Улучшение демпфирующих свойств виртуального синхронного генератора с помощью корректирующего согласно-параллельного регулятора
Ключевые слова:
демпфирование колебаний, частотный отклик, система управления, согласно-параллельная коррекция, виртуальный синхронный генератор, возобновляемые источники энергии
Аннотация
В современных энергосистемах наблюдается устойчивый рост числа генерирующих объектов на основе сетевых инверторов, приводящий к значительному изменению динамических свойств энергосистем. В первую очередь это выражается в снижении инерционного отклика, который обеспечивали традиционные синхронные генераторы. В связи с этим ключевой технологией для современных гибридных энергосистем становится новая концепция управления сетевыми инверторами в режиме «виртуальный синхронный генератор» (ВСГ), которая позволяет имитировать свойства и возможности синхронной генерации. Однако традиционным алгоритмам управления ВСГ характерен ряд принципиальных проблем, например, взаимовлияние контуров управления активной и реактивной мощностями. В статье предлагается альтернативная структура ВСГ, управляемая опорным сигналом тока (ВСГ-Т). Однако данная структура является сложной и ей характерен недостаток демпфирующего момента при изменении плотности электрической сети. В связи с этим предлагается подход по усилению демпфирующих свойств ВСТ-Т за счёт использования согласно-параллельного регулятора, состоящего из простого пропорционального звена. Представленный в статье анализ замкнутой передаточной функции продемонстрировал снижение порядка модели до второго за счёт предложенного регулятора, что позволило вывести простые зависимости для настройки модели. С помощью рассмотрения модели в пространстве состояний и коэффициентов чувствительности и участия доказано преобладающее влияние коэффициента усиления разработанного регулятора именно на низкочастотные корни, что приводит к улучшению демпфирующих свойств ВСГ-Т. Результаты динамического моделирования во временной области подтвердили обозначенные свойства и возможности модифицированной структуры ВСГ-Т с согласно-параллельным регулятором. Продемонстрировано отсутствие влияния демпфирующего эффекта на инерционный отклик модифицированной структуры ВСГ-Т, выражающееся в постоянстве скорости изменения частоты при увеличении коэффициента демпфирования. Сделан вывод об эффективности, устойчивости модифицированной структуры ВСГ-Т и возможности её гибкой настройки для получения любого желаемого динамического отклика в условиях разной плотности электрической сети и загрузки по мощности сетевого инвертора.
Литература
1. Елистратов В.В. и др. Арктическая ветродизельная электростанция с интеллектуальной системой автоматического управления. – Электричество, 2022, № 2, с. 29–37.
2. Карамов Д.Н. и др. Анализ мирового опыта стимулирования развития возобновляемой энергетики и возможностей его применения в России. – Энергетик, 2022, № 9, с. 39–49.
3. Розанов Ю.К. Силовая электроника. М.: Издательство МЭИ, 2018, 508 с.
4. Zhong Q.C. Power-Electronics-Enabled Autonomous Power Systems: Architecture and Technical Routes. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017, vol. 64 (7), pp. 5907–5918, DOI: 10.1109/TIE.2017.2677339.
5. Домышев А.В., Барахтенко Е.А., Илюшин П.В. Обзор современных подходов к построению систем мультиагентного управления микросетями. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2023, № 3(78), с. 46–56.
6. Стребков Д.С., Шогенов А. Солнечные фотоэлектростанции. – Электрические станции, 2017, № 12(1037), с. 45–50.
7. Илюшин П.В. Интеграция электростанций на основе возобновляемых источников энергии в Единой энергетической системе России: обзор проблемных вопросов и подходов к их решению. – Вестник МЭИ, 2022, № 4, с. 98–107.
8. Суворов А.А. и др. Верификация численных расчётов электромеханических переходных процессов при оценке устойчивости электроэнергетических систем с генерирующими объектами, использующими ВИЭ. – Электрические станции, 2022, № 1(1086), с. 25–37.
9. Дудин Р. Проблемные вопросы эксплуатации распределительных сетей с увеличивающейся долей распределенной генерации. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2022, № S4(27), с. 40–44.
10. Разживин И.А. и др. Оценка влияния ветроэлектростанций на изменение суммарной инерции электроэнергетической системы. – Вестник Иркутского государственного технического университета, 2021, т. 25, № 2(157), с. 220–234.
11. Сигитов О.Ю., Чемборисова Н.Ш., Черненков И.Д. Анализ надежности при управлении режимами современных электроэнергетических систем. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2021, № 2(65), с. 40–46.
12. Wang X. et al. Grid-Synchronization Stability of Converter-Based Resources—An Overview. – IEEE Open Journal of Industry Applications, 2020, vol. 1, pp. 115–134, DOI: 10.1109/OJIA.2020.3020392.
13. Суворов А.А. и др. Система автоматического управления силовым преобразователем на основе свободно конфигурируемой структуры виртуального синхронного генератора. – Электричество, 2022, № 4, с. 15–26.
14. Liu H. et al. Influence of Virtual Synchronous Generators on Low Frequency Oscillations. – CSEE Journal of Power and Energy Systems, 2022, vol. 8, No. 4, pp. 1029–1038, DOI: 10.17775/CSEEJPES.2020.01700.
15. Du W., Fu Q., Wang H.F. Power System Small-Signal Angular Stability Affected by Virtual Synchronous Generators. – IEEE Transactions on Power Systems, 2019, vol. 34, No. 4, pp. 3209–3219, DOI: 10.1109/TPWRS.2019.2896149.
16. Симонов А.В., Илюшин П.В. О влиянии параметров схемы выдачи мощности ветровых электростанций на показатели качества электроэнергии в распределительных сетях. – Энергетик, 2023, № 6, с. 22–28.
17. Shuai Z. et al. Active Power Oscillation and Suppression Techniques Between Two Parallel Synchronverters During Load Fluctuations. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2020, vol. 35, No. 4, pp. 4127–4142, DOI: 10.1109/TPEL.2019.2933628.
18. Meng X., Liu J., Liu Z. A Generalized Droop Control for Grid-Supporting Inverter Based on Comparison Between Traditional Droop Control and Virtual Synchronous Generator Control. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, vol. 34, No. 6, pp. 5416–5438, DOI: 10.1109/TPEL.2018.2868722.
19. Shintai T., Miura Y., Ise T. Oscillation Damping of a Distributed Generator Using a Virtual Synchronous Generator. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2014, vol. 29, No. 2, pp. 668–676, DOI: 10.1109/TPWRD.2013.2281359.
20. Huang L., Xin H., Wang Z. Damping Low-Frequency Oscillations through VSC-HVDC Stations Operated as Virtual Synchronous Machines. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, vol. 34, No. 6, pp. 5803–5818, DOI: 10.1109/TPEL.2018.2866523.
21. Suul J.A., D’Arco S., Guidi G. Virtual Synchronous Machine-Based Control of a Single-Phase Bi-Directional Battery Charger for Providing Vehicle-to-Grid Services. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2016, vol. 52, No. 4, pp. 3234–3244, DOI: 10.1109/TIA.2016.2550588.
22. Tao Y. et al. Evaluation and Comparison of the Low-Frequency Oscillation Damping Methods for the Droop-Controlled Inverters in Distributed Generation Systems. – Journal of Power Electronics, 2016, vol. 16, No. 2, pp. 731–747, DOI: 10.6113/JPE.2016.16.2.731.
23. Natarajan V., Weiss G. Synchronverters with Better Stability Due to Virtual Inductors, Virtual Capacitors, and Anti-Windup. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017, vol. 64, No. 7, pp. 5994–6004, DOI: 10.1109/TIE.2017.2674611.
24. Liu J. et al. Enhanced Virtual Synchronous Generator Control for Parallel Inverters in Microgrids. – IEEE Transactions on Smart Grid, 2016, vol. 8, No. 5, pp. 2268–2277, DOI: 10.1109/TSG.2016.2521405.
25. Dong S., Chen Y.C. Adjusting Synchronverter Dynamic Response Speed Via Damping Correction Loop. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2016, vol. 32, No. 2, pp. 608–619, DOI: 10.1109/TEC.2016.2645450.
26. Dong S., Chen Y.C. A method to Directly Compute Synchronverter Parameters for Desired Dynamic Response. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2017, vol. 33, No. 2, pp. 814–825, DOI: 10.1109/TEC.2017.2771401.
27. Liu J., Miura Y., Ise T. Fixed-Parameter Damping Methods of Virtual Synchronous Generator Control Using State Feedback. – IEEE Access, 2019, vol. 7, pp. 99177–99190, DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2930132.
28. Chen M., Zhou D., Blaabjerg F. Active Power Oscillation Damping Based on Acceleration Control in Paralleled Virtual Synchronous Generators System. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, vol. 36, No. 8, pp. 9501–9510, DOI: 10.1109/TPEL.2021.3051272.
29. Yu Y. et al. A Reference-Feedforward-Based Damping Method for Virtual Synchronous Generator Control. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37, No. 7, pp. 7566–7571, DOI: 10.1109/TPEL.2022.3152358.
30. Li M. et al. Phase Feedforward Damping Control Method for Virtual Synchronous Generators. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37, No. 8, pp. 9790–9806, DOI: 10.1109/TPEL.2022.3150950.
31. Суворов А.А. и др. Синтез и тестирование типовых структур систем автоматического управления на основе виртуального синхронного генератора для генерирующих установок с силовым преобразователем. – Электрические станции, 2022, № 3 (1088), с. 43–57.
32. Li X. et al. Mechanism Analysis and Suppression Strategies of Power Oscillation for Virtual Synchronous Generator. – 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2017, pp. 4955–4960, DOI: 10.1109/IECON.2017.8216855.
33. Суворов А.А. и др. Управление сетевым инвертором на основе виртуального синхронного генератора при изменении плотности электрической сети. – Электричество, 2023, № 3, с. 35–51.
34. Гаджиев М.Г. и др. Матричные методы анализа и управления переходными процессами в электроэнергетических системах. М.: Издательский дом МЭИ, 2019, 462 с.
35. Yang D. et al. Suppression of Synchronous Resonance for VSGs. – The Journal of Engineering, 2017, vol. 2017, No. 13, pp. 2574–2579, DOI: 10.1049/joe.2017.0792.
36. Dong S., Chen Y.C. Reducing Transient Active- and Reactive-power Coupling in Virtual Synchronous Generators. – IEEE 28th International Symposium on Industrial Electronics, 2019, pp. 1090–1095, DOI: 10.1109/ISIE.2019.8781169.
37. Шалыгин А.С., Санников В.А. Устойчивость динамических систем автоматического управления. СПб.: БГТУ "Военмех" им. Д.Ф. Устинова, 2015, 162 с.
38. D’Arco S., Suul J.A., Fosso O.B. A Virtual Synchronous Machine Implementation for Distributed Control of Power Converters in Smart Grids. – Electric Power Systems Research, 2015, vol. 122, pp. 180–197, DOI: 10.1016/j.epsr.2015.01.001.
39. Рудник В.Е. и др. Исследование функционирования алгоритма синтетической инерции в электроэнергетических системах разной плотности. – iPolytech Journal, 2022, Т. 26, № 3, С. 465–486.
40. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. СПб.: Профессия, 2003, 752 с.
41. Liu J., Miura Y., Ise T. Comparison of Dynamic Characteristics Between Virtual Synchronous Generator and Droop Control in Inverter-Based Distributed Generators. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2016, vol. 31, No. 5, pp. 3600–3611, DOI: 10.1109/TPEL.2015.2465852.
42. Yu Y. et al. A Comparison of Fixed-Parameter Active-Power-Oscillation Damping Solutions for Virtual Synchronous Generators. – 47th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics, 2021, pp. 1–6, DOI: 10.1109/IECON48115.2021.9589433.
43. Dong S., Chen Y.C. Analysis of Feasible Synchronverter Pole-Placement Region to Facilitate Parameter Tuning. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2021, vol. 36, No. 4, pp. 2782–2793, DOI: 10.1109/TEC.2021.3068758.
44. Аскаров А.Б. и др. К вопросу о современных принципах управления возобновляемыми источниками энергии на основе виртуального синхронного генератора. – Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления, 2022, № 41, с. 5–30.
45. Zhao F., Wang X., Zhu T. Power Dynamic Decoupling Control of Grid-Forming Converter in Stiff Grid. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37, No. 8, pp. 9073–9088, DOI: 10.1109/TPEL.2022.3156991.
46. Li M. et al. A Novel Virtual Synchronous Generator Control Strategy Based on Improved Swing Equation Emulating and Power Decoupling Method. – IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, 2016, pp. 1–7, DOI: 10.1109/ECCE.2016.7854751
---
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-79-00204
#
1. Elistratov V.V. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2022, No. 2, pp. 29–37.
2. Karamov D.N. et al. Energetik – in Russ. (Energetik), 2022, No. 9, pp. 39–49.
3. Rozanov Yu.K. Silovaya elektronika (Power Electronics). M.: Izdatel'stvo MEI, 2018, 508 p.
4. Zhong Q.C. Power-Electronics-Enabled Autonomous Power Systems: Architecture and Technical Routes. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017, vol. 64 (7), pp. 5907–5918, DOI: 10.1109/TIE.2017.2677339.
5. Domyshev A.V., Barahtenko E.A., Ilyushin P.V. Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie – in Russ. (Electric Power. Transmission and Distribution), 2023, No. 3(78), pp. 46–56.
6. Strebkov D.S., Shogenov A. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Power Plants), 2017, No. 12(1037), pp. 45–50.
7. Ilyushin P.V. Vestnik MEI – in Russ. (Bulletin of MPEI), 2022, No. 4, pp. 98–107.
8. Suvorov A.A. et al. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Power Plants), 2022, No. 1(1086), pp. 25–37.
9. Dudin R. Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie – in Russ. (Electric Power. Transmission and Distribution), 2022, No. S4(27), pp. 40–44.
10. Razzhivin I.A. et al. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta – in Russ. (Proceedings of Irkutsk State Technical University), 2021, vol. 25, No. 2(157), pp. 220–234.
11. Sigitov O.Yu., Chemborisova N.Sh., Chernenkov I.D. Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie – in Russ. (Electric Power. Transmission and Distribution), 2021, No. 2(65), pp. 40–46.
12. Wang X. et al. Grid-Synchronization Stability of Converter-Based Resources — An Overview. – IEEE Open Journal of Industry Applications, 2020, vol. 1, pp. 115–134, DOI: 10.1109/OJIA.2020.3020392.
13. Suvorov A.A. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2022, No. 4, pp. 15–26.
14. Liu H. et al. Influence of Virtual Synchronous Generators on Low Frequency Oscillations. – CSEE Journal of Power and Energy Systems, 2022, vol. 8, No. 4, pp. 1029–1038, DOI: 10.17775/CSEEJPES.2020.01700.
15. Du W., Fu Q., Wang H.F. Power System Small-Signal Angular Stability Affected by Virtual Synchronous Generators. – IEEE Transactions on Power Systems, 2019, vol. 34, No. 4, pp. 3209–3219, DOI: 10.1109/TPWRS.2019.2896149.
16. Simonov A.V., Ilyushin P.V. Energetik – in Russ. (Energetik), 2023, No. 6, pp. 22–28.
17. Shuai Z. et al. Active Power Oscillation and Suppression Techniques Between Two Parallel Synchronverters During Load Fluctuations. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2020, vol. 35, No. 4, pp. 4127–4142, DOI: 10.1109/TPEL.2019.2933628.
18. Meng X., Liu J., Liu Z. A Generalized Droop Control for Grid-Supporting Inverter Based on Comparison Between Traditional Droop Control and Virtual Synchronous Generator Control. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, vol. 34, No. 6, pp. 5416–5438, DOI: 10.1109/TPEL.2018.2868722.
19. Shintai T., Miura Y., Ise T. Oscillation Damping of a Distributed Generator Using a Virtual Synchronous Generator. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2014, vol. 29, No. 2, pp. 668–676, DOI: 10.1109/TPWRD.2013.2281359.
20. Huang L., Xin H., Wang Z. Damping Low-Frequency Oscillations through VSC-HVDC Stations Operated as Virtual Synchronous Machines. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, vol. 34, No. 6, pp. 5803–5818, DOI: 10.1109/TPEL.2018.2866523.
21. Suul J.A., D’Arco S., Guidi G. Virtual Synchronous Machine-Based Control of a Single-Phase Bi-Directional Battery Charger for Providing Vehicle-to-Grid Services. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2016, vol. 52, No. 4, pp. 3234–3244, DOI: 10.1109/TIA.2016.2550588.
22. Tao Y. et al. Evaluation and Comparison of the Low-Frequency Oscillation Damping Methods for the Droop-Controlled Inverters in Distributed Generation Systems. – Journal of Power Electronics, 2016, vol. 16, No. 2, pp. 731–747, DOI: 10.6113/JPE.2016.16.2.731.
23. Natarajan V., Weiss G. Synchronverters with Better Stability Due to Virtual Inductors, Virtual Capacitors, and Anti-Windup. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017, vol. 64, No. 7, pp. 5994–6004, DOI: 10.1109/TIE.2017.2674611.
24. Liu J. et al. Enhanced Virtual Synchronous Generator Control for Parallel Inverters in Microgrids. – IEEE Transactions on Smart Grid, 2016, vol. 8, No. 5, pp. 2268–2277, DOI: 10.1109/TSG.2016.2521405.
25. Dong S., Chen Y.C. Adjusting Synchronverter Dynamic Response Speed Via Damping Correction Loop. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2016, vol. 32, No. 2, pp. 608–619, DOI: 10.1109/TEC.2016.2645450.
26. Dong S., Chen Y.C. A method to Directly Compute Synchronverter Parameters for Desired Dynamic Response. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2017, vol. 33, No. 2, pp. 814–825, DOI: 10.1109/TEC.2017.2771401.
27. Liu J., Miura Y., Ise T. Fixed-Parameter Damping Methods of Virtual Synchronous Generator Control Using State Feedback. – IEEE Access, 2019, vol. 7, pp. 99177–99190, DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2930132.
28. Chen M., Zhou D., Blaabjerg F. Active Power Oscillation Damping Based on Acceleration Control in Paralleled Virtual Synchronous Generators System. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, vol. 36, No. 8, pp. 9501–9510, DOI: 10.1109/TPEL.2021.3051272.
29. Yu Y. et al. A Reference-Feedforward-Based Damping Method for Virtual Synchronous Generator Control. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37, No. 7, pp. 7566–7571, DOI: 10.1109/TPEL.2022.3152358.
30. Li M. et al. Phase Feedforward Damping Control Method for Virtual Synchronous Generators. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37, No. 8, pp. 9790–9806, DOI: 10.1109/TPEL.2022.3150950.
31. Suvorov A.A. et al. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Power Plants), 2022, No. 3(1088), pp. 43–57.
32. Li X. et al. Mechanism Analysis and Suppression Strategies of Power Oscillation for Virtual Synchronous Generator. – 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2017, pp. 4955–4960, DOI: 10.1109/IECON.2017.8216855.
33. Suvorov A.A. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 3, pp. 35–51.
34. Gadzhiev M.G. et al. Matrichnye metody analiza i upravle-niya perekhodnymi protsessami v elektroenergeticheskikh sistemakh (Matrix Methods of Analysis and Transients Control in Electric Power Systems). M.: Izdatel'skiy dom MEI, 2019, 462 p.
35. Yang D. et al. Suppression of Synchronous Resonance for VSGs. – The Journal of Engineering, 2017, vol. 2017, No. 13, pp. 2574–2579, DOI: 10.1049/joe.2017.0792.
36. Dong S., Chen Y.C. Reducing Transient Active- and Reactive-power Coupling in Virtual Synchronous Generators. – IEEE 28th International Symposium on Industrial Electronics, 2019, pp. 1090–1095, DOI: 10.1109/ISIE.2019.8781169.
37. Shalygin A.S., Sannikov V.A. Ustoychivost' dinamicheskikh sistem avtomaticheskogo upravleniya (Stability of Dynamic Automatic Control Systems). SPb.: BGTU "Voenmekh" im. D.F. Ustinova, 2015, 162 p.
38. D’Arco S., Suul J.A., Fosso O.B. A Virtual Synchronous Machine Implementation for Distributed Control of Power Converters in Smart Grids. – Electric Power Systems Research, 2015, vol. 122, pp. 180–197, DOI: 10.1016/j.epsr.2015.01.001.
39. Rudnik V.E. et al. iPolytech Journal, 2022, vol. 26, No. 3, pp. 465–486.
40. Besekerskii V.A., Popov E.P. (Theory of automatic control systems). SPb.: Professiya, 2003, 752 p.
41. Liu J., Miura Y., Ise T. Comparison of Dynamic Characteristics Between Virtual Synchronous Generator and Droop Control in Inverter-Based Distributed Generators. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2016, vol. 31, No. 5, pp. 3600–3611, DOI: 10.1109/TPEL.2015.2465852.
42. Yu Y. et al. A Comparison of Fixed-Parameter Active-Power-Oscillation Damping Solutions for Virtual Synchronous Generators. – 47th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics, 2021, pp. 1–6, DOI: 10.1109/IECON48115.2021.9589433.
43. Dong S., Chen Y.C. Analysis of Feasible Synchronverter Pole-Placement Region to Facilitate Parameter Tuning. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2021, vol. 36, No. 4, pp. 2782–2793, DOI: 10.1109/TEC.2021.3068758.
44. Askarov A.B. et al. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Elektrotekhnika, informatsionnye tekhnologii, sistemy upravleniya – in Russ. (Perm National Research Polytechnic University Bulletin. Electrotechnics, Informational Technologies, Control Systems), 2022, No. 41, pp. 5–30.
45. Zhao F., Wang X., Zhu T. Power Dynamic Decoupling Control of Grid-Forming Converter in Stiff Grid. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37, No. 8, pp. 9073–9088, DOI: 10.1109/TPEL.2022.3156991.
46. Li M. et al. A Novel Virtual Synchronous Generator Control Strategy Based on Improved Swing Equation Emulating and Power Decoupling Method. – IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, 2016, pp. 1–7, DOI: 10.1109/ECCE.2016.7854751
---
The study was financially supported by the Russian Science Foundation, grant no. 22-79-00204
2. Карамов Д.Н. и др. Анализ мирового опыта стимулирования развития возобновляемой энергетики и возможностей его применения в России. – Энергетик, 2022, № 9, с. 39–49.
3. Розанов Ю.К. Силовая электроника. М.: Издательство МЭИ, 2018, 508 с.
4. Zhong Q.C. Power-Electronics-Enabled Autonomous Power Systems: Architecture and Technical Routes. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017, vol. 64 (7), pp. 5907–5918, DOI: 10.1109/TIE.2017.2677339.
5. Домышев А.В., Барахтенко Е.А., Илюшин П.В. Обзор современных подходов к построению систем мультиагентного управления микросетями. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2023, № 3(78), с. 46–56.
6. Стребков Д.С., Шогенов А. Солнечные фотоэлектростанции. – Электрические станции, 2017, № 12(1037), с. 45–50.
7. Илюшин П.В. Интеграция электростанций на основе возобновляемых источников энергии в Единой энергетической системе России: обзор проблемных вопросов и подходов к их решению. – Вестник МЭИ, 2022, № 4, с. 98–107.
8. Суворов А.А. и др. Верификация численных расчётов электромеханических переходных процессов при оценке устойчивости электроэнергетических систем с генерирующими объектами, использующими ВИЭ. – Электрические станции, 2022, № 1(1086), с. 25–37.
9. Дудин Р. Проблемные вопросы эксплуатации распределительных сетей с увеличивающейся долей распределенной генерации. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2022, № S4(27), с. 40–44.
10. Разживин И.А. и др. Оценка влияния ветроэлектростанций на изменение суммарной инерции электроэнергетической системы. – Вестник Иркутского государственного технического университета, 2021, т. 25, № 2(157), с. 220–234.
11. Сигитов О.Ю., Чемборисова Н.Ш., Черненков И.Д. Анализ надежности при управлении режимами современных электроэнергетических систем. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2021, № 2(65), с. 40–46.
12. Wang X. et al. Grid-Synchronization Stability of Converter-Based Resources—An Overview. – IEEE Open Journal of Industry Applications, 2020, vol. 1, pp. 115–134, DOI: 10.1109/OJIA.2020.3020392.
13. Суворов А.А. и др. Система автоматического управления силовым преобразователем на основе свободно конфигурируемой структуры виртуального синхронного генератора. – Электричество, 2022, № 4, с. 15–26.
14. Liu H. et al. Influence of Virtual Synchronous Generators on Low Frequency Oscillations. – CSEE Journal of Power and Energy Systems, 2022, vol. 8, No. 4, pp. 1029–1038, DOI: 10.17775/CSEEJPES.2020.01700.
15. Du W., Fu Q., Wang H.F. Power System Small-Signal Angular Stability Affected by Virtual Synchronous Generators. – IEEE Transactions on Power Systems, 2019, vol. 34, No. 4, pp. 3209–3219, DOI: 10.1109/TPWRS.2019.2896149.
16. Симонов А.В., Илюшин П.В. О влиянии параметров схемы выдачи мощности ветровых электростанций на показатели качества электроэнергии в распределительных сетях. – Энергетик, 2023, № 6, с. 22–28.
17. Shuai Z. et al. Active Power Oscillation and Suppression Techniques Between Two Parallel Synchronverters During Load Fluctuations. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2020, vol. 35, No. 4, pp. 4127–4142, DOI: 10.1109/TPEL.2019.2933628.
18. Meng X., Liu J., Liu Z. A Generalized Droop Control for Grid-Supporting Inverter Based on Comparison Between Traditional Droop Control and Virtual Synchronous Generator Control. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, vol. 34, No. 6, pp. 5416–5438, DOI: 10.1109/TPEL.2018.2868722.
19. Shintai T., Miura Y., Ise T. Oscillation Damping of a Distributed Generator Using a Virtual Synchronous Generator. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2014, vol. 29, No. 2, pp. 668–676, DOI: 10.1109/TPWRD.2013.2281359.
20. Huang L., Xin H., Wang Z. Damping Low-Frequency Oscillations through VSC-HVDC Stations Operated as Virtual Synchronous Machines. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, vol. 34, No. 6, pp. 5803–5818, DOI: 10.1109/TPEL.2018.2866523.
21. Suul J.A., D’Arco S., Guidi G. Virtual Synchronous Machine-Based Control of a Single-Phase Bi-Directional Battery Charger for Providing Vehicle-to-Grid Services. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2016, vol. 52, No. 4, pp. 3234–3244, DOI: 10.1109/TIA.2016.2550588.
22. Tao Y. et al. Evaluation and Comparison of the Low-Frequency Oscillation Damping Methods for the Droop-Controlled Inverters in Distributed Generation Systems. – Journal of Power Electronics, 2016, vol. 16, No. 2, pp. 731–747, DOI: 10.6113/JPE.2016.16.2.731.
23. Natarajan V., Weiss G. Synchronverters with Better Stability Due to Virtual Inductors, Virtual Capacitors, and Anti-Windup. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017, vol. 64, No. 7, pp. 5994–6004, DOI: 10.1109/TIE.2017.2674611.
24. Liu J. et al. Enhanced Virtual Synchronous Generator Control for Parallel Inverters in Microgrids. – IEEE Transactions on Smart Grid, 2016, vol. 8, No. 5, pp. 2268–2277, DOI: 10.1109/TSG.2016.2521405.
25. Dong S., Chen Y.C. Adjusting Synchronverter Dynamic Response Speed Via Damping Correction Loop. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2016, vol. 32, No. 2, pp. 608–619, DOI: 10.1109/TEC.2016.2645450.
26. Dong S., Chen Y.C. A method to Directly Compute Synchronverter Parameters for Desired Dynamic Response. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2017, vol. 33, No. 2, pp. 814–825, DOI: 10.1109/TEC.2017.2771401.
27. Liu J., Miura Y., Ise T. Fixed-Parameter Damping Methods of Virtual Synchronous Generator Control Using State Feedback. – IEEE Access, 2019, vol. 7, pp. 99177–99190, DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2930132.
28. Chen M., Zhou D., Blaabjerg F. Active Power Oscillation Damping Based on Acceleration Control in Paralleled Virtual Synchronous Generators System. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, vol. 36, No. 8, pp. 9501–9510, DOI: 10.1109/TPEL.2021.3051272.
29. Yu Y. et al. A Reference-Feedforward-Based Damping Method for Virtual Synchronous Generator Control. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37, No. 7, pp. 7566–7571, DOI: 10.1109/TPEL.2022.3152358.
30. Li M. et al. Phase Feedforward Damping Control Method for Virtual Synchronous Generators. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37, No. 8, pp. 9790–9806, DOI: 10.1109/TPEL.2022.3150950.
31. Суворов А.А. и др. Синтез и тестирование типовых структур систем автоматического управления на основе виртуального синхронного генератора для генерирующих установок с силовым преобразователем. – Электрические станции, 2022, № 3 (1088), с. 43–57.
32. Li X. et al. Mechanism Analysis and Suppression Strategies of Power Oscillation for Virtual Synchronous Generator. – 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2017, pp. 4955–4960, DOI: 10.1109/IECON.2017.8216855.
33. Суворов А.А. и др. Управление сетевым инвертором на основе виртуального синхронного генератора при изменении плотности электрической сети. – Электричество, 2023, № 3, с. 35–51.
34. Гаджиев М.Г. и др. Матричные методы анализа и управления переходными процессами в электроэнергетических системах. М.: Издательский дом МЭИ, 2019, 462 с.
35. Yang D. et al. Suppression of Synchronous Resonance for VSGs. – The Journal of Engineering, 2017, vol. 2017, No. 13, pp. 2574–2579, DOI: 10.1049/joe.2017.0792.
36. Dong S., Chen Y.C. Reducing Transient Active- and Reactive-power Coupling in Virtual Synchronous Generators. – IEEE 28th International Symposium on Industrial Electronics, 2019, pp. 1090–1095, DOI: 10.1109/ISIE.2019.8781169.
37. Шалыгин А.С., Санников В.А. Устойчивость динамических систем автоматического управления. СПб.: БГТУ "Военмех" им. Д.Ф. Устинова, 2015, 162 с.
38. D’Arco S., Suul J.A., Fosso O.B. A Virtual Synchronous Machine Implementation for Distributed Control of Power Converters in Smart Grids. – Electric Power Systems Research, 2015, vol. 122, pp. 180–197, DOI: 10.1016/j.epsr.2015.01.001.
39. Рудник В.Е. и др. Исследование функционирования алгоритма синтетической инерции в электроэнергетических системах разной плотности. – iPolytech Journal, 2022, Т. 26, № 3, С. 465–486.
40. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. СПб.: Профессия, 2003, 752 с.
41. Liu J., Miura Y., Ise T. Comparison of Dynamic Characteristics Between Virtual Synchronous Generator and Droop Control in Inverter-Based Distributed Generators. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2016, vol. 31, No. 5, pp. 3600–3611, DOI: 10.1109/TPEL.2015.2465852.
42. Yu Y. et al. A Comparison of Fixed-Parameter Active-Power-Oscillation Damping Solutions for Virtual Synchronous Generators. – 47th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics, 2021, pp. 1–6, DOI: 10.1109/IECON48115.2021.9589433.
43. Dong S., Chen Y.C. Analysis of Feasible Synchronverter Pole-Placement Region to Facilitate Parameter Tuning. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2021, vol. 36, No. 4, pp. 2782–2793, DOI: 10.1109/TEC.2021.3068758.
44. Аскаров А.Б. и др. К вопросу о современных принципах управления возобновляемыми источниками энергии на основе виртуального синхронного генератора. – Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления, 2022, № 41, с. 5–30.
45. Zhao F., Wang X., Zhu T. Power Dynamic Decoupling Control of Grid-Forming Converter in Stiff Grid. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37, No. 8, pp. 9073–9088, DOI: 10.1109/TPEL.2022.3156991.
46. Li M. et al. A Novel Virtual Synchronous Generator Control Strategy Based on Improved Swing Equation Emulating and Power Decoupling Method. – IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, 2016, pp. 1–7, DOI: 10.1109/ECCE.2016.7854751
---
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-79-00204
#
1. Elistratov V.V. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2022, No. 2, pp. 29–37.
2. Karamov D.N. et al. Energetik – in Russ. (Energetik), 2022, No. 9, pp. 39–49.
3. Rozanov Yu.K. Silovaya elektronika (Power Electronics). M.: Izdatel'stvo MEI, 2018, 508 p.
4. Zhong Q.C. Power-Electronics-Enabled Autonomous Power Systems: Architecture and Technical Routes. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017, vol. 64 (7), pp. 5907–5918, DOI: 10.1109/TIE.2017.2677339.
5. Domyshev A.V., Barahtenko E.A., Ilyushin P.V. Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie – in Russ. (Electric Power. Transmission and Distribution), 2023, No. 3(78), pp. 46–56.
6. Strebkov D.S., Shogenov A. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Power Plants), 2017, No. 12(1037), pp. 45–50.
7. Ilyushin P.V. Vestnik MEI – in Russ. (Bulletin of MPEI), 2022, No. 4, pp. 98–107.
8. Suvorov A.A. et al. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Power Plants), 2022, No. 1(1086), pp. 25–37.
9. Dudin R. Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie – in Russ. (Electric Power. Transmission and Distribution), 2022, No. S4(27), pp. 40–44.
10. Razzhivin I.A. et al. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta – in Russ. (Proceedings of Irkutsk State Technical University), 2021, vol. 25, No. 2(157), pp. 220–234.
11. Sigitov O.Yu., Chemborisova N.Sh., Chernenkov I.D. Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie – in Russ. (Electric Power. Transmission and Distribution), 2021, No. 2(65), pp. 40–46.
12. Wang X. et al. Grid-Synchronization Stability of Converter-Based Resources — An Overview. – IEEE Open Journal of Industry Applications, 2020, vol. 1, pp. 115–134, DOI: 10.1109/OJIA.2020.3020392.
13. Suvorov A.A. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2022, No. 4, pp. 15–26.
14. Liu H. et al. Influence of Virtual Synchronous Generators on Low Frequency Oscillations. – CSEE Journal of Power and Energy Systems, 2022, vol. 8, No. 4, pp. 1029–1038, DOI: 10.17775/CSEEJPES.2020.01700.
15. Du W., Fu Q., Wang H.F. Power System Small-Signal Angular Stability Affected by Virtual Synchronous Generators. – IEEE Transactions on Power Systems, 2019, vol. 34, No. 4, pp. 3209–3219, DOI: 10.1109/TPWRS.2019.2896149.
16. Simonov A.V., Ilyushin P.V. Energetik – in Russ. (Energetik), 2023, No. 6, pp. 22–28.
17. Shuai Z. et al. Active Power Oscillation and Suppression Techniques Between Two Parallel Synchronverters During Load Fluctuations. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2020, vol. 35, No. 4, pp. 4127–4142, DOI: 10.1109/TPEL.2019.2933628.
18. Meng X., Liu J., Liu Z. A Generalized Droop Control for Grid-Supporting Inverter Based on Comparison Between Traditional Droop Control and Virtual Synchronous Generator Control. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, vol. 34, No. 6, pp. 5416–5438, DOI: 10.1109/TPEL.2018.2868722.
19. Shintai T., Miura Y., Ise T. Oscillation Damping of a Distributed Generator Using a Virtual Synchronous Generator. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2014, vol. 29, No. 2, pp. 668–676, DOI: 10.1109/TPWRD.2013.2281359.
20. Huang L., Xin H., Wang Z. Damping Low-Frequency Oscillations through VSC-HVDC Stations Operated as Virtual Synchronous Machines. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, vol. 34, No. 6, pp. 5803–5818, DOI: 10.1109/TPEL.2018.2866523.
21. Suul J.A., D’Arco S., Guidi G. Virtual Synchronous Machine-Based Control of a Single-Phase Bi-Directional Battery Charger for Providing Vehicle-to-Grid Services. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2016, vol. 52, No. 4, pp. 3234–3244, DOI: 10.1109/TIA.2016.2550588.
22. Tao Y. et al. Evaluation and Comparison of the Low-Frequency Oscillation Damping Methods for the Droop-Controlled Inverters in Distributed Generation Systems. – Journal of Power Electronics, 2016, vol. 16, No. 2, pp. 731–747, DOI: 10.6113/JPE.2016.16.2.731.
23. Natarajan V., Weiss G. Synchronverters with Better Stability Due to Virtual Inductors, Virtual Capacitors, and Anti-Windup. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017, vol. 64, No. 7, pp. 5994–6004, DOI: 10.1109/TIE.2017.2674611.
24. Liu J. et al. Enhanced Virtual Synchronous Generator Control for Parallel Inverters in Microgrids. – IEEE Transactions on Smart Grid, 2016, vol. 8, No. 5, pp. 2268–2277, DOI: 10.1109/TSG.2016.2521405.
25. Dong S., Chen Y.C. Adjusting Synchronverter Dynamic Response Speed Via Damping Correction Loop. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2016, vol. 32, No. 2, pp. 608–619, DOI: 10.1109/TEC.2016.2645450.
26. Dong S., Chen Y.C. A method to Directly Compute Synchronverter Parameters for Desired Dynamic Response. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2017, vol. 33, No. 2, pp. 814–825, DOI: 10.1109/TEC.2017.2771401.
27. Liu J., Miura Y., Ise T. Fixed-Parameter Damping Methods of Virtual Synchronous Generator Control Using State Feedback. – IEEE Access, 2019, vol. 7, pp. 99177–99190, DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2930132.
28. Chen M., Zhou D., Blaabjerg F. Active Power Oscillation Damping Based on Acceleration Control in Paralleled Virtual Synchronous Generators System. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, vol. 36, No. 8, pp. 9501–9510, DOI: 10.1109/TPEL.2021.3051272.
29. Yu Y. et al. A Reference-Feedforward-Based Damping Method for Virtual Synchronous Generator Control. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37, No. 7, pp. 7566–7571, DOI: 10.1109/TPEL.2022.3152358.
30. Li M. et al. Phase Feedforward Damping Control Method for Virtual Synchronous Generators. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37, No. 8, pp. 9790–9806, DOI: 10.1109/TPEL.2022.3150950.
31. Suvorov A.A. et al. Elektricheskie stantsii – in Russ. (Electrical Power Plants), 2022, No. 3(1088), pp. 43–57.
32. Li X. et al. Mechanism Analysis and Suppression Strategies of Power Oscillation for Virtual Synchronous Generator. – 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2017, pp. 4955–4960, DOI: 10.1109/IECON.2017.8216855.
33. Suvorov A.A. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 3, pp. 35–51.
34. Gadzhiev M.G. et al. Matrichnye metody analiza i upravle-niya perekhodnymi protsessami v elektroenergeticheskikh sistemakh (Matrix Methods of Analysis and Transients Control in Electric Power Systems). M.: Izdatel'skiy dom MEI, 2019, 462 p.
35. Yang D. et al. Suppression of Synchronous Resonance for VSGs. – The Journal of Engineering, 2017, vol. 2017, No. 13, pp. 2574–2579, DOI: 10.1049/joe.2017.0792.
36. Dong S., Chen Y.C. Reducing Transient Active- and Reactive-power Coupling in Virtual Synchronous Generators. – IEEE 28th International Symposium on Industrial Electronics, 2019, pp. 1090–1095, DOI: 10.1109/ISIE.2019.8781169.
37. Shalygin A.S., Sannikov V.A. Ustoychivost' dinamicheskikh sistem avtomaticheskogo upravleniya (Stability of Dynamic Automatic Control Systems). SPb.: BGTU "Voenmekh" im. D.F. Ustinova, 2015, 162 p.
38. D’Arco S., Suul J.A., Fosso O.B. A Virtual Synchronous Machine Implementation for Distributed Control of Power Converters in Smart Grids. – Electric Power Systems Research, 2015, vol. 122, pp. 180–197, DOI: 10.1016/j.epsr.2015.01.001.
39. Rudnik V.E. et al. iPolytech Journal, 2022, vol. 26, No. 3, pp. 465–486.
40. Besekerskii V.A., Popov E.P. (Theory of automatic control systems). SPb.: Professiya, 2003, 752 p.
41. Liu J., Miura Y., Ise T. Comparison of Dynamic Characteristics Between Virtual Synchronous Generator and Droop Control in Inverter-Based Distributed Generators. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2016, vol. 31, No. 5, pp. 3600–3611, DOI: 10.1109/TPEL.2015.2465852.
42. Yu Y. et al. A Comparison of Fixed-Parameter Active-Power-Oscillation Damping Solutions for Virtual Synchronous Generators. – 47th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics, 2021, pp. 1–6, DOI: 10.1109/IECON48115.2021.9589433.
43. Dong S., Chen Y.C. Analysis of Feasible Synchronverter Pole-Placement Region to Facilitate Parameter Tuning. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2021, vol. 36, No. 4, pp. 2782–2793, DOI: 10.1109/TEC.2021.3068758.
44. Askarov A.B. et al. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Elektrotekhnika, informatsionnye tekhnologii, sistemy upravleniya – in Russ. (Perm National Research Polytechnic University Bulletin. Electrotechnics, Informational Technologies, Control Systems), 2022, No. 41, pp. 5–30.
45. Zhao F., Wang X., Zhu T. Power Dynamic Decoupling Control of Grid-Forming Converter in Stiff Grid. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37, No. 8, pp. 9073–9088, DOI: 10.1109/TPEL.2022.3156991.
46. Li M. et al. A Novel Virtual Synchronous Generator Control Strategy Based on Improved Swing Equation Emulating and Power Decoupling Method. – IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, 2016, pp. 1–7, DOI: 10.1109/ECCE.2016.7854751
---
The study was financially supported by the Russian Science Foundation, grant no. 22-79-00204
