The Simulation Model of a Power Inverter with a Voltage Support Mechanism at the Point of Common Connection to the Grid
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2025-2-47-55Keywords:
renewable energy sources, power inverters, voltage controlAbstract
The article addresses the development of a simulation model of a power inverter with a voltage support mechanism at the point of common connection to the grid under the conditions of external disturbances and subsequent simulation in the MATLAB Simulink software package. When developing the model, the technical limitations imposed on the power inverters operating as part of solar power plants and wind farms were taken into account. The parameters of the PQ-diagram, LVRT and Q(U)-characteristics are selected in accordance with the current recommendations of the Commission for Operational and Technological Coordination of the Joint Operation of Power Systems of the CIS and Baltic Countries (COTC). The incorporation of these limitations opened the possibility to achieve more correct and reliable results of the studies aimed at clarifying the effect the voltage support mechanism has on the electric power mode operation parameters. A system test model has been developed, which represents a power plant based on renewable energy sources (RES) with a total installed capacity of 25 MW, as well as an adjacent grid section. The effect the voltage support mechanism has on the electric power mode operation parameters, as well as on the reliability of parallel operation of power inverters with the electric power system in the event of external disturbances in the network, has been studied. The use of power inverters with a voltage support mechanism helps reduce the voltage deviations from the nominal values at the inverter terminals, as well as at the point of connection to the grid. The application of the developed mechanism is one of the ways to ensure the required electric power quality indicators. In case of large disturbances in the external grid, the voltage support mechanism makes it possible to retain the possibility of parallel operation of power inverters with the grid. This helps improve the economic performance indicators of operation for the owners of RES-based power generating facilities.
References
1. Alhelou H.H., Golshan M.E.H., Siano P. Frequency Response Models and Control in Smart Power Systems with High Penetrarion of Renewable Energy Sources // Computers and Electrical Eng. 2021. V. 96(4). P. 107477.
2. Ziqian Zhang e. a. Study of Stability after Low Voltage Ride-through Caused by Phase-locked Loop of Grid-side Converter // Intern. Journal Electrical Power & Energy Systems. 2021. V. 129. P. 106765.
3. Приказ Министерства энергетики Российской Федерации № 1095 от 30 ноября 2023 г. «Об утверждении схемы и программы развития Единой энергетической системы России на 2024 — 2029 годы».
4. Булатов Р.В., Насыров Р.Р., Бурмейстер М.В. Методика выбора параметров аккумуляторных систем накопления электрической энергии для эффективной интеграции электростанций на базе возобновляемых источников энергии в энергосистемы // Электроэнергия. Передача и распределение. 2023. № 5(80). С. 18—26.
5. Бердышев И.И., Бурмейстер М.В., Ильина А.А. Создание имитационной модели системы виртуальной инерции на основе связи частоты и мощности // Фёдоровские чтения — 2022: Материалы LII Всерос. науч.- практ. конф. с междунар. участием. М.: Издат. дом МЭИ, 2022. С. 383—393.
6. Liu J. China’s Renewable Energy Law and Policy: a Critical Review // Renewable and Sustainable Energy Rev. 2019. V. 99. Pp. 212—219.
7. Симонов А.В., Илюшин П.В. Методика и алгоритм проверки параметров настройки функции LVRT ветроэнергетических установок ветровых электростанций при их интеграции в ЕЭС России // Релейная защита и автоматизация. 2022. № 1. C. 72—81.
8. Kawady T.A., Mansour N.M., Taalab A.M.I. Wind Farm Protection Systems: State of the Art and Challenges // Distributed Generation. N.-Y.: InTech, 2010. Pp. 265—288.
9. Основные технические требования к объектам генерации, функционирующим на основе возобновляемых источников энергии, работающим в составе энергосистем (в части солнечной и ветровой генерации) [Электрон. ресурс] https://www.so-ups.ru/fileadmin/files/company/international/icdevelopment/minutes/kotk/regulations_KOTK/vie_kotk_2023.PDF (дата обращения 11.08.2024).
10. ГОСТ Р 70787—2023. Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Возобновляемые источники энергии. Технические требования к фотоэлектрическим солнечным станциям.
11. ГОСТ Р 58491—2019. Электроэнергетика. Распределенная генерация. Технические требования к объектам генерации на базе ветроэнергетических установок.
12. Веренцов Л.А., Бурмейстер М.В., Пропп А.А., Хоркина А.А. Разработка имитационной модели суперконденсатора для применения на солнечной электростанции // Перспективы науки. 2023. № 11. С. 72—76.
13. Мускатиньев В. и др. Некоторые вопросы эксплуатации IGBT-модулей. Ч. 2. Ещё раз о высокой частоте и малых токах // Силовая электроника. 2020. № 3. С. 24—27.
14. Liu P., Xu J., Tu C. Thermal Optimized Discontinuous Modulation Strategy for Three Phase Impedance Source Inverter // Microelectronics Reliability. 2020. V. 112. Pp. 1—6.
15. Syahputra R., Purwanto K., Soesanti I. Performance Investigation of Standalone Wind Power System Equipped with Sinusoidal PWM Power Inverter for Household Consumer in Rural Areas of Indonesia // Energy Rep. 2022. V. 8. Pp. 4553—4569.
16. Новиков П. Транзистор в преобразователе. Ч. 1. Силовые цепи // Силовая электроника. 2019. № 4. С. 4—7.
17. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. М.: ЭНАС, 2012.
18. Крючков И.П., Пираторов М.В., Старшинов В.А. Электрическая часть электростанции и подстанции. М.: Издат. дом МЭИ, 2015.
19. Крамской Ю.Г. Применение силовой электроники при строительстве объектов генерации на основе ВИЭ и особенности их интеграции в электрические сети // Опыт и перспективы применения силовой электроники и электропередач постоянным током для повышения надёжности электрических сетей и реализации международных проектов: Материалы науч.-практ. конф. М., 2016.
20. Wachal R. e. a. Guide for the Development of Models for HVDC Converters in a HVDC Grid. CIGRE, 2014.
---
Для цитирования: Веренцов Л.А., Бурмейстер М.В., Бердышев И.И. Разработка имитационной модели силового инвертора с механизмом поддержки напряжения в точке общего присоединения к сети // Вестник МЭИ. 2025. № 2. С. 47—55. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-2-47-55
---
Работа выполнена в рамках проекта «Разработка испытательного стенда для тестирования цифровых систем управления силовыми преобразователями с алгоритмами виртуальной инерции» при поддержке гранта НИУ «МЭИ» на реализацию программы научных исследований «Приоритет 2030: Технологии будущего» в 2024 — 2026 гг
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Alhelou H.H., Golshan M.E.H., Siano P. Frequency Response Models and Control in Smart Power Systems with High Penetrarion of Renewable Energy Sources. Computers and Electrical Eng. 2021;96(4):107477.
2. Ziqian Zhang e. a. Study of Stability after Low Voltage Ride-through Caused by Phase-locked Loop of Grid-side Converter. Intern. Journal Electrical Power & Energy Systems. 2021;129:106765.
3. Prikaz Ministerstva Energetiki Rossiyskoy Federatsii № 1095 ot 30 Noyabrya 2023 g. «Ob Utverzhdenii Skhemy i Programmy Razvitiya Edinoy Energeticheskoy Sistemy Rossii na 2024 — 2029 Gody». (in Russian).
4. Bulatov R.V., Nasyrov R.R., Burmeyster M.V. Metodika Vybora Parametrov Akkumulyatornykh Sistem Nakopleniya Elektricheskoy Energii dlya Effektivnoy Integratsii Elektrostantsiy na Baze Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii v Energosistemy. Elektroenergiya. Peredacha i Raspredelenie. 2023;5(80):18—26. (in Russian).
5. Berdyshev I.I., Burmeyster M.V., Il'ina A.A. Sozdanie Imitatsionnoy Modeli Sistemy Virtual'noy Inertsii na Osnove Svyazi Chastoty i Moshchnosti. Fedorovskie Chteniya — 2022: Materialy LII Vseros. Nauch.- prakt. Konf. s Mezhdunar. Uchastiem. M.: Izdat. dom MEI, 2022:383—393. (in Russian).
6. Liu J. China’s Renewable Energy Law and Policy: a Critical Review. Renewable and Sustainable Energy Rev. 2019;99:212—219.
7. Simonov A.V., Ilyushin P.V. Metodika i Algoritm Proverki Parametrov Nastroyki Funktsii LVRT Vetroenergeticheskikh Ustanovok Vetrovykh Elektrostantsiy pri Ikh Integratsii v EES Rossii. Releynaya Zashchita i Avtomatizatsiya. 2022;1:72—81. (in Russian).
8. Kawady T.A., Mansour N.M., Taalab A.M.I. Wind Farm Protection Systems: State of the Art and Challenges. Distributed Generation. N.-Y.: InTech, 2010:265—288.
9. Osnovnye Tekhnicheskie Trebovaniya k Ob'ektam Generatsii, Funktsioniruyushchim na Osnove Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii, Rabotayushchim v Sostave Energosistem (v Chasti Solnechnoy i Vetrovoy Generatsii) [Elektron. Resurs] https://www.so-ups.ru/fileadmin/files/company/international/icdevelopment/minutes/kotk/regulations_KOTK/vie_kotk_2023.PDF (Data Obrashcheniya 11.08.2024). (in Russian).
10. GOST R 70787—2023. Edinaya Energeticheskaya Sistema i Izolirovanno Rabotayushchie Energosistemy. Vozobnovlyaemye Istochniki Energii. Tekhnicheskie Trebovaniya k Fotoelektricheskim Solnechnym Stantsiyam. (in Russian).
11. GOST R 58491—2019. Elektroenergetika. Raspredelennaya Generatsiya. Tekhnicheskie Trebovaniya k Ob'ektam Generatsii na Baze Vetroenergeticheskikh Ustanovok. (in Russian).
12. Verentsov L.A., Burmeyster M.V., Propp A.A., Khorkina A.A. Razrabotka Imitatsionnoy Modeli Superkondensatora dlya Primeneniya na Solnechnoy Elektrostantsii. Perspektivy Nauki. 2023;11:72—76. (in Russian).
13. Muskatin'ev V. i dr. Nekotorye Voprosy Ekspluatatsii IGBT-moduley. Ch. 2. Eshche Raz o Vysokoy Chastote i Malykh Tokakh. Silovaya Elektronika. 2020;3:24—27. (in Russian).
14. Liu P., Xu J., Tu C. Thermal Optimized Discontinuous Modulation Strategy for Three Phase Impedance Source Inverter. Microelectronics Reliability. 2020;112:1—6.
15. Syahputra R., Purwanto K., Soesanti I. Performance Investigation of Standalone Wind Power System Equipped with Sinusoidal PWM Power Inverter for Household Consumer in Rural Areas of Indonesia. Energy Rep. 2022;8:4553—4569.
16. Novikov P. Tranzistor v Preobrazovatele. Ch. 1. Silovye Tsepi. Silovaya Elektronika. 2019;4:4—7. (in Russian).
17. Spravochnik po Proektirovaniyu Elektricheskikh Setey. Pod Red. D.L. Faybisovicha. M.: ENAS, 2012. (in Russian).
18. Kryuchkov I.P., Piratorov M.V., Starshinov V.A. Elektricheskaya Chast' Elektrostantsii i Podstantsii. M.: Izdat. Dom MEI, 2015. (in Russian).
19. Kramskoy Yu.G. Primenenie Silovoy Elektroniki pri Stroitel'stve Ob'ektov Generatsii na Osnove VIE i Osobennosti Ikh Integratsii v Elektricheskie Seti. Opyt i Perspektivy Primeneniya Silovoy Elektroniki i Elektroperedach Postoyannym Tokom dlya Povysheniya Nadezhnosti Elektricheskikh Setey i Realizatsii Mezhdunarodnykh Proektov: Materialy Nauch.-prakt. Konf. M., 2016. (in Russian).
20. Wachal R. e. a. Guide for the Development of Models for HVDC Converters in a HVDC Grid. CIGRE, 2014
---
For citation: Verentsov L.A., Burmeister M.V., Berdyshev I.I. The Simulation Model of a Power Inverter with a Voltage Support Mechanism at the Point of Common Connection to the Grid. Bulletin of MPEI. 2025;2:47—55. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-2-47-55
---
The Work was Carried Out within the Framework of the Project «Development of a Test Bench for Testing Digital Control Systems for Power Converters with Virtual Inertia Algorithms» with the Support of a Grant from the NRU MPEI for the Implementation of the Scientific Research Program «Priority 2030: Technologies of the Future» in 2024 — 2026
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
2. Ziqian Zhang e. a. Study of Stability after Low Voltage Ride-through Caused by Phase-locked Loop of Grid-side Converter // Intern. Journal Electrical Power & Energy Systems. 2021. V. 129. P. 106765.
3. Приказ Министерства энергетики Российской Федерации № 1095 от 30 ноября 2023 г. «Об утверждении схемы и программы развития Единой энергетической системы России на 2024 — 2029 годы».
4. Булатов Р.В., Насыров Р.Р., Бурмейстер М.В. Методика выбора параметров аккумуляторных систем накопления электрической энергии для эффективной интеграции электростанций на базе возобновляемых источников энергии в энергосистемы // Электроэнергия. Передача и распределение. 2023. № 5(80). С. 18—26.
5. Бердышев И.И., Бурмейстер М.В., Ильина А.А. Создание имитационной модели системы виртуальной инерции на основе связи частоты и мощности // Фёдоровские чтения — 2022: Материалы LII Всерос. науч.- практ. конф. с междунар. участием. М.: Издат. дом МЭИ, 2022. С. 383—393.
6. Liu J. China’s Renewable Energy Law and Policy: a Critical Review // Renewable and Sustainable Energy Rev. 2019. V. 99. Pp. 212—219.
7. Симонов А.В., Илюшин П.В. Методика и алгоритм проверки параметров настройки функции LVRT ветроэнергетических установок ветровых электростанций при их интеграции в ЕЭС России // Релейная защита и автоматизация. 2022. № 1. C. 72—81.
8. Kawady T.A., Mansour N.M., Taalab A.M.I. Wind Farm Protection Systems: State of the Art and Challenges // Distributed Generation. N.-Y.: InTech, 2010. Pp. 265—288.
9. Основные технические требования к объектам генерации, функционирующим на основе возобновляемых источников энергии, работающим в составе энергосистем (в части солнечной и ветровой генерации) [Электрон. ресурс] https://www.so-ups.ru/fileadmin/files/company/international/icdevelopment/minutes/kotk/regulations_KOTK/vie_kotk_2023.PDF (дата обращения 11.08.2024).
10. ГОСТ Р 70787—2023. Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Возобновляемые источники энергии. Технические требования к фотоэлектрическим солнечным станциям.
11. ГОСТ Р 58491—2019. Электроэнергетика. Распределенная генерация. Технические требования к объектам генерации на базе ветроэнергетических установок.
12. Веренцов Л.А., Бурмейстер М.В., Пропп А.А., Хоркина А.А. Разработка имитационной модели суперконденсатора для применения на солнечной электростанции // Перспективы науки. 2023. № 11. С. 72—76.
13. Мускатиньев В. и др. Некоторые вопросы эксплуатации IGBT-модулей. Ч. 2. Ещё раз о высокой частоте и малых токах // Силовая электроника. 2020. № 3. С. 24—27.
14. Liu P., Xu J., Tu C. Thermal Optimized Discontinuous Modulation Strategy for Three Phase Impedance Source Inverter // Microelectronics Reliability. 2020. V. 112. Pp. 1—6.
15. Syahputra R., Purwanto K., Soesanti I. Performance Investigation of Standalone Wind Power System Equipped with Sinusoidal PWM Power Inverter for Household Consumer in Rural Areas of Indonesia // Energy Rep. 2022. V. 8. Pp. 4553—4569.
16. Новиков П. Транзистор в преобразователе. Ч. 1. Силовые цепи // Силовая электроника. 2019. № 4. С. 4—7.
17. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. М.: ЭНАС, 2012.
18. Крючков И.П., Пираторов М.В., Старшинов В.А. Электрическая часть электростанции и подстанции. М.: Издат. дом МЭИ, 2015.
19. Крамской Ю.Г. Применение силовой электроники при строительстве объектов генерации на основе ВИЭ и особенности их интеграции в электрические сети // Опыт и перспективы применения силовой электроники и электропередач постоянным током для повышения надёжности электрических сетей и реализации международных проектов: Материалы науч.-практ. конф. М., 2016.
20. Wachal R. e. a. Guide for the Development of Models for HVDC Converters in a HVDC Grid. CIGRE, 2014.
---
Для цитирования: Веренцов Л.А., Бурмейстер М.В., Бердышев И.И. Разработка имитационной модели силового инвертора с механизмом поддержки напряжения в точке общего присоединения к сети // Вестник МЭИ. 2025. № 2. С. 47—55. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-2-47-55
---
Работа выполнена в рамках проекта «Разработка испытательного стенда для тестирования цифровых систем управления силовыми преобразователями с алгоритмами виртуальной инерции» при поддержке гранта НИУ «МЭИ» на реализацию программы научных исследований «Приоритет 2030: Технологии будущего» в 2024 — 2026 гг
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Alhelou H.H., Golshan M.E.H., Siano P. Frequency Response Models and Control in Smart Power Systems with High Penetrarion of Renewable Energy Sources. Computers and Electrical Eng. 2021;96(4):107477.
2. Ziqian Zhang e. a. Study of Stability after Low Voltage Ride-through Caused by Phase-locked Loop of Grid-side Converter. Intern. Journal Electrical Power & Energy Systems. 2021;129:106765.
3. Prikaz Ministerstva Energetiki Rossiyskoy Federatsii № 1095 ot 30 Noyabrya 2023 g. «Ob Utverzhdenii Skhemy i Programmy Razvitiya Edinoy Energeticheskoy Sistemy Rossii na 2024 — 2029 Gody». (in Russian).
4. Bulatov R.V., Nasyrov R.R., Burmeyster M.V. Metodika Vybora Parametrov Akkumulyatornykh Sistem Nakopleniya Elektricheskoy Energii dlya Effektivnoy Integratsii Elektrostantsiy na Baze Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii v Energosistemy. Elektroenergiya. Peredacha i Raspredelenie. 2023;5(80):18—26. (in Russian).
5. Berdyshev I.I., Burmeyster M.V., Il'ina A.A. Sozdanie Imitatsionnoy Modeli Sistemy Virtual'noy Inertsii na Osnove Svyazi Chastoty i Moshchnosti. Fedorovskie Chteniya — 2022: Materialy LII Vseros. Nauch.- prakt. Konf. s Mezhdunar. Uchastiem. M.: Izdat. dom MEI, 2022:383—393. (in Russian).
6. Liu J. China’s Renewable Energy Law and Policy: a Critical Review. Renewable and Sustainable Energy Rev. 2019;99:212—219.
7. Simonov A.V., Ilyushin P.V. Metodika i Algoritm Proverki Parametrov Nastroyki Funktsii LVRT Vetroenergeticheskikh Ustanovok Vetrovykh Elektrostantsiy pri Ikh Integratsii v EES Rossii. Releynaya Zashchita i Avtomatizatsiya. 2022;1:72—81. (in Russian).
8. Kawady T.A., Mansour N.M., Taalab A.M.I. Wind Farm Protection Systems: State of the Art and Challenges. Distributed Generation. N.-Y.: InTech, 2010:265—288.
9. Osnovnye Tekhnicheskie Trebovaniya k Ob'ektam Generatsii, Funktsioniruyushchim na Osnove Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii, Rabotayushchim v Sostave Energosistem (v Chasti Solnechnoy i Vetrovoy Generatsii) [Elektron. Resurs] https://www.so-ups.ru/fileadmin/files/company/international/icdevelopment/minutes/kotk/regulations_KOTK/vie_kotk_2023.PDF (Data Obrashcheniya 11.08.2024). (in Russian).
10. GOST R 70787—2023. Edinaya Energeticheskaya Sistema i Izolirovanno Rabotayushchie Energosistemy. Vozobnovlyaemye Istochniki Energii. Tekhnicheskie Trebovaniya k Fotoelektricheskim Solnechnym Stantsiyam. (in Russian).
11. GOST R 58491—2019. Elektroenergetika. Raspredelennaya Generatsiya. Tekhnicheskie Trebovaniya k Ob'ektam Generatsii na Baze Vetroenergeticheskikh Ustanovok. (in Russian).
12. Verentsov L.A., Burmeyster M.V., Propp A.A., Khorkina A.A. Razrabotka Imitatsionnoy Modeli Superkondensatora dlya Primeneniya na Solnechnoy Elektrostantsii. Perspektivy Nauki. 2023;11:72—76. (in Russian).
13. Muskatin'ev V. i dr. Nekotorye Voprosy Ekspluatatsii IGBT-moduley. Ch. 2. Eshche Raz o Vysokoy Chastote i Malykh Tokakh. Silovaya Elektronika. 2020;3:24—27. (in Russian).
14. Liu P., Xu J., Tu C. Thermal Optimized Discontinuous Modulation Strategy for Three Phase Impedance Source Inverter. Microelectronics Reliability. 2020;112:1—6.
15. Syahputra R., Purwanto K., Soesanti I. Performance Investigation of Standalone Wind Power System Equipped with Sinusoidal PWM Power Inverter for Household Consumer in Rural Areas of Indonesia. Energy Rep. 2022;8:4553—4569.
16. Novikov P. Tranzistor v Preobrazovatele. Ch. 1. Silovye Tsepi. Silovaya Elektronika. 2019;4:4—7. (in Russian).
17. Spravochnik po Proektirovaniyu Elektricheskikh Setey. Pod Red. D.L. Faybisovicha. M.: ENAS, 2012. (in Russian).
18. Kryuchkov I.P., Piratorov M.V., Starshinov V.A. Elektricheskaya Chast' Elektrostantsii i Podstantsii. M.: Izdat. Dom MEI, 2015. (in Russian).
19. Kramskoy Yu.G. Primenenie Silovoy Elektroniki pri Stroitel'stve Ob'ektov Generatsii na Osnove VIE i Osobennosti Ikh Integratsii v Elektricheskie Seti. Opyt i Perspektivy Primeneniya Silovoy Elektroniki i Elektroperedach Postoyannym Tokom dlya Povysheniya Nadezhnosti Elektricheskikh Setey i Realizatsii Mezhdunarodnykh Proektov: Materialy Nauch.-prakt. Konf. M., 2016. (in Russian).
20. Wachal R. e. a. Guide for the Development of Models for HVDC Converters in a HVDC Grid. CIGRE, 2014
---
For citation: Verentsov L.A., Burmeister M.V., Berdyshev I.I. The Simulation Model of a Power Inverter with a Voltage Support Mechanism at the Point of Common Connection to the Grid. Bulletin of MPEI. 2025;2:47—55. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-2-47-55
---
The Work was Carried Out within the Framework of the Project «Development of a Test Bench for Testing Digital Control Systems for Power Converters with Virtual Inertia Algorithms» with the Support of a Grant from the NRU MPEI for the Implementation of the Scientific Research Program «Priority 2030: Technologies of the Future» in 2024 — 2026
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
Downloads
Published
2024-12-16
Issue
Section
Electric Power Industry (Technical Sciences) (2.4.3)
