什么是法索尔?

光栅是星系波形的简明数学表示——如交替电压或电流——编码星度和相角。在时间域中,星系信号表示为v(t) = V m cos( ⁇ t + ⁇ ],其中Vm m是峰值振幅,XX是角频率,X是相位移。光栅分析将这种振幅信号转换为复杂的常数:[ V = V [V m 或等值,V = V ej {11]。这种绘图利用欧勒公式和复杂平面中旋转向量的概念,使工程师能够用变速器来替换电路程。

电磁波在稳定状态下保持静止状态,因此可以直接比较电压和电流的频率。 电压差表明负载是耐电、诱导还是电容 — — 这是控制可再生能源系统电源质量和效率所必需的。

接合的可再生能源系统

可再生能源 — — 主要是风能和太阳能 — — 与AC电网通过反转器的相互作用。 这些电能电子转换器必须产生一个频率、相位和振幅与电网名义条件相符的鼻音输出。 法索理论支持了几乎所有用于实现这种同步的控制算法和监测技术。

电力流动和效率分析

在任何AC系统中,真实功率(P)和反应功率(Q)的表示使用phasors:P=Q ⁇ V ⁇ I ⁇ cos ⁇ 和Q=Q ⁇ I ⁇ sin ⁇ ,其中 ⁇ 是电压和电流之间的相角. 对于可再生发电机,在尽量减少反应功率循环的同时,尽量扩大实际功率输出(或故意注射电压支持的应变功率)是一个恒定的操作目标. Phasor 表示使这些权衡变得透明. 工程师可以直接从phasor 测量中计算复杂的功率S=V* ,迅速识别低功率因子等低效. 调整逆向射击角度或切换电容器库,然后恢复优化操作.

反转控制和相位 + 锁环

电磁反转器依赖相位-锁环(PLL)与公用电压同步。一个PLL持续估计电磁的电压拉伸角-它的相角和频率-为电磁反转器输出生成一个参考信号。 任何错位都会导致电流的激增、谐波注入甚至离岸风险。 现代的PLL算法,如同步参照框架PLL(SRF-PLL),使用电磁转换(如克拉克和公园变换),这些算法提供快速、准确的跟踪,即使在扭曲的电网条件下,确保光伏阵列和风涡轮机的无缝电源注入。

与电源网格同步

将可再生的电厂与输电或配电网连接,要求发电机的电压拉萨在普通电联点与电网的拉萨对齐。 如果两个拉萨在数量、频率或相位上差异很大,大型循环电流可以流出、绊倒保护继电器或损坏设备。 安装在关键节点的拉萨测量装置 向系统操作员提供高分辨率、定时加压的拉萨数据(synchrophasors ) 。PMUs在每秒30-120个样本中取样并计算正切分速拉萨,使调度员能够比较各个大范围的相位。 这一能力对于整合分布在地理上可再生的资产——例如,必须保持与远处负荷中心相间的偏远风场——是不可或缺的。

发现和保护过失

光栅分析可以快速、选择性地检测断层。 保护性中继器比较了前断层和后断层条件的光栅,以确定线条-地断层或开导层等扰动的类型、位置和严重程度。当电压和电胀的大小和相角偏离标定的光栅值时,很容易识别。在可再生的网络中,由于逆向断层的电流限制,断层流可能低于常规电网,使得传统的超流保护更不可靠。 比较进出保护区的电流的光栅量的差别保护仍然有效,因为它不完全依赖于断层的电流量。 同样,使用阻断层电流计数的距离中继器也可以用来计算可再生来源的变短电流贡献。

太阳光伏系统中的法瑟

太阳能光伏电源系统——无论是天台阵列还是电源大小的电站——通过转换DC电源到AC的反转器运行。反转器的控制系统使用电荷测量来调节输出电压和频率。在正常运行期间,电源反转器被命令注入一定数量的主动电源(基于辐照),并通过提供或吸收反应电源来支持电压。电源输出电源和电网电源之间的关系决定了电源转移,这取决于经典方程式P=(XXV1V2]X] 罪,这便是相角差。这个方程式凸显了即使小错位也会导致大功率波动的原因。

Phasor测量还有助于抗岛检测. 公用电断时,局部光电反转器可能会继续激发分配线的一段,通过比较反转器电压的相角与参照物(例如从分站的同步吸附器),反转器可以快速检测到岛检测和停止运行,保护线路工人和设备.

风能系统中的分波器

风力涡轮机,特别是配备双增压诱导发电机(DFIG)或全增压转换器的涡轮机,严重依赖电荷控制。 涡轮机的转子通过电源电子与电网频率脱钩。 电网侧变压器必须产生与电网的电荷相匹配的电压加热器,其电压加热器的电压和电压调节方式必须同时与电网的电压相匹配。 电压加热器的电压加热器被调节,以提供正确的反应功率,或者达到电因定点,或者参与电压调节。

在低压骑行过程中(例如附近断层),哈苏控制系统必须注入反应电流以支持电网电压的恢复。IEEE 1547等标准要求与电压偏差成正比的精确反应电流注入,只有连续的哈苏反馈才能达到这一要求。 此外,由于风力随风速波动,基于哈苏的状态估计器帮助操作者跟踪电流边,并预计连接风力丰富的地区到中心处的输电线上会出现热超载现象。

微网和岛屿行动中的分机

微电网——可以与主电网断开的局部电网系统——拥有独特的电网挑战。在电网连接模式中,微电网的电压和频率受功率支配;在岛式模式中,一个或多个分布式发电机成为参考。 电网控制是平行反转器之间共享负载的一种常见方法,它使用电网关系:每个反转器的主动电源输出通过调整其电压频率(P ⁇ fdroop)来控制,而反应电源则通过电压级(Q ⁇ Vdrop)来调节。 这个方案本质上是一种基于电网的技术,因为电压波的频率和大小是控制变量。

连接网格和岛式模式之间的过渡需要高速的哈索测量,以检测岛式事件(通常在两个周期内),并在主网格恢复时重新同步. PMU放置在常见的连接网点的微网点上,通过在关闭结接开关前将微网式哈索与网格哈索匹配,使得无缝的重新连接成为可能.

优点和未来趋势

热电联播技术在可再生能源系统中的好处是巨大的,而且超出了基本同步:

  • ]增强电网稳定性和可靠性 – 以同步吸管器为基础的广域监测系统(WAMS)在区域间振荡和电压不稳定升级前检测到,允许采取预防性控制行动.
  • 提高电力转换效率 – Phasor ⁇ 基于最大功率点跟踪(MPPT)和反应动力调度算法在尽量减少损失的同时,最大限度地实现能源收成.
  • 更妥善地整合可变可再生资源 – Pasor数据为高级预测和调度工具提供参考,减少缩减,并促成更高的渗透水平.
  • Real 时间系统监测和控制[ – 运算器接收相位角度的次 秒更新,允许它们被动调整生成组合并点击变压器.

展望未来,部署phasor数据集中器[和消化同步hrophasor流的机器学习算法将有利于自我修复网格。预测分析可以预测瞬态稳定性问题并自动重组网络地形。反转器制造商将PMU功能直接嵌入转换器,将每个可再生发电机变成测量节点。 随着可再生能源份额的增加,热电机的作用——已经具备了基本基础性——将成为建设弹性、无碳动力系统所不可或缺的。

进一步阅读时,请参考IEEE 电力和能源学会[同步hrophasor应用标准,或探索国家可再生能源实验室的技术指南[[FREL:3]]. 基础参考教科书Phasor测量单位用于动力系统[,它既包括理论,也包括实际执行.