Ключові слова
віртуальна інерція
відновлювана енергетика
частотна стабільність
інверторні джерела
Як цитувати
Анотація
Масштабна інтеграція інверторно-орієнтованих відновлюваних джерел енергії суттєво змінює динамічні властивості сучасних електроенергетичних систем, насамперед через зменшення їх еквівалентної інерційності. В умовах низької інерції навіть помірні збурення активної потужності можуть призводити до значних відхилень частоти, зростання швидкості її зміни та втрати синхронності між окремими підсистемами. У статті досліджено проблему зниження інерційності енергосистем із високою часткою відновлюваної генерації та проаналізовано сучасні підходи до її компенсації на основі керування інверторами з формуванням мережі. Основну увагу приділено математичному моделюванню інвертора з керуванням типу віртуального синхронного генератора, яке базується на рівнянні коливань синхронного генератора та забезпечує формування власної частоти й фази без використання фазового автопідстроювання частоти). Показано, що такий підхід формування мережі дозволяє відтворити інерційні та демпфувальні властивості синхронних машин і суттєво підвищує частотну стійкість у слабких мережах. Запропоновано розширення моделі шляхом інтеграції системи зберігання енергії, яка забезпечує швидкодійну інерційну та первинну частотну підтримку. Виконано порівняльний аналіз підходів фазового підлаштування частоти, віртуального синхронного генератора та віртуального синхронного генератора+систем накопичення енергії з точки зору їх здатності обмежувати зростання швидкості зміни відхилень частоти, підвищувати частотний надир і скорочувати час відновлення частоти. Практичну значущість результатів підтверджено аналізом масштабної системної аварії на Іберійському півострові у 2025 році, яка продемонструвала вразливість низькоінерційних енергосистем. Отримані результати свідчать, що інвертори формування мережі з віртуальною інерцією та накопичувачами енергії є необхідним функціональним елементом для забезпечення надійної роботи майбутніх енергосистем з високим рівнем інтеграції відновлюваної генерації.
Посилання
P. S. Kundur and O. P. Malik, Power System Stability and Control, 2nd ed. New York: McGraw-Hill Educ., 2022.
Q. Salem, B. B. Fawaz, R. Aljarrah, and M. Karimi, “Grid forming converters for low inertia systems−capabilities and limitations: a critical review,” IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society, vol. 6, pp. 775–801, 2025, doi: https://doi.org/10.1109/ojies.2025.3566213
S. D’Arco, J. A. Suul, and O. B. Fosso, “A Virtual Synchronous Machine implementation for distributed control of power converters in SmartGrids,” Electric Power Systems Research, vol. 122, pp. 180–197, May 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2015.01.001
B. Muftau and M. Fazeli, “The role of virtual synchronous machines in future power systems: a review and future trends,” Electric Power Systems Research, vol. 206, May 2022, Art. no. 107775, doi: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2022.107775
Q.-C. Zhong and G. Weiss, “Synchronverters: Inverters that mimic synchronous generators,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 58, no. 4, pp. 1259–1267, Apr. 2011б doi: https://doi.org/10.1109/tie.2010.2048839
A. Ulbig and G. Andersson, “Analyzing operational flexibility of electric power systems,” in 2014 Power Systems Computation Conference (PSCC), Wrocław, Poland, Aug. 18–22, 2014. IEEE, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/pscc.2014.7038383
F. Milano, F. Dorfler, G. Hug, D. J. Hill, and G. Verbic, “Foundations and challenges of low-inertia systems (invited paper),” in 2018 Power Systems Computation Conference (PSCC), Dublin, Ireland, Jun. 11–15, 2018. IEEE, 2018, doi: https://doi.org/10.23919/pscc.2018.8450880
P. Moore, O. A. Alimi, and A. Abu-Siada, “A review of system strength and inertia in renewable-energy-dominated grids: Challenges, sustainability, and solutions,” Challenges, vol. 16, no. 1, Feb. 2025, Art. no. 12, doi: https://doi.org/10.3390/challe16010012
M. Abdillah, S. Andi, T. A. Nugroho, and H. Setiadi, “Advanced virtual inertia control against wind power intermittency,” Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science, vol. 28, no. 3, pp. 1256–1265, Oct. 2022, doi: https://doi.org/10.11591/ijeecs.v28.i3.pp1256-1265
A. Fernández-Guillamón, E. Gómez-Lázaro, E. Muljadi, and Á. Molina-García, “Power systems with high renewable energy sources: A review of inertia and frequency control strategies over time,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 115, Nov. 2019, Art. no. 109369, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109369
“28 April 2025 Blackout.” ENTSO-E. [Online]. Available: https://www.entsoe.eu/publications/blackout/28-april-2025-iberian-blackout/
ENTSO-E, “Grid forming capability of power park modules. First interim report on technical requirements,” May 2024. [Online]. Available: https://eepublicdownloads.entsoe.eu/clean-documents/Publications/SOC/20240503_First_interim_report_in_technical_requirements.pdf
“TOP 4.1 – technical group on grid forming capability,” in 37th Grid Connection European Stakeholder Committee (GC ESC), Brussels, Belgium, Mar. 19, 2025. [Online]. Available: https://eepublicdownloads.blob.core.windows.net/public-cdn-container/clean-documents/Network%20codes%20documents/GC%20ESC/GC%20ESC%20MEETING%20DOCS/2025/TOP_4.1_ENTSOE_Technical_Group_on_Grid_Forming_Capability.pdf
ENTSO-E, “Grid forming capability of power park modules. Report on technical requirements,” Oct. 2025. [Online]. Available: https://eepublicdownloads.blob.core.windows.net/public-cdn-container/clean-documents/Reports/2025/TG_GFC_Version_2.pdf
J. Boyle, T. Littler, and A. Foley, “Review of frequency stability services for grid balancing with wind generation,” The Journal of Engineering, vol. 2018, no. 15, pp. 1061–1065, Oct. 2018m doi: https://doi.org/10.1049/joe.2018.0276
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2026 Юрій Іванович Тугай, Віталій Вадимович Шевчук, Владислав Володимирович Кучанський