Wat is VSG-technologie en wat zijn de toepassingen ervan in energieopslag?
2025-12-17
Met de snelle toename van het aandeel intermitterende hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonne-energie in het elektriciteitsnet ondergaat het traditionele elektriciteitsnet een ingrijpende transformatie. De “inertie” van het elektriciteitsnet — de natuurlijke buffer die de frequentiestabiliteit handhaaft en onmiddellijke verstoringen tegenwerkt — wordt steeds zwakker. Tegen deze achtergrond is netgekoppelde energieopslag ontstaan, waarbij de kerntechnologie het realiseren van een “parallelle netaansluiting” via energieopslagomvormers (PCS) is. Dit artikel gaat dieper in op deze sleuteltechnologie.
VSG-netgekoppelde energieopslag (Virtual Synchronous Generator) is een technologie waarmee energieopslagsystemen de kenmerken van traditionele synchrone generatoren kunnen simuleren. Zij levert actief spannings- en frequentieondersteuning om de “netaansluitingsfunctie” te realiseren binnen een “bron-net-last-opslag”-systeem, in plaats van passief te reageren op netcommando’s.
Het belangrijkste voordeel is een verbeterde netstabiliteit, vooral in scenario’s met een hoog aandeel hernieuwbare energie. De technologie kan het gebrek aan inertie van fluctuerende energiebronnen zoals fotovoltaïsche systemen en windenergie compenseren, waardoor het elektriciteitsnet beter bestand wordt tegen verstoringen.
Kernvoordelen van VSG-technologie in energieopslagtoepassingen:
1. Leveren van inertie- en dempingsondersteuning en verbetering van de systeemstabiliteit
VSG-technologie simuleert via software-algoritmen de rotor-inertie van een synchrone generator. Hierdoor wordt bij snelle netfrequentieschommelingen (zoals plotselinge lastveranderingen of abrupte fluctuaties in de output van hernieuwbare energie) virtuele inertiële ondersteuning geboden, waardoor sterke frequentieafwijkingen worden onderdrukt. Tegelijkertijd simuleert de technologie de dempingskarakteristieken van een generator, wat vermogensoscillaties in het elektriciteitssysteem effectief reduceert en de dynamische stabiliteit en storingsbestendigheid van het systeem verbetert.
2. Realisatie van autonome werking en eilandbedrijf
In microgrid- of off-grid-scenario’s kan de energieopslagomvormer (PCS) in VSG-modus proactief een stabiele en betrouwbare referentie voor wisselspanning en frequentie opbouwen en handhaven. Hierdoor kunnen lokale lasten continu van stroom worden voorzien zonder afhankelijkheid van het externe net. Dit is van groot belang voor afgelegen gebieden, eilanden en kritieke lasten met hoge betrouwbaarheidseisen, zoals ziekenhuizen en datacenters.
3. Verbetering van stroomkwaliteit en spanningsondersteuning
Met VSG-regeling kan het reactief vermogen dynamisch worden aangepast aan de actuele behoeften. Het systeem reageert snel op lastveranderingen of storingen, ondersteunt effectief de lokale netspanning, verbetert de stroomkwaliteit en vermindert spanningsdips en -schommelingen.
4. Verhoogd vermogen tot opname van hernieuwbare energie
Door de “netvriendelijke” eigenschappen van traditionele generatorsets te simuleren, stelt VSG-technologie hernieuwbare energiebronnen zoals fotovoltaïsche systemen en windenergie — gebaseerd op vermogenselektronische interfaces — in staat inertie- en frequentieregelingscapaciteiten te bezitten die vergelijkbaar zijn met die van synchrone machines. Dit verhoogt aanzienlijk hun integratiegraad in het net en verbetert het vermogen van het elektriciteitsnet om intermitterende energiebronnen te accommoderen.
5. Flexibele omschakeling tussen netgekoppelde en off-grid-werking
In hybride energiesystemen, zoals PV-opslag-dieselsystemen, kan de VSG-modus flexibel worden gecombineerd met traditionele PQ-regeling (constant vermogen), VF-regeling (constante spanning en frequentie) en andere regelmodi. Bij parallelbedrijf met een dieselgenerator kan de VSG-modus bijvoorbeeld de dynamische respons van het systeem verbeteren, netkoppelfouten als gevolg van instabiele dieselkarakteristieken verminderen en een soepele en naadloze omschakeling van de stroomvoorziening realiseren.
De kerntechnische uitdagingen van VSG-netgekoppelde energieopslag liggen voornamelijk op drie gebieden:
1. Nauwkeurige regeling van inertie en demping
Er is een dynamische afstemming op de werkelijke netbehoeften vereist. Overmatige demping leidt tot een trage respons, terwijl onvoldoende demping storingen niet effectief onderdrukt. Het vinden van dit evenwicht is bijzonder complex.
2. Gecoördineerde regeling van meerdere eenheden
Bij grootschalige clusterwerking moet elke VSG-eenheid frequentie- en spanningsoscillaties vermijden en een nauwkeurige synchronisatie realiseren om “instabiliteit door meerdere eenheden” te voorkomen.
3. Fault ride-through en beschermingsstrategieën
Tijdens netstoringen moet snelle ondersteuning worden geleverd, terwijl de beschermingslogica schade door overstroom en overspanning moet voorkomen. Er is een zorgvuldige balans nodig tussen “ondersteuning” en “veiligheid”.
Toepassingsachtergrond
In afgelegen gebieden en eilandtoepassingen, waar geen aansluiting op het openbare net beschikbaar is, is een volledig off-grid fotovoltaïsch-opslagsysteem vereist. Daarnaast moeten in grootschalige noodstroomtoepassingen meerdere PCS’en (Power Conversion System-eenheden) parallel kunnen worden aangesloten in off-grid-modus.
De traditionele VF-(Variable Frequency) off-grid parallelle aansluiting van PCS’en wordt beperkt door de communicatielast, waardoor de totale netcapaciteit en de communicatiedistance (binnen 50 m) worden begrensd. Bovendien kan in off-grid-modus het vermogen niet actief worden geregeld en kunnen geen SOC-(State of Charge) balanceringsstrategieën worden geïmplementeerd, wat de stabiliteit van het totale systeem aantast en de onderhoudskosten verhoogt.
Off-grid online SOC-balanceringsfunctie
1. Traditionele VF-communicatiearchitectuur
Bij traditionele VF-parallelwerking is een CAN-communicatiekabel vereist. Dit beperkt zowel de communicatiedistance als het aantal eenheden dat parallel kan werken (meestal 4–6 eenheden in off-grid parallelbedrijf). Daarnaast kunnen in off-grid-modus het actieve en reactieve vermogen niet worden geregeld, wat gemakkelijk leidt tot SOC-onbalans.
2. VSG-parallelarchitectuur
In VSG-modus is voor parallelbedrijf geen communicatiekabel nodig. Het EMS hoeft enkel de secundaire frequentie- en spanningsregelcommando’s van elke PCS afzonderlijk aan te sturen om de systeemstabiliteit te waarborgen. Momenteel kunnen tot 12 eenheden parallel worden geschakeld. In off-grid-modus kunnen de laad- en ontlaadcommando’s van elke PCS afzonderlijk worden geregeld via secundaire frequentieregeling.
3. Communicatieschema voor off-grid parallel netwerken met meerdere eenheden
3.1 Parallelle VSG-aansluiting zonder communicatie tussen meerdere racks
Regelmethode: Het EMS stuurt via de communicatielijn een inschakelcommando naar een willekeurige eenheid. Deze eenheid bouwt vervolgens de spanning op en stuurt daarna sequentieel inschakelcommando’s naar de slave-eenheden om deze op te starten, met een interval van 30 seconden.
3.2 Parallelle VSG-aansluiting met zwakke communicatie tussen meerdere racks
Regelmethode:Het EMS stuurt via de communicatielijn een inschakelcommando naar alle eenheden. De master- en slave-eenheden synchroniseren zich vervolgens automatisch en starten automatisch nadat het commando is bevestigd.
Kenmerk van zwakke communicatie:Ondersteunt gesynchroniseerde black start met één knop en synchronisatie van vermogenscommando’s.
3.3 Multi-rack zwakke communicatie, lange-afstands netvorming zonder communicatie, parallelle netwerking
Regelmethode: Het EMS stuurt eerst via de communicatielijn een inschakelcommando naar de host met de grootste CAN-groepcapaciteit. Nadat deze is opgestart, stuurt het EMS sequentieel inschakelcommando’s naar de hosts van de CAN-communicatiegroepen met afnemende capaciteit, met een wachttijd van 30–60 seconden tussen de stappen.
Implementatietraject en technische uitdagingen
Het realiseren van netgekoppelde PCS’en is geen eenvoudige taak en brengt meerdere uitdagingen met zich mee:
1. Kernbesturingsalgoritme:
Er moeten VSG-besturingsalgoritmen met hoge precisie en robuustheid worden ontwikkeld. Sleutelparameters zoals virtuele inertie en demping moeten worden geoptimaliseerd om zich aan te passen aan complexe netcondities.
2. Hardwarematige overstroomcapaciteit:
Om netondersteuning te kunnen bieden, moet de PCS tijdens transiënte processen stromen kunnen weerstaan die meerdere keren de nominale waarde bedragen. Dit stelt hogere eisen aan vermogenscomponenten en het thermisch ontwerp.
3. Parallelbedrijf en coördinatie van meerdere eenheden:
Wanneer meerdere netgekoppelde PCS’en parallel werken, is het essentieel om vermogensoscillaties en wederzijdse interferentie te vermijden en een stabiele, gecoördineerde werking met gelijkmatige stroomverdeling te realiseren voor praktische toepassingen.
4. Normen en specificaties:
Wereldwijde normen voor netgekoppelde technologieën zijn nog in ontwikkeling en vereisen gezamenlijke inspanningen van zowel de industrie als de academische wereld.
Conclusie
Netgekoppelde PCS’en voor op VSG gebaseerde energieopslag vormen niet slechts een technologische upgrade, maar een fundamenteel revolutionair concept. Zij markeren de overgang van het elektriciteitsnet van een traditioneel “host–terminal”-model, dat afhankelijk is van een beperkt aantal grote synchrone generatoren, naar een “peer-to-peer”-netwerkmodel dat wordt opgebouwd door talloze gedistribueerde, intelligente “virtuele generatoren”.
In toekomstige nieuwe energiesystemen die worden gedomineerd door hernieuwbare energiebronnen, zullen netgekoppelde PCS’en niet langer een “bijzaak” van het elektriciteitsnet zijn, maar juist een “hoeksteen” en “stabiliserende kracht” die de veilige, stabiele en efficiënte werking van het net ondersteunen. Wie in dit technologische domein het voortouw neemt, zal het initiatief grijpen in de toekomstige energierevolutie.
Balanceringstechnologie voor energieopslagbatterijen: actieve versus passieve balancering
De Sleutel tot Betere Battery Pack-prestaties: Consistentiebeheer
Gerelateerd artikel
