Generalized Formulation of Steady-State Equivalent Circuit Models of Grid-Forming Inverters

Abstract

This work proposes positive-and negative-sequence equivalent circuits of grid-forming inverters for steady-state analysis. The proposed models are especially attractive for performing long-duration voltage regulation analysis and short-circuit studies involving grid-forming inverters. Our proposed equivalent circuit models are based on the inverter's voltage and current control loops in the αβ and dq frames. For this reason, they operate according to prescribed control functions and specified impedances (i.e., filter impedance, current limiter block, virtual admittance block, and PI/PR controller block). The equivalent circuit model accuracy is validated by comparing system steady-state voltage and current responses obtained by detailed time-domain models in PSCAD/EMTDC to those by the equivalent circuit models implemented in steady-state load flow program (e.g., OpenDSS). Two distinct control structures implemented in the αβ and dq frames are used for the validation. Single line-to-ground and line-to-lineto-ground faults are simulated in a small islanded microgrid as well as the IEEE 34-node test feeder. Fault impedances varying from 0 to 5 ohms are simulated. We show that the equivalent models precisely replicate the steady-state response of the detailed time-domain models.

Voltage Balancing Capability of Grid-Forming Inverters

“…Therefore, current limit is modified to operate in the abc-frame as shown in Fig. 2 [15], [16]. The dq-axis current references are transformed to the abc-frame current reference I * abc and the current is limited based on their RMS values.…”

Modelagem de funções de inversores inteligentes executadas por sistemas fotovoltaicos em fluxo de potência

“…Por causa da dependência dos outros controles, a sincronização deve ser muito rápida, geralmente em menos que 100 ms. O inversor apresentado na Figura 5 é do tipo grid-following que necessita de uma rede regulada para seguir. Outro tipo de inversor vem sendo muito estudado, os inversores grid-forming, eles são responsáveis por regular a rede, portanto fornecem a referência de frequência e tensão e, dessa forma, não necessitam de PLL para sincronizar com a rede (CUNHA et al, 2021;ETO et al, 2020).…”

“…O grau de complexidade eleva-se quando o inversor e seus novos controles devem ser considerados. Os principais modelos existentes nesse sentido são modelos dinâmicos (CUNHA et al, 2021). Porém, diversos autores destacam a necessidade de considerar as funções de inversores inteligentes nos estudos e que as modelagens estáticas tradicionais (tipos de barra PQ e PV) não são suficientes para tal fim (STEWART et al, 2015 Uni.…”

“…Teng (2008), Moghaddas-Tafreshi e Mashhour (2009) demonstram essa preocupação ao apresentarem modelos simples e diretos para diferentes tipos de fontes, interfaces e controles. Modelos mais detalhados para os REDs são apresentado em (KAMH; IRAVANI, 2012;HWANG et al, 2016;STREZOSKI;VOJNOVIĆ;VIDOVIĆ, 2018;STREZOSKI et al, 2019;CUNHA et al, 2021), e, especificamente, de sistemas FV em (WANG et al, 2008;AHMED;MOHSIN, 2011;JUAREZ et al, 2018; CASTRO; RODRÍGUEZ-RODRÍGUEZ; CAMPO, 2020). Entretanto, nenhum desses trabalhos consideram as funções de inversores inteligentes.…”

“…Dentro do tipo de barra PQ, alguns trabalhos apresentam a modelagem do FPF através da equação para o cálculo da potência reativa a partir da potência ativa e do fator de potência, rever (2.15) (TENG, 2008;WANG et al, 2008;KAMH;IRAVANI, 2012;JUAREZ et al, 2018). Enquanto outros trabalhos incluem os controles do tipo droop (CUNHA et al, 2021;JUAREZ et al, 2018).…”