Экспериментальная верификация алгоритма виртуальной синхронной машины для управления инвертором автономного источника электроснабжения газокомпрессорного цеха

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью обеспечения функциональности энергосистем объектов транспорта газа (энергонезависимость, надежность) при высоком темпе развития энергосберегающих технологий с использованием источников распределенной генерации, оснащенных сетевыми инверторами напряжения. Цель: оценка возможности создания источника распределенной генерации российского производства путём экспериментальной верификации алгоритма управления сетевым инвертором напряжения на базе виртуальной синхронной машины, управляемой по току. Объект: сетевой инвертор напряжения в составе двухзвенного преобразователя частоты автономного источника электроэнергии газокомпрессорного цеха, обеспечивающий передачу электроэнергии в сеть от звена постоянного тока. Методы: компьютерное моделирование, экспериментальные исследования, имитация внешних воздействий. Результаты. Проведена экспериментальная верификация с использованием лабораторного стенда системы управления сетевым инвертором напряжения на базе виртуальной синхронной машины, управляемой по току, при возможных режимах функционирования инвертора в составе преобразователя частоты автономного источника электроснабжения газокомпрессорного цеха. Показаны преимущества разработанной системы в сравнении с малоинерционными, «ведомыми» сетью, классическими инверторами, эксплуатируемыми в настоящее время, заключающиеся в обеспечении вклада в поддержание частоты и амплитуды сетевого напряжения, возможности работы в автономной сети и плавном безударном переходе в такой режим. Выводы. Разработанный алгоритм управления сетевым инвертором напряжения на базе виртуальной синхронной машины позволит обеспечить работу преобразователя частоты в системе электроснабжения компрессорного цеха при наличии напряжения внешней сети с генерацией заданной мощности и активным вкладом в формирование напряжения сети. Кроме того, инвертор с предлагаемым алгоритмом управления сделает возможным сегментацию сети электроснабжения компрессорного цеха при пропадании внешнего напряжения с переходом с бестоковой паузой на работу в автономной сети электроснабжения компрессорного цеха в качестве одного из нескольких источников генерации или в качестве единственного источника генерации для питания электроприемников собственных нужд газоперекачивающего агрегата

Relevance. The need to ensure the functionality of the energy systems of gas transport facilities (energy independence, reliability) at a high rate of development of energy-saving technologies using distributed generation sources equipped with grid-tied inverters. Aim. To evaluate the possibility of creating a Russian-made distributed generation source by experimentally verifying an algorithm for controlling the grid-tied inverter based on a virtual synchronous currentcontrolled machine. Object. Grid-tied inverter as part of a back-to-back frequency converter of the autonomous power source in the gas compressor shop, which provides power transmission to the grid from a DC link. Methods. Computer simulation, experimental research, simulation of external influences. Results. The authors have carried out the experimental verification using a test bench of the grid-tied inverter control system based on the virtual synchronous machine current-controlled under possible operating modes of the inverter as part of the frequency converter of the autonomous power supply source of the gas compressor shop. The paper demonstrates the advantages of the developed system in comparison with low-inertia, grid-driven, classical inverters currently in operation. They include contributing to the maintenance of the frequency and amplitude of the mains voltage, the ability to operate in the island mode and a smooth shock-free transition to such a mode. Conclusions. The developed algorithm for controlling the grid-tied inverter based on the virtual synchronous machine will ensure the operation of the frequency converter in the compressor shop power supply system in the presence of external mains voltage with given power generation and active contribution to the formation of mains voltage. Furthermore, the inverter with the proposed control algorithm will make it possible to segment the compressor shop power supply grid when the external voltage drops and the compressor shop switches from an autonomous power supply grid to an autonomous power supply grid as one of several sources of generation or as the only source of generation for powering electric receivers for its own needs of the gas pumping unit