Стабилизация частоты с помощью синтетической инерции нагрузки

Михаил Блинников; Василий Пантелеев

doi:10.34031/ES.2025.3.07

Авторы

Блинников Михаил Евгеньевич Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский федеральный университет» (СФУ), г. Красноярск
Пантелеев Василий Иванович Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский федеральный университет» (СФУ), г. Красноярск

DOI:

https://doi.org/10.34031/ES.2025.3.07

Ключевые слова:

стабилизация частоты, обратимый преобразователь энергии, синтетическая инерция, виртуальная инерция, регулирующий эффект нагрузки, имитационное моделирование, симметрирование потребления, маховичный накопитель энергии

Аннотация

Разработан алгоритм управления синтетической инерцией нагрузки с помощью накопителя энергии. Система управления построена в dq0-координатах, вращающихся синхронно с изображающим вектором тока. Потребление трёхфазного несимметричного электроприёмника симметрируется по фазам и регулируется в ответ на изменение частоты. В качестве объектов управления приняты трансформаторные подстанции жилых и общественных зданий. Увеличение регулирующего эффекта непромышленной нагрузки компенсирует рост безынерционной преобразовательной нагрузки и возобновляемой генерации, увеличивает демпфирующее свойство всей нагрузки и положительно влияет на стабилизацию частоты. Проверка разработанного алгоритма выполнена с помощью имитационного моделирования в среде SimInTech. Результаты моделирования соответствуют расчётным значениям, отклонение составило около 1,9%. При работе частотного преобразователя регулирование напряжения в звене постоянного тока реактивным током возможно как со стороны внешней сети, так и от автономного источника питания или накопителя энергии. При регулировании от автономного источника не снижается коэффициент мощности потребления от внешней сети, внешняя сеть не загружается высшими гармониками. Однако генерация необходимого значения реактивного тока возможна не во всех режимах работы накопителя энергии. Альтернативными вариантами является совместное регулирование потреблением реактивного тока от внешней сети и накопителя энергии или установка компенсирующих устройств.

Библиографические ссылки

[ГОСТ Р 7.0.5–2008]

1. Блинников М.Е. Оценка регулирующего эффекта нагрузки по частоте при росте мощности преобразовательной техники // Бутаковские чтения. – Томск: НТПУ, 2023. – С. 423-426.
EDN: RTHWIS (https://www.elibrary.ru/rthwis)

2. Ойдинская С.В. Применение маховичных аккумуляторов в ветровой отрасли электроэнергетики // Политехнический молодежный журнал. – 2025. – № 1(96). – С. 8.
EDN: AFDXIS (https://www.elibrary.ru/afdxis)

3. Волошин Е.А., Онисова О.А., Наволочный А.А. Исследование балансов мощности при внедрении возобновляемых источников энергии и накопителей электрической энергии в электрическую сеть // Вестник Московского энергетического института. – 2022. – № 3. – С. 11-22.
EDN: ZFBYHC (https://www.elibrary.ru/zfbyhc)
DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2022-3-11-22

4. Разживин И.А., Суворов А.А., Андреев М.В., Рудник В.Е., Гусев А.С. Исследование влияния синтетической инерции на динамическую устойчивость электроэнергетических систем // Электричество. – 2022. – № 8. – С. 16-26.
EDN: UHWOBB (https://www.elibrary.ru/uhwobb)
DOI: 10.24160/0013-5380-2022-8-16-26

5. Идрисов А.Р., Ачитаев А.А. Обзор методов реализации виртуальной инерции в условиях работы энергосистем с ветровыми и солнечными электростанциями // iPolytech Journal. – 2024. – Т. 28, № 1. – С. 95-110.
EDN: TQEHZH (https://www.elibrary.ru/tqehzh)
DOI: https://doi.org/10.21285/1814-3520-2024-1-95-110

6. Рубан Н.Ю., Аскаров А.Б., Андреев М.В., Киевец А.В., Рудник В.Е. Анализ влияния возобновляемых источников энергии с силовыми преобразователями на процессы в современных энергосистемах // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2020. – № 36. – С. 7-30.
EDN: WNUSQG (https://www.elibrary.ru/wnusqg)
DOI: https://doi.org/10.15593/2224-9397/2020.4.01

7. Мицкевич Р.В., Рубан Н.Ю. Применение алгоритмов управления преобразователями возобновляемых источников энергии для обеспечения инерционного отклика по частоте // Проблемы геологии и освоения недр. – Томск: ТПУ, 2022. – С. 113-114.
EDN: SLPLPR (https://www.elibrary.ru/slplpr)

8. Боргояков А.А. Анализ влияния синтетической инерции фотоэлектрических установок на динамическую устойчивость электроэнергетических систем // Бутаковские чтения. – Томск: ТПУ, 2022. – С. 63-66.
EDN: ETDGPQ (https://www.elibrary.ru/etdgpq)

9. Рудник В.Е., Суворов А.А., Рубан Н.Ю., Андреев М.В., Бай Ю.Д. Исследование функционирования алгоритма синтетической инерции в электроэнергетических системах разной плотности // iPolytech Journal. – 2022. – Т. 26, № 3. – С. 465-486.
EDN: HMPCBM (https://www.elibrary.ru/hmpcbm)
DOI: https://doi.org/10.21285/1814-3520-2022-3-465-486

10. Блинников, М.Е., Пантелеев, В.И. Обратимый преобразователь энергии с маховичным накопителем в системах электроснабжения // Энергетические системы. – 2023. – № 2. – С. 44-50.
EDN: WQAHDA (https://www.elibrary.ru/wqahda)
DOI: https://doi.org/10.34031/es.2023.2.005

[References, APA (7th ed.)]

1. Blinnikov, M. E. (2023). Ocenka reguliruyushhego e`ffekta nagruzki po chastote pri roste moshhnosti preobrazovatel`noj texniki [Estimation of the regulating effect of the frequency load with an increase in the power of the converter technology]. In Proc. Butakovskie chteniya (pp. 423-426). TPU [In Russian]

2. Oydinskaya, S. V. (2025). Introducing the flywheel batteries in the wind power industry. Politechnical student journal, 1(96), 8. [In Russian]

3. Voloshin, E. A., Onisova, O. A., & Navolochny`j, A. A. (2022). The influence of renewable energy sources and electric energy storages on grid power balances. Bulletin of Moscow power engineering institute, 3, 11-22.
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2022-3-11-22 [In Russian]

4. Razzhivin, I. A., Suvorov, A. A., & Andreev, M. V., Rudnik, V. E., & Gusev, A. C. (2022). Studying the influence of synthetic inertia on electric power system transient stability. Elektrichestvo, 8, 16-26.
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2022-8-16-26 [In Russia]

5. Idrisov, A. R., & Achitaev, A. A. (2024). Overview of methods for implementing virtual inertia in energy systems with wind and solar power plants. iPolytech Journal, 28,(1), 95-110.
https://doi.org/10.21285/1814-3520-2024-1-95-110 [In Russian]

6. Ruban, N. Yu., Askarov, A. B., & Andreev M. V., Kievets, A. V., & Rudnik, V .E. (2020). Analysis of impact of renewable energy sources with power converters on the processes in modern electric power systems. Vestnik Permskogo nacional`nogo issledovatel`skogo politexnicheskogo universiteta. E`lektrotexnika, informacionny`e texnologii, sistemy` upravleniya, 36, 7-30.
https://doi.org/10.15593/2224-9397/2020.4.01 [In Russian]

7. Miczkevich, R. V., & Ruban, N. Yu. (2022) Primenenie algoritmov upravleniya preobrazovatelyami vozobnovlyaemy`x istochnikov e`nergii dlya obespecheniya inercionnogo otklika po chastote [Application of algorithms for controlling renewable energy converters to ensure inertial frequency response]. In Proc. Problemy` geologii i osvoeniya nedr (pp. 113-114). TPU. [In Russian]

8. Borgoyakov, A. A. (2022). Analiz vliyaniya sinteticheskoj inercii fotoe`lektricheskix ustanovok na dinamicheskuyu ustojchivost` e`lektroe`nergeticheskix system [Analysis of the influence of synthetic inertia of photovoltaic installations on the dynamic stability of electric power systems]. In Proc. Butakovskie chteniya (pp. 63-66). TPU. [In Russian]

9. Rudnik, V. E., Suvorov, A. A., & Ruban, N. Yu., Andreev, M. V., & Bay, Yu. D. (2022). Operation of synthetic inertia units in electric power systems of various densities. iPolytech Journal, 26(3), 465-486.
https://doi.org/10.21285/1814-3520-2022-3-465-486 [In Russian]

10. Blinnikov, M. E., & Panteleev, V. I. (2023). Reversible energy converter with flywheel energy storage in power supply systems. Energy systems, 2, 44-50.
https://doi.org/10.34031/es.2023.2.005 [In Russian]