大型發(fā)電站及其大型同步發(fā)電機(jī)為電網(wǎng)提供了穩(wěn)定性，但在能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)陸續(xù)斷電。為了解決這個(gè)問(wèn)題，弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所ISE的研究人員正在研究成網(wǎng)變流器如何確保未來(lái)正弦交流電的供應(yīng)和穩(wěn)定的電網(wǎng)頻率。



無(wú)論是開(kāi)燈、給手機(jī)充電、保持冰箱里的牛奶冷卻，還是快速吸塵，我們?cè)谌粘Ｉ钪幸话愣颊J(rèn)為我們的電源插座是一個(gè)可靠的能源來(lái)源。然而，我們的電網(wǎng)實(shí)際上有一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)，其典型的平衡水平是一個(gè)微妙的問(wèn)題。在歐洲，通過(guò)電力線追隨的能量的理想形式是頻率幾乎恒定在50赫茲的正弦交流電流。這是由大型發(fā)電站的同步發(fā)電機(jī)的物理特性的穩(wěn)定性所決定的。這些大型發(fā)電站利用其旋轉(zhuǎn)質(zhì)量給系統(tǒng)帶來(lái)慣性，因此，對(duì)電網(wǎng)干擾的反應(yīng)也是慣性的。能源生產(chǎn)的潛在短缺可以在短期內(nèi)利用儲(chǔ)存的動(dòng)能進(jìn)行補(bǔ)償，從而彌補(bǔ)時(shí)間，直到進(jìn)一步的保護(hù)措施--如提供控制儲(chǔ)備--得以實(shí)施。通過(guò)這種方式，在關(guān)鍵情況下不會(huì)立即出現(xiàn)影響深遠(yuǎn)的電力損失，例如在大型發(fā)電能力的意外停運(yùn)或所謂的 "系統(tǒng)分裂"。



也就是說(shuō)，核電站和煤電廠正在從電網(wǎng)中移除，取而代之的是可再生能源發(fā)電形式，而且這一趨勢(shì)在未來(lái)幾年只會(huì)加劇。"這意味著在電網(wǎng)控制中發(fā)揮核心作用的同步發(fā)電機(jī)將被淘汰。"弗勞恩霍夫ISE電力電子和電網(wǎng)集成部門負(fù)責(zé)人S?nke Rogalla博士解釋說(shuō)。在成網(wǎng)變流器中，他和他的研究團(tuán)隊(duì)看到了確保電網(wǎng)穩(wěn)定的一個(gè)有希望的解決方案。



關(guān)鍵是要有正確的編程



轉(zhuǎn)換器是電子動(dòng)力裝置，其主要功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。根據(jù)功率等級(jí)的不同，它們的外觀可以從小型電池到大型兆瓦級(jí)發(fā)電廠不等。它們的電氣行為不是由物理決定的，而是必須首先通過(guò)某些控制算法進(jìn)行設(shè)置。目前，轉(zhuǎn)換器的編程方式是，它們將所需的電力量送入由強(qiáng)大的大型發(fā)電廠提供的僵硬的假定電網(wǎng)。另一方面，電網(wǎng)形成的轉(zhuǎn)換器被編程為作為一個(gè)電壓源。以類似于傳統(tǒng)發(fā)電廠的方式，成網(wǎng)變流器對(duì)電網(wǎng)的短期需求作出反應(yīng)，并提供慣性反應(yīng)。



例如，在特殊情況下，如過(guò)載情況、有缺陷的線路或系統(tǒng)分裂，設(shè)備以反射性的方式做出反應(yīng)并保持電網(wǎng)穩(wěn)定，這一點(diǎn)非常重要，出于這個(gè)原因，我們正在進(jìn)行設(shè)備和算法的開(kāi)發(fā)研究。我們可以借助模擬以及我們研究所在弗萊堡的內(nèi)部多兆瓦實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)測(cè)試各種應(yīng)用場(chǎng)景。



根據(jù)Rogalla的說(shuō)法，輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商有一個(gè)共識(shí)，即對(duì)于正在投入電網(wǎng)的很大一部分新工廠來(lái)說(shuō)，電網(wǎng)形成的轉(zhuǎn)換器是必要的。在這種情況下，弗勞恩霍夫能源研究所正以顧問(wèn)的身份與不同的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商站在一起，并且自2017年以來(lái)，在 "VerbundnetzStabil "項(xiàng)目中與各種科學(xué)和經(jīng)濟(jì)合作伙伴合作。他們已經(jīng)成功地將來(lái)自電力電子和控制部門以及電網(wǎng)動(dòng)力學(xué)和電網(wǎng)集成的技能進(jìn)行了獨(dú)特的安排。這使我們能夠在更大的范圍內(nèi)全面了解電網(wǎng)成型轉(zhuǎn)換器的使用和精確要求。



在最初的項(xiàng)目階段，對(duì)未來(lái)電網(wǎng)的要求進(jìn)行了澄清，并確定了關(guān)鍵情況。這為與轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)商KACO新能源一起開(kāi)發(fā)和編程設(shè)備奠定了具體基礎(chǔ)。在多兆瓦實(shí)驗(yàn)室，研究人員隨后能夠復(fù)制一個(gè)小規(guī)模的電網(wǎng)，并檢查同步機(jī)和成網(wǎng)轉(zhuǎn)換器的比例以及在各種故障情況下實(shí)施的控制如何影響電壓穩(wěn)定性。



Rogalla和Singer對(duì)這些結(jié)果非常滿意。Singer強(qiáng)調(diào)說(shuō)："我們的研究再次清楚地表明，從同步發(fā)電機(jī)到成網(wǎng)變流器的轉(zhuǎn)變是一個(gè)可行的解決方案，以及這種轉(zhuǎn)變的日益緊迫性，同時(shí)，我們能夠明確規(guī)定未來(lái)的電網(wǎng)將實(shí)際需要什么，并在我們起草的測(cè)試指南的幫助下，為尚無(wú)明確標(biāo)準(zhǔn)的重要技術(shù)細(xì)節(jié)提供建議，隨著成網(wǎng)轉(zhuǎn)換器即將上市，我們希望因此幫助該行業(yè)對(duì)合適的設(shè)備進(jìn)行技術(shù)評(píng)估。"



該項(xiàng)目的最終報(bào)告目前正在準(zhǔn)備之中。同時(shí)，研究人員希望在該研究所的一個(gè)辦公區(qū)的真實(shí)電網(wǎng)上檢查他們的設(shè)備和發(fā)現(xiàn)。在目前正在計(jì)劃的進(jìn)一步研究項(xiàng)目中，所開(kāi)發(fā)的技術(shù)將在一個(gè)大型光伏儲(chǔ)能電站中實(shí)施，并在實(shí)際條件下檢查電網(wǎng)的相互作用。

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