Jaké pracovní režimy má PCS?

Hloubková technická analýza čtyř řídicích režimů PCS

PQ · VF · VSG · síť-sledující GFL · síť-formující GFM

1 Celkový přehled

1.1 Základní srovnání

Pomůcka pro zapamatování: síť-sledující se spoléhá na fázový zámek, síť-formující na virtuální model; silná síť → síť-sledující, slabá síť → síť-formující.

2 Proč PCS potřebuje „více identit"?

Trapná situace PCS při ukládání energie: na čí pokyn „řízený" poslouchá?

• Poslouchá síť → poskok (PQ)
• Poslouchá sám sebe → šéf (VF)
• Předstírá, že je tím nejlepším šéfem → VSG

2 Režim PQ (poskok)

"Šéf (síť) řekne, jaký výkon, a já ho dodám"

2.1 Řídicí architektura

Režim PQ využívá klasickou strukturu „dvojitá smyčka + PLL": vnější výkonová smyčka + vnitřní proudová smyčka + fázový závěs (PLL). PLL je klíčová – bez ní nemůže fungovat.

2.2 Smrtelná slabina PLL

2.3 Vhodné scénáře

✅ Připojení k silné síti (SCR > 3), odezva na AGC/AVC dispečink, ořezávání špiček a vyplňování údolí ❌ Nevhodné pro slabou síť ani černý start

3 Režim VF (šéf)

"Síť zmizela? Nevadí, jdu být šéfem!"

3.1 Řídicí architektura

Režim VF nepoužívá PLL, pracuje přímo s vnitřní referencí (U=400V, f=50Hz) jako napěťový zdroj. Vnější napěťová smyčka + vnitřní proudová smyčka zajišťují konstantní napětí a frekvenci.

3.2 Paralelní chod více jednotek: droop regulace

Více PCS si automaticky rozdělí výkon i bez komunikace. Princip: více dodává → frekvence/napětí mírně klesne → automatická rovnováha.

Zásada nastavování: součin droop koeficientu a jmenovitého výkonu musí být u všech PCS stejný → teprve pak se výkon rovnoměrně rozdělí.

3.3 Tvrdá omezení VF

• Zátěž < kapacita PCS (jinak napětí kolabuje)
• Zkratový proud pouze 1,2~1,5násobek (bez setrvačnosti)
• Pevná frekvence (bez regulátoru otáček)
• Slabá odolnost proti rázovým změnám zátěže (netlumený systém druhého řádu)

3.4 Vhodné scénáře

✅ Ostrovní provoz mikrosítě, černý start, režim UPS, master/slave přepínání více PCS ❌ Nevhodné pro scénáře vyžadující setrvačnostní podporu

4 Virtuální synchronní generátor VSG (rozvážný šéf)

"Předstírám, že jsem skutečný synchronní generátor, se setrvačností!"

4.1 Hlavní myšlenka

Uvnitř VSG je virtuální setrvačník, který simuluje pohyb rotoru synchronního generátoru. PCS se tak chová jako skutečný generátor.

4.2 Úplný matematický model

(1) Rovnice pohybu rotoru (jádro): J krát úhlové zrychlení = mechanický moment − elektromagnetický moment − tlumení krát odchylka frekvence

(2) Virtuální impedance: elektromotorické napětí = svorkové napětí + virtuální impedance krát proud

(3) Regulace buzení: elektromotorické napětí = počáteční hodnota + koeficient droop jalového výkonu krát (Q_ref − Q)

(4) Regulátor otáček: mechanický moment = počáteční hodnota + koeficient droop činného výkonu krát (P_ref − P)

4.3 Vliv parametrů J / D / X_s

4.4 Srovnání frekvenční odezvy

• 🔴 VF: při náhlé změně zátěže okamžitý pokles na 49,5 Hz, může vyvolat vypnutí
• 🟢 VSG: postupný pokles na 49,8 Hz, trvající 0,5 s, hladké obnovení

„Pomalý pokles a návrat" u VSG dává zařízením sítě čas na reakci – v tom spočívá hodnota setrvačnosti.

4.5 Zlatá pravidla nastavování

1. J nesmí překročit ekvivalentní setrvačnost systému – jinak bude frekvenční odezva příliš pomalá
2. D musí být větší než J krát úhlová rychlost – jinak podtlumené oscilace ⚠️
3. X_s musí odpovídat impedanci sítě – jinak vzájemné ovlivňování výkonů
4. J/D všech GFM musí být koordinovány – jinak výkonové cirkulace při paralelním chodu více jednotek
5. Koeficient frekvenčního droopu musí být v celé síti jednotný – jinak se jednotky přetahují o výkon

4.6 Vhodné scénáře

✅ Připojení ke slabé síti (SCR < 2), oblasti s vysokým podílem obnovitelných zdrojů, černý start, ostrovní mikrosíť, regulace frekvence a výkonu

5 Síť-formující vs. síť-sledující

5.1 Trend vývoje systému

V éře obnovitelných zdrojů přibývá síť-sledujících měničů a síť je stále křehčí. Řešením jsou síť-formující úložiště energie.

5.2 Základní srovnání

5.3 Síla sítě SCR a řídicí režim

6 Souhrnný slovník pojmů