Virtual Inertia Response and Frequency Control Ancillary Services From Hydrogen Electrolyzers

自动频率控制 堆栈(抽象数据类型) 计算机科学 动态需求 控制工程 工程类 功率(物理) 电信 量子力学 物理 程序设计语言
作者
Mehdi Ghazavi Dozein,Antonella Maria De Corato,Pierluigi Mancarella
出处
期刊:IEEE Transactions on Power Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:38 (3): 2447-2459 被引量:47
标识
DOI:10.1109/tpwrs.2022.3181853
摘要

This article presents the modeling foundations to study the capabilities of hydrogen electrolyzers (HEs) to provide frequency control ancillary services (FCAS), including virtual inertia and primary and secondary frequency response. To do so, we propose a general, unified HE dynamic model for the electrolyzer stack circuit, power-electronics interface (PEI), and relevant converter-level control loops. The equivalent circuit of the stack is derived from its current transfer function, with poles and zero obtained from its step response characteristics (e.g., rise/settling time). The stack model also considers relevant physical nonlinearities and downstream hydrogen buffer/process operational constraints. The PEI control loops account for stack model parameters, hydrogen production operational constraints, stack temperature dynamics, and active power reference generation strategy for contingency and regulation frequency support services. Further, we propose a virtual synchronous machine (VSM) control approach to study the VSM HE capabilities to also provide virtual inertia response. We apply the modeling to both alkaline and proton exchange membrane (PEM) technologies, including design of appropriate control schemes. Finally, we assess the FCAS performance of alkaline and PEM HEs via dynamic simulation of the Australian south-east interconnection in a 50%-renewable scenario, also discussing comparison and cooperation with battery energy storage systems.
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