A frequency stabilization by means of synthetic inertia of electric load
DOI:
https://doi.org/10.34031/ES.2025.3.07Keywords:
frequency regulation, reversible energy converter, synthetic inertia, virtual inertia, governing effect of load, simulation modeling, three-phase consumption balancing, flywheel energy storageAbstract
An algorithm for controlling synthetic load inertia using an energy storage has been developed. The control system is constructed in rotating synchronously with the space current vector dq0-coordinate system. The consumption of a three-phase asymmetrical electrical consumer is been balanced and regulated according to changes in frequency. Transformer substations of residential and public buildings are accepted as control objects. The governing effect of non-industrial load increase compensates the increase of the inertia less converter load and renewable generation, increases the energy system load damping effect and has a positive effect on frequency regulation. The developed algorithm was tested using simulation modeling in the SimInTech environment. The simulation results correspond to the calculated values, the deviation was about 1.9%. When a frequency converter is operating, voltage regulation in the DC link can be performed using reactive current from either the external network or an autonomous power source or energy storage. When DC voltage regulating by autonomous source, the power factor of consumption from the external network does not decrease, and the external network is not loaded with higher harmonic component. However, generation of the required reactive current value is not possible in all operating modes of the energy storage. An alternative is the joint regulation of reactive current from the external network and energy storage or the installation of power coefficient correction unit.
References
[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]
Downloads
Published
Issue
Section
Categories
URN
License
Copyright (c) 2025 Блинников Михаил Евгеньевич, Пантелеев Василий Иванович
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
