנרגיה

יותר ויותר, STATCOMs משולבים עם מערכות אחסון אנרגיה סוללה (BESS) באוטובוס DC משותף, תצורה היברידית זו מאפשרת ל- STATCOM לספק תמיכה כוח תגובתי וזריקת כוח פעיל או ספיגה.עבור רגולציה למתח, ה- BESS יכול לספק או לספוג כוח פעיל כדי לעצור במהירות סטיית מתח הנגרמת על ידי חוסר איזון פעיל של כוח - יכולת כי אלגוריתמים טהורים של STATCOMs ללא בקרה מותאמת מתקדמת.

מחקרים ויישומים מעשיים

Wind Farmאינטגרציה במיקרוגרריד

בחווה ברוח של 30 מגה-וואט המחוברת למיקרוגרריד אינטי בסקוטלנד, ±15 Mvar STATCOM הותקנה בשלב של חיבור כדי לשמור על יציבות המתח במהלך רוחות.The STATCOM הפחית את סטיית המתח הממוצעת מ ±7% ל ±1.5% ומחק את כל האירועים המתפתלים שנגרמו על ידי מערכת של זמן רב-יתר.

מיקרוגרריד תעשייתי עם חדירה גבוהה סולרית

מתקן ייצור בקליפורניה הציב 5 MVA STATCOM עם אחסון סוללות משולב כדי לנהל תנודות מתח ממערך סולארי של 12 מגה-וואט גג.המכשיר לפצות על מתחים במהלך מעברי ענן - מתן תמיכה מלאה בכוח תגובתי בתוך 2 מ"ס - וגם גילוח הביקוש שיא באמצעות הסוללה.המתקן הפחית את המתח הקשור למתח ב-90% ואפשר למתקן לפעול במצבי אי במהלך רשתות בחוץ.

קמפוס אוניברסיטת Microgrid

קמפוס קמפוס האוניברסיטה microgrid בברזיל משתמש 2 Mvar STATCOM כדי לתמוך מתח במהלך המעבר בין פעילות מחוברת לרשת ואיים.The STATCOM הוא מתוכנת עם אלגוריתם העברה חלקה צופה את המתח dip ברגע של איינג ומניעה מוקדמת להזריק כוח תגובתי כדי לשמור על המתח מעל 0.95 pu.

השוואות עם Alternative Voltage Support Technologies

בעוד ש-SttTCOMs מציעים ביצועים דינמיים מעולים, טכנולוגיות אחרות עשויות להיות יעילות יותר או מתאימות להקשרים מיקרוגרפיים ספציפיים:

  • (FLT:0)Static Var Compensators (SVCs): ⁇ FLT 1 SVCs להשתמש בכפרים מעופפים וכורים.יש להם תגובה איטית יותר (1–2 מחזורים) ומייצרים יותר הרמוניים, אך הם בדרך כלל פחות יקרים בדירוג גבוה מאוד (>100) במיקרוגרים קטנים, ההבדל הוא לעתים קרובות רשלני, מה שהופך את STAT המועדפת על הבחירה.
  • (FLT:0) כלכלנים קונדנסרונכרונים: ראטאלף:1 (Rrowating Machines) המספקים כוח אינרציה ותגובה תגובתי.הם חזקים אך דורשים תחזוקה סדירה, יש זמני תגובה איטיים יותר (100–200 מ"מ), ואינם יכולים לפעול ביעילות במתח נמוך. A STATCOM בתוספת גלגל קטן עשוי להיות אלטרנטיבה טובה יותר עבור אינרציה סינתטית.
  • (FLT:0) Invertersib: FLT:1 , מודרני רשת-interactive מערכות סולריות וסוללה יכול לספק תמיכה כוח תגובתית בסיסית, אבל זמן התגובה שלהם הוא לעתים קרובות בטווח של 100-500 מ"מ מוגבל ליכולת ה-Silter של סטטסקום מוקדש.
  • (FLT:0)Capacitor בנק ו- Reactors:FIRLT:1) מכשירים פסיביים אלה זולים עבור פיצויי מדינה יציבה, אך הם לחלוטין לא מתאימים לתמיכה בלחץ דינמי.הם משמשים בדרך כלל בשילוב עם STATCOMs כדי להתאים את העלות.

מגמות חדשות ואתגרי מחקר

התפקיד של STATCOMs במיקרו-צמחונים ממשיך להתפתח.כמה מגמות מתעוררות אתגרים פתוחים הם רלוונטיים במיוחד:

Virtual Synchronous Generator (VSG) Enhanced STATCOMs

תוכניות בקרה מודרניות מאפשרות ל-SttTCOMs לחקות את התגובה האינטנסיבית של מכונות סינכרוניות.על ידי הפעלת כוח פעיל ופעיל מבוסס על סטיית תדר, אלה "סינכרון וירטואלי" STATCOMs יכול לספק אינרציה סינתטית - פונקציה קריטית microgrids במיקרו-אינרטיה נמוכה.

בקרה מבוססת בינה מלאכותית

אלגוריתמי למידת מכונות, כגון למידה חיזוק, מוחלים על שליטה ב- STATCOM להסתגל לסביבה הסטוצ'יסטית ביותר של מיקרו-צמחים. בקרים אלה יכולים ללמוד מתח אופטימלי ונקודות כוח תגובתיות בזמן אמת מבלי לדרוש מודל מערכת מדויק, המציע ביצועים משופרים תחת אי הוודאות.

ניכוי עלויות ומודולריות

עיצובים מודולריים של STATCOM (למשל, MMC) להפחית את עלויות הענישה ומאפשרים הרחבה של יכולת מצטברת. עבור מיקרו-grids עם תקציבים מוגבלים, כוח נמוך STATCOMs (100 kvar ל 1 Mvar) ניתן כעת לייצר באמצעות מודולי כוח מחוץ ל- Shelf, נהיגה אימוץ במיקרו-מגורים מסחריים ומסחריים.

IEEE Standards and Compliance

תקן IEEE 1547-2018 דורש כעת כי משאבי האנרגיה המופצות מספקים רגולציה מתח, אלא אם כן הם מוכנים היטב לעמוד בדרישות אלה, ודרכי השירות ממירים יותר ויותר את ההתקנה שלהם בנקודות חיבור עתידיות.

מסקנה

STATCOMs הוכיחו את עצמם כפתרון תכליתי ויעיל ביותר לתמיכה במתח ושיפור היציבות במיקרו-grids. המהירות שאין לה כמותו, טווח בקרה מתמשך, ויכולת לפעול תחת דיכאון מתח חמור להפוך אותם הכרחיים ככל שחדירה אנרגיה מתחדשת מוגברת.התקדמות באלגוריתמים שליטה, שילוב עם אחסון אנרגיה, ועיצוב מודולרי ממשיך להרחיב את הרגישות שלהם למיקרו-גריד קטן יותר ובעל רגישות גבוהה עבור מהנדסים ומתכננים להיות בעל ביצועים גבוהים של רגולציה של חומרים מיקרו-תרגול יעיל של תפקודים.

לקריאה נוספת, המשאבים הבאים מספקים דיונים טכניים מפורטים ומחקרי מקרה:0 (IEEE Power & Energy Societysph:1 פרסומים על יישומי STATCOM; FLT:2 National Renewable Laboratory (NREL) Fig; 3 דוחות על בקרת מתח מיקרוגרי; ו-FLT:4U.S המחלקה של תוכנית אנרגיה Microgridal Renewable Energy LaboratoryF:5: