Верификация численных расчётов электромеханических переходных процессов при оценке устойчивости электроэнергетических систем с генерирующими объектами, использующими ВИЭ

Алексей Александрович Суворов; Алишер Бахрамжонович Аскаров; Владимир Евгеньевич Рудник; Михаил Владимирович Андреев; Игорь Андреевич Разживин; Юлий Дмитриевич Бай

doi:10.34831/2022.1086.1.004

Верификация численных расчётов электромеханических переходных процессов при оценке устойчивости электроэнергетических систем с генерирующими объектами, использующими ВИЭ

Алексей Александрович Суворов, Алишер Бахрамжонович Аскаров, Владимир Евгеньевич Рудник, Михаил Владимирович Андреев, Игорь Андреевич Разживин, Юлий Дмитриевич Бай

Аннотация

Широкомасштабное внедрение генерирующих объектов на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ) в современные электроэнергетические системы (ЭЭС) существенно изменяет их динамические свойства. Возникают новые проблемы с устойчивостью ЭЭС из-за свойств несинхронных генерирующих установок (ГУ) на базе ВИЭ с силовым преобразователем (СП), которые принципиально отличаются от традиционных синхронных генерирующих объектов. Изучение и решение обозначенных проблем возможно только с помощью математического моделирования реальных ЭЭС, которое в настоящее время выполняется с помощью сугубо численного расчёта электромеханических переходных процессов, при котором применяются различные упрощения и ограничения. Также под свойства и возможности таких расчётов для изучения вопросов устойчивости ЭЭС разработаны и модифицированы «обобщённые» математические модели ГУ на базе ВИЭ с СП. В этой статье выполнена верификация расчётов устойчивости ЭЭС с ГУ на базе ВИЭ с СП, позволяющая выявить влияние применяемых упрощений и ограничений при сугубо численном расчёте электромеханических переходных процессов на качество решения задач оценки устойчивости ЭЭС с генерирующими объектами на ВИЭ. Проведённые исследования позволили выявить области применения модифицированной модели ГУ на базе ВИЭ с СП в составе модели ЭЭС реальной размерности, при которых возникают наибольшие и наименьшие погрешности, а также их причины. Такая «всережимная» верификация становится осуществимой за счёт предлагаемого в статье альтернативного подхода, основанного на использовании модельного эталона вместо натурных данных.

Ключевые слова

: верификация, динамическая устойчивость, возобновляемые источники энергии, электроэнергетические системы

Полный текст:

PDF

Литература

Renewables 2020 Global Status Report. 2020 [Electronic resource]: REN21 Report. – (https://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/05/gsr_2020_full_report_en.pdf).

Yazdani, A. Voltage-Sourced Converters in Power Systems [Text] / A. Yazdani, R. Iravani. -- Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2010.

Teodorescu, R. Grid Converters For Photovoltaic and Wind Power Systems [Text] / R. Teodorescu, M. Liserre, P. Rodriguez. -- Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2011.

Impact of inverter based generation on bulk power system dynamics and short-circuit performance [Electronic resource] // IEEE Power and Energy Society. -- Tech. Rep. PES-TR68, 2018. – (https://resourcecenter.ieee-pes.org/technical-publications/technicalreports/PES_TR_7-18_0068.html).

Hatziargyriou, N. Definition and classification of power system stability revisited and extended [Text] / N. Hatziargyriou, J. Milanovic, C. Rahmann, V. Ajjarapu, C. Canizares, I. Erlich, D. Hill, I. Hiskens, I. Kamwa, B. Pal, P. Pourbeik, J. Sanchez-Gasca, A. Stankovic, T.V. Cutsem, V.Vittal, C. Vournas // IEEE Transactions on Power Systems. – Vol. 36. – No. 4. – 2021. – P. 3271 -- 3281.

Stability definitions and characterization of dynamic behavior in systems with high penetration of power electronic interfaced technologies [Electronic resource] // IEEE Power and Energy Society. -- Tech. Rep. PESTR77, 2020. – (https://resourcecenter.ieeepes.org/technical-publications/technicalreports/PES_TP_TR77_PSDP_stability_051320.html).

Bialek, J. Benchmarking and Validation of Cascading Failure Analysis Tools [Text] / J. Bialek, E. Ciapessoni, D. Cirio, E. Cotilla-Sanchez, C. Dent, I. Dobson, P. Henneaux, P. Hines, J. Jardim, S. Miller, M. Panteli, M. Papic, A. Pitto, J. Quiros-Tortos, D. Wu // IEEE Transactions on Power Systems. – 2016. – Vol. 31. – No. 6. – P. 4887 -- 4900.

Villena-Ruiz, R. Field validation of a standard type 3 wind turbine model implemented in DIgSILENT-PowerFactory following IEC 61400-27-1 guidelines [Text] / R. Villena-Ruiz, A. Honrubia-Escribano, J. Fortmann, E. Gómez-Lázaro // International Journal of Electrical Power and Energy Systems. – 2020. –Vol. 116.

Zhang, Y. Wind Power Plant Model Validation Using Synchrophasor Measurements at the Point of Interconnection [Text] / Y. Zhang, E. Muljadi, D. Kosterev, M. Singh // IEEE Transactions Sustainable Energy. – 2015. – Vol. 6. – No. 3. – P. 984 -- 992.

Huang, Z. Model Validation of Power System Components Using Hybrid Dynamic Simulation [Text] / Z. Huang, T.B. Nguyen, D. Kosterev, R. Guttromson // IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exhibition. -- Dallas, TX, 2006. – P. 153 -- 160.

Ramasubramanian, D. Converter Model for Representing Converter Interfaced Generation in Large Scale Grid Simulations [Text] / D. Ramasubramanian, Z. Yu, R. Ayyanar, V. Vittal, J. Undrill // IEEE Transactions on Power Systems. – 2017. – Vol. 32. – No. 1. – P. 765 -- 773.

Lammert, G. Control of Photovoltaic Systems for Enhanced Short-Term Voltage Stability and Recovery [Text] / G. Lammert, D. Premm, L. D. Pabón Ospina, J. C. Boemer, M. Braun, T.V. Cutsem // IEEE Transactions on Energy Conversion. – 2019. – Vol. 34. – No. 1. – P. 243 -- 254.

Eguia, P. Modeling and validation of photovoltaic plants using generic dynamic models [Text] / P. Eguia, A. Etxegarai, E. Torres, J.I. San Martin, I. Albizu // 2015 International Conference on Clean Electrical Power (ICCEP), 2015. – P. 78 -- 84.

Jalili-Marandi, V. Interfacing techniques for transient stability and electromagnetic transient programs IEEE task force on interfacing techniques for simulation tools [Text] / V. Jalili-Marandi, V. Dinavahi, K. Strunz, J. A. Martinez, A. Ramirez // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2009. – Vol. 24. – No. 4. – P. 2385 -- 2395.

Huang, Q. Application of electromagnetic transient-transient stability hybrid simulation to FIDVR study [Text] / Q. Huang, V. Vittal // IEEE Transactions on Power Systems. – 2016. – Vol. 31. – No. 4. – P. 2634 – 2646.

Huang, Q. Effect of accurate modelling of converter interfaced generation on a practical bulk power system [Text] / D. Ramasubramanian, V. Vittal, B. Keel, J. Silva // IET Generation Transmission and Distribution. – 2020. – Vol. 14. – No. 15. – P. 3108 -- 3116.

Huang, Q. OpenHybridSim: An open source tool for EMT and phasor domain hybrid simulation [Text] / Q. Huang, V. Vittal // IEEE Power and Eng. Society General Meeting (PESGM). -- Boston, MA, USA, 2016. – P. 1 -- 5.

Аскаров, А.Б. Применение всережимного моделирующего комплекса для энергосистем с распределенной генерацией [Текст] / А.Б. Аскаров, А.А. Суворов, М.В. Андреев // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2019. – Т. 23. – № 1 (144). – С. 75 -- 89.

Суворов, А.А. Всережимная верификация расчётов при анализе динамической устойчивости электроэнергетических систем [Текст] / А.А. Суворов, А.С. Гусев, М.В. Андреев, А.Б. Аскаров // Электричество. – 2020. – № 11. – С. 28 -- 37.

Suvorov, A. A validation approach for short-circuit currents calculation in large-scale power systems [Text] / A. Suvorov, A. Gusev, M. Andreev, A. Askarov // International Transactions on Electrical Energy Systems. – 2020. – Vol. 30. – No. 4. – P. 1 -- 20.

Clark, K. Modeling of GE Solar Photovoltaic Plants for Grid Studies [Text] / K. Clark, N.W. Miller, R. Walling // General Electr. Int. Rep. Ver. 1.1, 2010.

Clark, K. Modeling of GE Wind Turbine-Generators for Grid Studies Prepared by [Electronic resource] / K. Clark, N.W. Miller, J.J. Sanchez-Gasca. – (https://www.researchgate.net/publication/267218696_Modeling_of_GE_Wind_Turbine-Generators_for_Grid_Studies_Prepared_by).

Sanchez-Gasca, J.J. Generic wind turbine generator models for WECC [Text]: a second status report / J.J. Sanchez-Gasca // IEEE Power Eng. Society General Meeting. -- Denver, CO, USA, 2015. – P. 1 -- 5.

Elliott, R.T. Generic photovoltaic system models for WECC [Text]: a status report / R.T. Elliott, A. Ellis, P. Pourbeik, J.J. Sanchez-Gasca, J. Senthil, J. Weber // IEEE Power Eng. Society Gen. Meeting, 2015. – P. 1 -- 5.

Model user guide for generic renewable energy system models [Text] // EPRI. -- Tech. Rep. 3002014083. -- Palo Alto, CA, 2018.

Cole, S. A proposal for standard VSC HVDC dynamic models in power system stability studies [Text] / S. Cole, R. Belmans // Electric Power Systems Research. – Vol. 81. – No. 4 – 2011. – P. 967 -- 973.

Pourbeik, P. Generic Dynamic Models for Modeling Wind Power Plants and Other Renewable Technologies in Large-Scale Power System Studies [Text] / P. Pourbeik, J.J. Sanchez-Gasca, J. Senthil, J.D. Weber, P.S. Zadehkhost, Y. Kazachkov, S. Tacke, J. Wen, A. Ellis // IEEE Transactions on Energy Conversion. – 2017. – Vol. 32. – No. 3. – P. 1108 -- 1116.

Pourbeik, P. Model Validation of Large Wind Power Plants Through Field Testing [Text] / P. Pourbeik, N. Etzel, S. Wang // IEEE Transactions on Sustainable Energy. – 2018. – Vol. 9. – No. 3. – P. 1212 -- 1219.

Cole, S. Robust modeling against model-solver interactions for high-fidelity simulation of VSC HVDC systems in EUROSTAG [Text] / S. Cole, B. Haut // IEEE Transactions on Power Systems. – 2013. – Vol. 28. – No. 3. – P. 2632 -- 2638.

Rosado, S. Modeling of power electronics for simulation based analysis of power systems [Text] / S. Rosado, R. Burgos, S. Ahmed, F. Wang, D. Boroyevich // Proceedings of the 2007 Summer Computer Simulation Conference, 2007. – P. 19 -- 26.

Connection of wind farms to weak AC networks [Text] // Working group B4.62, 2016.

Wang, W. Instability of PLL-Synchronized Converter-Based Generators in Low Short-Circuit Systems and the Limitations of Positive Sequence Modeling [Text] / W. Wang, G.M. Huang, P. Kansal, L.E. Anderson, R.J. O’Keefe, D. Ramasubramanian, P. Mitra, E. Farantatos // North American Power Symposium (NAPS). -- Fargo, ND, USA, 2018. – P. 1 -- 6.

Ramasubramanian, D. Positive sequence voltage source converter mathematical model for use in low short circuit systems / D. Ramasubramanian, W. Wang, P. Pourbeik 2 ; E. Farantatos, A. Gaikwad, S. Soni, V. Chadliev // IET Generation, Transmission and Distribution. – 2020. – Vol. 14. – No. 1. – P. 87 -- 97.

Pourbeik, P. Proposed REGC_B Model [Electronic resource] / P. Pourbeik. – (https://www.wecc.biz/Administrative/REMTF_REGC_A_and_REGC_B_0317.pdf).

Andreev, M. A hybrid model of type-4 wind turbine - concept and implementation for power system simulation [Text] / M. Andreev, I. Razzhivin, A. Suvorov, N. Ruban, R. Ufa, A. Gusev, Y. Bay, A. Kievets, A. Askarov, V. Rudnik // IEEE PES Innovative Smart Grid Tech. Conf. Europe, 2020. – P. 799 -- 803.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/2022.1086.1.004