Механизмы возникновения субсинхронных колебаний в энергосистемах с силовыми инверторными преобразователями. Ч. 2
Ключевые слова:
сетевой инвертор, субсинхронные колебания, устойчивость, система автоматического управления, возобновляемые источники энергии
Аннотация
В электроэнергетических системах все шире используются силовые полупроводниковые устройства в качестве сетевых инверторов для возобновляемых источников энергии, элементов сопряжения разнородных объектов в составе микросетей и др. Управляемость полупроводниковых устройств позволяет повысить гибкость современных энергосистем, но при этом возникают не существовавшие ранее процессы и режимы, приводящие к фундаментальным изменениям динамических свойств энергосистем. Одним из таких изменений является возникновение субсинхронных колебаний, связанных с взаимовлиянием системы управления сетевого инвертора и схемно-режимными условиями в электрической сети. В первой части [1] рассмотрен анализ различных стадий упрощения математической модели сетевого инвертора, позволивший однозначно определить механизмы возникновения субсинхронных колебаний. Вторая часть посвящена разработке детальной модели в пространстве состояний, позволяющей верифицировать результаты, полученные по упрощенным моделям, а также выявить дополнительные механизмы возникновения субсинхронных колебаний. Результаты моделирования во временной области и тестирования в замкнутом цикле на примере промышленного микроконтроллера подтвердили сделанные выводы. В итоге сформирована классификация механизмов возникновения субсинхронных колебаний, отражающая их причины и особенности.
Литература
1. Суворов А.А. Механизмы возникновения субсинхронных колебаний в энергосистемах с силовыми инверторными преобразователями. Ч. 1. – Электричество, 2025, № 1, с. 17–31.
2. Xu Y. et al. Small-Signal Stability Analysis of Type-4 Wind in Series-Compensated Networks. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2020, vol. 35, No. 1, pp. 529–538, DOI: 10.1109/TEC. 2019.2943578.
3. Суворов А.А. и др. Управление сетевым инвертором на основе виртуального синхронного генератора при изменении плотности электрической сети. – Электричество, 2023, № 3, с. 35–51.
4. Аскаров А.Б. и др. Улучшение демпфирующих свойств виртуального синхронного генератора с помощью корректирующего согласно-параллельного регулятора. – Электричество, 2024, № 1, с. 18–36.
5. Климова Т.Г., Ревякин В.А. Субсинхронные и суперсинхронные колебания в электроэнергетической системе: возникновение и идентификация, обзор. – Энергетик, 2022, № 5, с. 27–32.
6. Chi Y. и др. Исследование проблемы колебаний и методов их демпфирования при интеграции крупной ветровой генерации в энергосеть небольшой мощности. – Релейщик, 2020, № 2 (37), с. 30–35.
7. Li Y., Fan L., Miao Z. Wind in Weak Grids: Low-Frequency Oscillations, Subsynchronous Oscillations, and Torsional Interactions. – IEEE Transactions on Power Systems, 2020, vol. 35, No. 1, pp. 109–118, DOI: 10.1109/TPWRS.2019.2924412.
8. Huang L. et al. Impact of Grid Strength and Impedance Characteristics on the Maximum Power Transfer Capability of Grid-Connected Inverters. – Applied Sciences, 2021, vol. 11, No. 9, DOI: 10.3390/app11094288.
9. Михайлов Д.О., Шескин Е.Б. Исследование закономерностей изменения режимных параметров синхронного генератора в близких к границе области колебательной устойчивости режимах. – Известия НТЦ Единой энергетической системы, 2022, № 1 (86), с. 50–62.
10. Ali Z. et al. Three-Phase Phase-Locked Loop Synchronization Algorithms for Grid-Connected Renewable Energy Systems: A Review. – Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018, vol. 90, pp. 434–452, DOI: 10.1016/j.rser.2018.03.086.
11. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Черепанов А.В. Математические модели для определения предельных режимов в электрических сетях с установками распределенной генерации. – Научный вестник НГТУ, 2020, № 4 (80), с. 17–36.
12. Li G. et al. PLL Phase Margin Design and Analysis for Mitigating Sub/Super-Synchronous Oscillation of Grid-Connected Inverter under Weak Grid. – International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2023, vol. 151, DOI: 10.1016/j.ijepes.2023.109124.
13. Ghasemi M.A. et al. A Theoretical Concept of Decoupled Current Control Scheme for Grid-Connected Inverter with L-C-L Filter. – Applied Sciences, 2021, vol. 11, No. 14, DOI: 10.3390/app11146256.
14. Cheng Y. et al. Real-World Subsynchronous Oscillation Events in Power Grids with High Penetrations of Inverter-Based Resources. – IEEE Transaction on Power Systems, 2023, vol. 38, No. 1, pp. 316–330, DOI: 10.1109/TPWRS.2022.3161418.
15. Salehi F. et al. Sub-Synchronous Control Interaction Detection: a Real-Time Application. – IEEE Transaction on Power Delivery, 2020, vol. 35, No. 1, pp. 106–116, DOI: 10.1109/TPWRD.2019.2930400.
---
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-00004.
#
1. SUVOROV A.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2025, No. 1, pp. 17–31.
2. Xu Y. et al. Small-Signal Stability Analysis of Type-4 Wind in Series-Compensated Networks. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2020, vol. 35, No. 1, pp. 529–538, DOI: 10.1109/TEC. 2019.2943578.
3. Suvorov A.A. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 3, pp. 35–51.
4. Askarov A.B. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2024, No. 1, pp. 18–36.
5. Klimova T.G., Revyakin V.A. Energetik – in Russ. (Power Engineer), 2022, No. 5, pp. 27–32.
6. Chi Y. et al. Releyshchik – in Russ. (Relay Worker), 2020, No. 2 (37), pp. 30–35.
7. Li Y., Fan L., Miao Z. Wind in Weak Grids: Low-Frequency Oscillations, Subsynchronous Oscillations, and Torsional Interactions. – IEEE Transactions on Power Systems, 2020, vol. 35, No. 1, pp. 109–118, DOI: 10.1109/TPWRS.2019.2924412.
8. Huang L. et al. Impact of Grid Strength and Impedance Characteristics on the Maximum Power Transfer Capability of Grid-Connected Inverters. – Applied Sciences, 2021, vol. 11, No. 9, DOI: 10.3390/app11094288.
9. Mihaylov D.O., Sheskin E.B. Izvestiya NTTS Edinoy energeticheskoy sistemy – in Russ. (Proceedings of the Scientific and Technical Center of the Unified Energy System), 2022, No. 1 (86), pp. 50–62.
10. Ali Z. et al. Three-Phase Phase-Locked Loop Synchronization Algorithms for Grid-Connected Renewable Energy Systems: A Review. – Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018, vol. 90, pp. 434–452, DOI: 10.1016/j.rser.2018.03.086.
11. Bulatov Yu.N., Kryukov A.V., Cherepanov A.V. Nauchnyy vestnik NGTU – in Russ. (Scientific Bulletin of NSTU), 2020, No. 4 (80), pp. 17–36.
12. Li G. et al. PLL Phase Margin Design and Analysis for Mitigating Sub/Super-Synchronous Oscillation of Grid-Connected Inverter under Weak Grid. – International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2023, vol. 151, DOI: 10.1016/j.ijepes.2023.109124.
13. Ghasemi M.A. et al. A Theoretical Concept of Decoupled Current Control Scheme for Grid-Connected Inverter with L-C-L Filter. – Applied Sciences, 2021, vol. 11, No. 14, DOI: 10.3390/app11146256.
14. Cheng Y. et al. Real-World Subsynchronous Oscillation Events in Power Grids with High Penetrations of Inverter-Based Resources. – IEEE Transaction on Power Systems, 2023, vol. 38, No. 1, pp. 316–330, DOI: 10.1109/TPWRS.2022.3161418.
15. Salehi F. et al. Sub-Synchronous Control Interaction Detection: a Real-Time Application. – IEEE Transaction on Power Delivery, 2020, vol. 35, No. 1, pp. 106–116, DOI: 10.1109/TPWRD.2019.2930400
---
The study was financially supported by the Russian Science Foundation, grant no. 24-29-00004
2. Xu Y. et al. Small-Signal Stability Analysis of Type-4 Wind in Series-Compensated Networks. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2020, vol. 35, No. 1, pp. 529–538, DOI: 10.1109/TEC. 2019.2943578.
3. Суворов А.А. и др. Управление сетевым инвертором на основе виртуального синхронного генератора при изменении плотности электрической сети. – Электричество, 2023, № 3, с. 35–51.
4. Аскаров А.Б. и др. Улучшение демпфирующих свойств виртуального синхронного генератора с помощью корректирующего согласно-параллельного регулятора. – Электричество, 2024, № 1, с. 18–36.
5. Климова Т.Г., Ревякин В.А. Субсинхронные и суперсинхронные колебания в электроэнергетической системе: возникновение и идентификация, обзор. – Энергетик, 2022, № 5, с. 27–32.
6. Chi Y. и др. Исследование проблемы колебаний и методов их демпфирования при интеграции крупной ветровой генерации в энергосеть небольшой мощности. – Релейщик, 2020, № 2 (37), с. 30–35.
7. Li Y., Fan L., Miao Z. Wind in Weak Grids: Low-Frequency Oscillations, Subsynchronous Oscillations, and Torsional Interactions. – IEEE Transactions on Power Systems, 2020, vol. 35, No. 1, pp. 109–118, DOI: 10.1109/TPWRS.2019.2924412.
8. Huang L. et al. Impact of Grid Strength and Impedance Characteristics on the Maximum Power Transfer Capability of Grid-Connected Inverters. – Applied Sciences, 2021, vol. 11, No. 9, DOI: 10.3390/app11094288.
9. Михайлов Д.О., Шескин Е.Б. Исследование закономерностей изменения режимных параметров синхронного генератора в близких к границе области колебательной устойчивости режимах. – Известия НТЦ Единой энергетической системы, 2022, № 1 (86), с. 50–62.
10. Ali Z. et al. Three-Phase Phase-Locked Loop Synchronization Algorithms for Grid-Connected Renewable Energy Systems: A Review. – Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018, vol. 90, pp. 434–452, DOI: 10.1016/j.rser.2018.03.086.
11. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Черепанов А.В. Математические модели для определения предельных режимов в электрических сетях с установками распределенной генерации. – Научный вестник НГТУ, 2020, № 4 (80), с. 17–36.
12. Li G. et al. PLL Phase Margin Design and Analysis for Mitigating Sub/Super-Synchronous Oscillation of Grid-Connected Inverter under Weak Grid. – International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2023, vol. 151, DOI: 10.1016/j.ijepes.2023.109124.
13. Ghasemi M.A. et al. A Theoretical Concept of Decoupled Current Control Scheme for Grid-Connected Inverter with L-C-L Filter. – Applied Sciences, 2021, vol. 11, No. 14, DOI: 10.3390/app11146256.
14. Cheng Y. et al. Real-World Subsynchronous Oscillation Events in Power Grids with High Penetrations of Inverter-Based Resources. – IEEE Transaction on Power Systems, 2023, vol. 38, No. 1, pp. 316–330, DOI: 10.1109/TPWRS.2022.3161418.
15. Salehi F. et al. Sub-Synchronous Control Interaction Detection: a Real-Time Application. – IEEE Transaction on Power Delivery, 2020, vol. 35, No. 1, pp. 106–116, DOI: 10.1109/TPWRD.2019.2930400.
---
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-00004.
#
1. SUVOROV A.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2025, No. 1, pp. 17–31.
2. Xu Y. et al. Small-Signal Stability Analysis of Type-4 Wind in Series-Compensated Networks. – IEEE Transactions on Energy Conversion, 2020, vol. 35, No. 1, pp. 529–538, DOI: 10.1109/TEC. 2019.2943578.
3. Suvorov A.A. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 3, pp. 35–51.
4. Askarov A.B. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2024, No. 1, pp. 18–36.
5. Klimova T.G., Revyakin V.A. Energetik – in Russ. (Power Engineer), 2022, No. 5, pp. 27–32.
6. Chi Y. et al. Releyshchik – in Russ. (Relay Worker), 2020, No. 2 (37), pp. 30–35.
7. Li Y., Fan L., Miao Z. Wind in Weak Grids: Low-Frequency Oscillations, Subsynchronous Oscillations, and Torsional Interactions. – IEEE Transactions on Power Systems, 2020, vol. 35, No. 1, pp. 109–118, DOI: 10.1109/TPWRS.2019.2924412.
8. Huang L. et al. Impact of Grid Strength and Impedance Characteristics on the Maximum Power Transfer Capability of Grid-Connected Inverters. – Applied Sciences, 2021, vol. 11, No. 9, DOI: 10.3390/app11094288.
9. Mihaylov D.O., Sheskin E.B. Izvestiya NTTS Edinoy energeticheskoy sistemy – in Russ. (Proceedings of the Scientific and Technical Center of the Unified Energy System), 2022, No. 1 (86), pp. 50–62.
10. Ali Z. et al. Three-Phase Phase-Locked Loop Synchronization Algorithms for Grid-Connected Renewable Energy Systems: A Review. – Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018, vol. 90, pp. 434–452, DOI: 10.1016/j.rser.2018.03.086.
11. Bulatov Yu.N., Kryukov A.V., Cherepanov A.V. Nauchnyy vestnik NGTU – in Russ. (Scientific Bulletin of NSTU), 2020, No. 4 (80), pp. 17–36.
12. Li G. et al. PLL Phase Margin Design and Analysis for Mitigating Sub/Super-Synchronous Oscillation of Grid-Connected Inverter under Weak Grid. – International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2023, vol. 151, DOI: 10.1016/j.ijepes.2023.109124.
13. Ghasemi M.A. et al. A Theoretical Concept of Decoupled Current Control Scheme for Grid-Connected Inverter with L-C-L Filter. – Applied Sciences, 2021, vol. 11, No. 14, DOI: 10.3390/app11146256.
14. Cheng Y. et al. Real-World Subsynchronous Oscillation Events in Power Grids with High Penetrations of Inverter-Based Resources. – IEEE Transaction on Power Systems, 2023, vol. 38, No. 1, pp. 316–330, DOI: 10.1109/TPWRS.2022.3161418.
15. Salehi F. et al. Sub-Synchronous Control Interaction Detection: a Real-Time Application. – IEEE Transaction on Power Delivery, 2020, vol. 35, No. 1, pp. 106–116, DOI: 10.1109/TPWRD.2019.2930400
---
The study was financially supported by the Russian Science Foundation, grant no. 24-29-00004
