Динамика и устойчивость микроэнергосистем

Микроэнергосистемы (microgrids) - системы генераторов и потребителей, способные работать как автономно, так и синхронно с внешней сетью, являются перспективной технологией как для электроснабжения изолированных объектов, так и в качестве альтернативы традиционным распределительным сетям. С удешевлением устройств силовой электроники, становится целесообразной реализации микроэнергосистем полностью на основе инверторов (inverter-based microgrids), что требует разработки специальных систем автоматического управления генерации. Одним из самых перспективных методов управления инверторов является, так называемый, режим виртуальной синхронной машины, когда инвертор имитирует динамику обычных синхронных генераторов, что позволяет осуществлять автоматическое распределение нагрузки между инверторами, без всякой системы коммуникаций. Однако, во многих экспериментальных реализациях таких систем было обнаружено, что диапазон параметров регулирования инверторов, гарантирующих устойчивую работу, оказывается достаточно узким. Более того, оказалось, что принципы моделирования, основанные на разделении временных масштабов различных процессов (электромагнитные, электромеханические и т.д.), не дают даже качественно правильных предсказаний для областей устойчивости. Таким образом, модели редуцированных порядков, применяемые в классической электроэнергетике, оказываются совершенно неприменимыми к инверторным системам. В настоящем докладе будут представлены методы редуцирования моделей, свободные от перечисленных выше недостатков, и способные правильно предсказывать области устойчивости, сохраняя при этом простой вид динамических уравнений. Это оказывается возможным благодаря применения теории сингулярных возмущений первого порядка, что, помимо упрощения модели, позволяет также и понять причину такого необычного поведения инверторных систем. Будет дано объяснение принципиального отличия таких систем от синхронных машин, несмотря на кажущиеся сходства динамических моделей. Далее, на основе редуцированных моделей будут построенные функции Ляпунова, позволяющие получить полностью децентрализованные условия устойчивости инверторных систем, имеющие прямое практическое применение.