In power electronics-dominant systems (PEDSs), the declining-inertia issue is one of the most significant challenges to tackle. The inertia emulation from DC-link capacitors is one cost-effective and application-friendly solution to enhance the system inertia. Although the virtual inertia control of the DC-link capacitor supports the grid frequency with a relatively long-term effect, it affects the dynamic of the power converter at multiple timescales. In turn, the maximum effective virtual inertia from the DC-link capacitor is limited by the operation condition of the converter. Thus, to properly design the virtual inertia control, the dynamics of the faster timescale than the inertia emulation should be addressed. With the above, this article analyzes the maximum virtual inertia of DC-link capacitors based on a multi-timescale model of power converters. First, the system stability considering virtual inertia control of DC-link capacitors is analyzed in the submodel at the voltage control timescale (VCT), where the virtual inertia control parameters are accordingly tuned on a pre-designed converter. Then, the maximum effective virtual inertia is identified in the submodel at the rotor motion timescale (RMT). The exploration and findings in this article are beneficial to the power converter design and future inertia placement optimization in PEDSs. Case studies on a hardware-in-the-loop platform are conducted to validate the proposed model and the analysis method.

中文翻译：

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考虑电压控制时标系统稳定性的直流母线电容器的最大虚拟惯量

在电力电子主导系统（PEDS）中，惯性下降是需要解决的最重大挑战之一。直流母线电容器的惯性仿真是一种经济高效且易于应用的解决方案，可增强系统惯性。尽管直流母线电容器的虚拟惯性控制以相对长期的影响来支持电网频率，但它会在多个时标上影响功率转换器的动态。反过来，来自直流母线电容器的最大有效虚拟惯量受转换器的工作条件限制。因此，为了正确设计虚拟惯性控制，应该解决比惯性仿真快的时间尺度的动力学问题。有了以上，本文基于功率转换器的多时标模型，分析了直流母线电容器的最大虚拟惯量。首先，在子模型中以电压控制时标（VCT）分析考虑了直流母线电容器虚拟惯性控制的系统稳定性，并在预先设计的转换器上相应地调整虚拟惯性控制参数。然后，在子模型中以转子运动时标（RMT）确定最大有效虚拟惯量。本文的探索和发现对PEDS中的电源转换器设计和未来的惯性布置优化都是有益的。在硬件在环平台上进行了案例研究，以验证所提出的模型和分析方法。在子模型中以电压控制时标（VCT）分析了考虑直流母线电容器虚拟惯性控制的系统稳定性，并在预先设计的转换器上相应地调整了虚拟惯性控制参数。然后，在子模型中以转子运动时标（RMT）确定最大有效虚拟惯量。本文的探索和发现对PEDS中的电源转换器设计和未来的惯性布置优化都是有益的。在硬件在环平台上进行了案例研究，以验证所提出的模型和分析方法。在子模型中以电压控制时标（VCT）分析了考虑直流母线电容器虚拟惯性控制的系统稳定性，并在预先设计的转换器上相应地调整了虚拟惯性控制参数。然后，在子模型中以转子运动时标（RMT）确定最大有效虚拟惯量。本文的探索和发现对PEDS中的电源转换器设计和未来的惯性布置优化都是有益的。在硬件在环平台上进行了案例研究，以验证所提出的模型和分析方法。最大有效虚拟惯量在转子运动时标（RMT）的子模型中确定。本文的探索和发现对PEDS中的电源转换器设计和未来的惯性布置优化都是有益的。在硬件在环平台上进行了案例研究，以验证所提出的模型和分析方法。最大有效虚拟惯量在转子运动时标（RMT）的子模型中确定。本文的探索和发现对PEDS中的电源转换器设计和未来的惯性布置优化都是有益的。在硬件在环平台上进行了案例研究，以验证所提出的模型和分析方法。