I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o wer   E ng i neer ing   ( I J AP E )   Vo l.  1 5 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 ,   p p .   646 ~ 6 6 2   I SS N:  2252 - 8 7 9 2 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijap e . v 1 5 . i 2 . pp 646 - 662           646       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : // ija p e. ia esco r e. co m/   Ana ly zing  t he  a bi lity o ca pa citor  e nerg y  in  a  mo dul a multilev el conv er ter to  suppo rt  ine rtia  in an  AC  sy st em        Duny a   Sh .   Wa is ,   H ud a   A.   A bb o o   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   M u s t a n si r i y a h   U n i v e r si t y ,   B a g h d a d ,   I r a q       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct  6 ,   2 0 2 5   R ev is ed   J an   1 4 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ma r   1 2 ,   2 0 2 6       F lex ib le  DC   tran sm issio n   sy ste m b a se d   o n   m o d u lar  m u lt i lev e l   c o n v e rters   h a v e   t h e   p o ten ti a l   to   su p p o rt  th e   in e rti a   o AC   p o we g ri d b y   u sin g   s u b - m o d u le   c a p a c it o r   e n e rg y   st o ra g e .   Ho we v e r,   e x isti n g   st u d ies   g e n e ra ll y   b e li e v e   t h a t h e   i n e rti a   p ro v id e d   b y   flex i b le  DC  s y ste m is  li m it e d   b y   th e ir   e n e rg y   sto ra g e   ti m e   c o n sta n ts,  wh ich   is  we a k e th a n   th a o sy n c h ro n o u s   m o to rs,   a n d   lac k q u a n ti tati v e   i n d ica to rs  t o   m e a su re   t h e ir  s u p p o rt   stre n g t h .   In tro d u c i n g   t h e   flex i b le - DC  e q u i v a len in e rt ia  c o n sta n ( F DEIC)  a a   p re c ise   m e tri c   fo a ss e s sin g   in e rti a   su p p o rt  u n d e d iffere n m a n a g e m e n t   sc h e m e s,   th is  re se a rc h   p re se n ts  a   n e a n a ly ti c a fra m e wo rk   b a se d   o n   fre q u e n c y   re sp o n se s.  Re su lt s   sh o t h a t h e   in e rti a l   re sp o n se   is  in fl u e n c e d   b y   c o n tr o l   b a n d wi d th ,   DC - v o lt a g e   d y n a m ics ,   a n d   c ircu latin g - c u rre n b e h a v i o u r.   A m o re   g e n e ra li z e d   m u lt i - term in a l   F DEI is  c re a ted   to   a c c o u n f o t h e   imp a c o ra ise d   to tal   c a p a c it o r   e n e rg y ,   a n d   th e   t h e o ry   is   fu rt h e e x p a n d e d   t o   c o v e DC  g rid wit h   m o re   th a n   o n e   ter m in a l.   th re e - term in a flex ib l e   DC  g rid   sim u latio n   m o d e is  b u il in   th e   P S CAD   e n v ir o n m e n t ,   a n d   th e   sim u latio n   re su lt s v e rify   th e   e ffe c ti v e n e ss   o f   th e   p r o p o se d   q u a n ti tativ e   a n a l y sis m e th o d .   K ey w o r d s :   C ap ac ito r   en er g y   Fra ctio n al  r esp o n s e   I n er tia  co n s tan t   Mo d u lar   m u ltil ev el  co n v e r ter   Su p p o r t stre n g th   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Du n y Sh .   W ais     Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   C o lleg o f   E n g in ee r i n g ,   Mu s tan s ir iy ah   Un i v er s ity   B ag h d ad ,   I r aq     E m ail:  d u n y a. s h . wais@ u o m u s tan s ir iy ah . ed u . i q       1.   I NT RO D UCT I O N   T h m o d u lar   m u ltil ev el  co n v e r ter   b ased   h ig h   v o ltag d ir ec cu r r en ( MM C - HVDC)  tech n o lo g y   h as   th ad v an ta g es  o f   s tr o n g   s ca lab ilit y ,   h ig h   c o n tr o llab ilit y ,   d ir ec ac ce s s   an d   tr an s m is s io n   o f   win d   an d   s o lar   p o wer   g en e r atio n ,   a n d   th a b ilit y   to   s u p p ly   p o wer   to   wea k   A C   g r id s   an d   ev en   p ass iv s y s t em s .   I is   cu r r en tl y   r elativ ely   ad v a n ce d   tr a n s m is s io n   tech n o lo g y   [ 1 ] - [ 7 ] .   W ith   th ac ce s s   o f   a   h ig h   p r o p o r tio n   o f   p o wer   elec tr o n ic  d e v ices,  th tr ad itio n al  p o wer   s y s tem   with   s y n ch r o n o u s   g en er ato r   ( SG)   a s   th m ain   p o wer   s o u r ce   is   g r a d u ally   tr a n s f o r m in g   i n to   a   lo w - in er tia  wea k   g r id ,   an d   th s y s tem   f r eq u en cy   s ta b ilit y   is   co n s tan tly   wea k en in g   [ 8 ] ,   [ 9 ] .   U n d er   tr a d itio n al  f lex ib le  DC   co n tr o l,  m o d u lar   m u ltil ev el   co n v er ter   ( MM C )   ca n n o t   r esp o n d   to   t h e   f r eq u en cy   ch a n g es  o f   th AC   s y s tem ,   n o r   c an   it  s im u late  th s y n ch r o n o u s   m o to r   to   p r o v i d in er tia  f o r   t h s y s tem ,   s o   it  is   d if f icu lt  to   s u p p o r t h g r id   f r eq u e n cy   s tab ilit y   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   Ho to   g iv f u ll  p lay   to   t h e   s u p p o r ca p ab ilit y   o f   MM C   in   th f lex ib le  DC   s y s tem   to   ac tiv ely   s u p p o r th f r eq u e n cy   o f   th e   r ec eiv in g   AC   s y s tem   h as  b ec o m o n e   o f   th k ey   tech n ical  p r o b lem s   th at  u r g en tly   n ee d   t o   b s o lv ed   in   th co n s tr u ctio n   o f   n ew  p o wer   s y s tem s   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ] .     T h er ar m an y   s tu d ies  o n   th e   f r eq u en c y   s u p p o r s tr ateg y   o f   MM C   f o r   AC   p o wer   g r id .   T h s tu d y   in   [ 1 4 ]   s u m m ar ize   th c o m m o n   g r id - f o llo win g   an d   g r id - b u il d in g   c o n tr o l   s tr ateg ies  an d   a n aly ze   th eir   s u p p o r p er f o r m an ce   an d   p er f o r m a n c f o r   AC   p o wer   g r id .   Kh a et  a l .   [ 1 5 ]   p r o p o s es  co n tr o s ch em th at   ca n   p r o v id in e r tia  an d   d am p i n g   f o r   th two - en d   g r id s   f o r   th b ac k - to - b ac k   MM C - HVDC  s y s tem ,   an d   em b ed s   a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       A n a lyzi n g   th a b ilit o f c a p a ci to r   en erg in   a   mo d u la r   mu ltil ev el  co n ve r ter to     ( Du n ya   S h .   Wa is )   647   n ew  s u p p o r m o d e   s elec tio n   alg o r ith m .   Me i   et  a l .   [ 1 6 ]   p r o p o s es  an   ad a p tiv v ir tu al  in er tia  f r eq u e n cy   r eg u latio n   s tr ateg y ,   wh ich   in cr ea s es  th in er tia   co ef f icien t   o f   MM C   wh en   th e   DC   d ev i atio n   is   s m all,   a n d   d ec r ea s es  it  wh en   it  is   s m all,   s o   th at  it  h as  a   b etter   in er tia  s u p p o r ef f ec t   o n   th AC   s y s tem   in   th e   ea r ly   s tag e   o f   f r e q u en c y   f lu ct u atio n .   W an g   et  a l.   [ 1 7 ]   d ee p ly   an al y ze s   th d if f e r en ce   b etwe en   th i n er tia  s u p p o r t f u n ctio n   an d   th p r im ar y   f r e q u en c y   r eg u latio n   f u n ctio n   o f   th v i r tu al  s y n ch r o n o u s   g en er ato r   ( VSG)   in   t h p o wer   g r id ,   an d   an aly ze s   th ef f ec o f   VSG  co n tr o o n   f r eq u e n cy   ch a n g es  wh en   s ev er lo ad   d is tu r b an ce   o cc u r s   in   th e   lar g p o wer   g r id .     I n   th e   ab o v r esear ch ,   t h s u p p o r tin g   p o wer   o f   MM C   f o r   th AC   s y s tem   o n   th d is tu r b an ce   s id m ain ly   co m es  f r o m   th AC   g r id   co n n ec te d   to   o th e r   co n v er ter   s tatio n s   in   th f lex ib le  DC   s y s tem .   T h er ar m an y   d is cr ete  s u b - m o d u le  ca p ac ito r s   in s id th MM C .   I f   t h en er g y   in s id ca n   b f lex i b ly   an d   ef f ec tiv ely   u tili ze d ,   th MM C ' s   o wn   en er g y   s to r ag al o n ca n   p r o v id a   ce r tain   s u p p o r t e f f ec o n   th g r id .   I n   o r d er   to   f u r th er   u tili ze   th MM C   ca p ac ito r   en er g y ,   Z h u   et  a l.   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ]   u s ca p ac ito r   en er g y   to   s im u late  th r o to r   k in etic  e n er g y   o f   th e   s y n ch r o n o u s   m o t o r   to   s u p p o r th g r id   i n er tia ,   b u t h ey   u s th tr ad itio n al  d o u b le  clo s ed - lo o p   v ec to r   c o n tr o s tr ateg y ,   an d   th ca p ac ito r   v o ltag is   co u p led   with   th DC   v o ltag e,   wh ic h   lim its   th u tili za tio n   o f   ca p ac ito r   en er g y .   L i u   et  a l .   [ 2 0 ]   u s es  ad ap tiv d a m p in g   a n d   in er tia  co ef f icien ts   to   im p r o v e   th s u p p o r ca p ac ity   o f   ca p ac ito r   en er g y ,   b u its   ca p ac ito r   v o ltag e   is   s till   r elate d   to   th DC   v o ltag e.   Yan g   et  a l.   [ 2 1 ]   u s es  ca p ac it o r   en e r g y   s y n ch r o n izatio n   lo o p   to   r ep lace   th p o wer   s y n ch r o n izatio n   lo o p   in   th tr ad itio n al  g r id   co n tr o to   im p r o v s tab ilit y ,   b u th r ef er e n c b eliev es  th at  th ca p ac ito r   en er g y   s u p p o r t   ef f e ct  is   ex tr em ely   s m all,   s o   it  is   o n ly   u s ed   f o r   s y n ch r o n izat io n   with   th g r id .     Sin g h   et  a l.   [ 2 2 ]   p r o p o s es  an   MM C   ac tiv en er g y   co n tr o s tr ateg y ,   wh ich   m at h em atica lly   d ec o u p les  th DC   v o ltag a n d   ca p ac ito r   v o ltag e,   an d   im p r o v es  t h e n er g y   u tili za tio n   m ar g in   an d   co n tr o f lex ib ilit y   co m p a r ed   to   tr ad itio n al  co n tr o l.   Z h an g   et   a l.   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ] .   Acc o r d in g   to   Sin g h   et   a l.   [ 2 2 ] ,   it   lo o k s   at  ad a p tiv an d   in tellig en co n tr o s tr ateg ies  f o r   p o wer - elec tr o n ic  co n v e r ter s   th at  wo r k   in   lo w - in er tia  g r i d s .   I s h o ws  h o ad ap tiv e,   p r ed ictiv e,   an d   AI - b ased   s o lu tio n s   im p r o v f r e q u en c y   s tab ilit y ,   v ir tu al  in er tia  em u latio n ,   an d   s tr en g th   wh en   th g r i d   is   u n p r ed ictab le.   So m o f   th e   b ig g est  p r o b lem s   ar e   m ak in g   co n tr o m o r e   co m p licated ,   lim itin g   r ea l - tim im p lem en tatio n ,   a n d   m a k in g   s u r s tab ilit y   th r o u g h o u t a   wid r an g o f   o p er atin g   s itu ati o n s .   Ho wev er ,   th ab o v MM C   en er g y   u tili za tio n   s tr ateg ies h av e   n o t b ee n   a b le  to   q u a n titativ ely   ca lcu late  th ac tu al  s u p p o r s tr en g th   o f   MM C   f o r   th p o wer   g r id ,   an d   it  is   d if f icu lt  to   q u a n tify   th s u p p o r ef f ec t.   Alth o u g h   m o s ex is tin g   s tu d ies  b eliev th at  th in er tia  co n s tan o f   MM C   is   o n ly   ab o u 4 0   m s   [ 2 1 ] ,   wh ich   is   v er y   s m all  co m p ar e d   to   th e f f ec o f   s y n ch r o n o u s   m o to r s ,   it  is   m ain ly   o b tain ed   b y   an alo g y   with   th en er g y   s to r ag tim co n s tan o f   MM C ,   an d   d o es  n o co n s id er   th e   im p ac o f   ac tu al  g r id   ch a r ac ter is tics   an d   MM C   co n tr o l stra teg ies o n   s u p p o r t c ap ac ity .   I n   o r d er   to   q u an titativ ely   an al y ze   th g r id   in er tia  af ter   h ig h   p r o p o r tio n   o f   n ew  en er g y   an d   p o wer   elec tr o n ic  eq u i p m en is   co n n e cted ,   th Su n   et   a l.   [ 9 ]   d e f in e s   th g en er alize d   i n er tia  o f   t h g r id   b y   u s in g   th r atio   o f   th e   g e n er alize d   k in et ic  en er g y   o f   th AC   s y s tem   to   th e   to tal  ca p ac ity ,   w h ich   c o v er s   all  f o r m s   o f   in er tia  in   t h s y s tem ,   b u t   is   n o s u itab le  f o r   an aly zin g   th e   i n er tia  s u p p o r ca p ac ity   o f   th e   f lex ib le   DC   MM C   alo n e.   Yan g   et   a l .   [ 2 5 ]   p r o p o s es  an   MM C   in er tia   co n s tan t   c o n s id er in g   th e   p en etr atio n   r ate  o f   n ew   en er g y   a n d   an aly ze s   th f r eq u en cy   r esp o n s o f   th AC   g r id   af ter   th i n tr o d u ctio n   o f   MM C   in er tia.   Ho wev er ,   th m o to r   s p ee d   is   eq u iv alen to   th ca p ac ito r   v o ltag d u r in g   t h ca l cu latio n ,   wh ich   is   in co n s is ten with   th p h y s ical  d ef in itio n   o f   th in er tia  co n s ta n t.  I n   ad d itio n ,   th to tal  ca p ac i ty   o f   th g r id   is   u s ed   as  th b a s v alu f o r   p o wer   ca lcu latio n ,   wh ich   m a k es  it  d if f icu lt  to   r ef lect  th e   ac tu al  ef f ec o f   ca p ac ito r   en er g y   o n   g r i d   in er tia.   Kim   et  a l .   [ 2 6 ]   d er iv es  t h in e r tia  co n s ta n o f   th c o n v e r ter   s tatio n   b y   an alo g y   b etwe en   ca p ac ito r   en er g y   a n d   th k in etic  en er g y   o f   th s y n ch r o n o u s   m o to r   r o to r .   Ho wev e r ,   th is   l iter atu r o n ly   co n s id er s   th im p ac o f   th t h ir d   h ar m o n ic   in jectio n   o n   th e   n u m b er   o f   s u b m o d u les  p u in to   o p er atio n ,   an d   d o es  n o a n aly ze   th im p r o v em en t   o f   th e   en e r g y   u tili za tio n   r an g b r o u g h t   b y   th e   d ec o u p lin g   o f   DC   v o ltag a n d   ca p ac ito r   v o ltag e.   I also   d o es   n o c o n s id er   t h d if f er e n ab ilit ies  o f   ca p ac ito r s   to   a b s o r b   an d   r elea s en er g y ,   an d   t h o b tain ed   in er tia   co n s tan t is to o   s m all.     I n   v iew  o f   th ab o v p r o b le m s ,   th is   p ap er   f ir s s tar ts   f r o m   th f r eq u e n cy   r esp o n s m o d el  o f   th e   f lex ib le  DC   tr an s m is s io n   s y s t em ,   d er iv es  th q u a n titativ an aly s is   m eth o d   o f   th in e r tia  s u p p o r ca p ac ity   o f   a   s in g le  f lex ib le  DC   co n v er ter   s tatio n ,   an d   p r o p o s es  th eq u iv alen in er tia  co n s tan HM MC  o f   th f lex i b le  DC   MM C   to   th AC   s y s tem   a s   an   an aly s is   in d icato r .   T h en ,   t h ex is tin g   v ar io u s   in er tia  s u p p o r c o n tr o ls   ar e   co m p ar ed ,   an d   th s u p p o r p o wer   s o u r ce ,   s u p p o r p er f o r m an ce ,   p ar am eter   d esig n ,   an d   o th er   asp ec ts   ar an aly ze d   to   o b tain   th e q u i v alen in er tia  co n s tan o f   th f lex ib le  DC   s y s tem   u n d er   d if f er en c o n tr o ls .   Fu r th er m o r e ,   th is   m eth o d   is   ex ten d ed   to   th m u lti - ter m in al  f lex ib le  DC   s y s tem   to   o b tain   th to tal  eq u iv alen t   in er tia  th at  ca n   b p r o v id ed   wh en   u s in g   th en er g y   o f   m u ltip le  MM C   ca p ac ito r s .   Fin ally ,   th ef f ec tiv en ess   o f   th p r o p o s ed   q u an titativ an al y s is   m eth o d   an d   t h s u p p o r ch ar ac ter is tics   o f   d if f er e n co n tr o ls   an d   d i f f er en t   n u m b er s   o f   ter m in als ar v er if ied   th r o u g h   s im u latio n .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,   J u n e   20 2 6 :   646 - 662   648   2.   Q UANTI T A T I V E   ANA L YS I S M E T H O O F   E Q U I VA L E N T   I N E R T I CO N ST A NT   O F   SI NG L E   M M C   I n   th e x is tin g   r esear ch ,   wh en   u s in g   ca p ac ito r   en er g y   to   s u p p o r th e   in er tia  o f   AC   p o wer   g r id ,   it  is   g en er ally   b eliev e d   th at  its   s u p p o r ca p ac ity   ca n   b co m p a r ed   to   th d ef in itio n   o f   th i n er tia  co n s tan o f   s y n ch r o n o u s   m o to r ,   an d   th MM C   en er g y   s to r ag e   tim c o n s tan T E ,   wh ic h   is   u s ed   t o   m ea s u r it  [ 2 1 ] .   Ho wev er ,   in   f ac t,  th e   r esp o n s m o d e   an d   s p ee d   o f   MM C   t o   s y s tem   f r eq u en cy   ar d if f er en f r o m   th o s o f   s y n ch r o n o u s   m o to r .   Un d e r   th i s   d ef in itio n ,   th i n er tia  s u p p o r ca p ac ity   o f   MM C   is   o v er ly   lim ited .   T h is   s ec tio n   will  d er iv th e   q u a n titativ ex p r ess io n   o f   MM C   in er tia  co n s tan f r o m   th e   f r eq u en cy   r esp o n s m o d el  o f   MM C   to   AC   s y s tem .   Fig u r 1   s h o ws  th s in g le  MM C   g r id - co n n ec t ed   s y s tem   s tu d ied   in   th is   p ap e r .   I n   Fig u r 1   is   th p er - u n it  v al u o f   AC   s y s tem   lo ad   d is tu r b a n ce    is   th p er - u n it  v alu o f   ac tiv o u tp u ch an g o f   s y n ch r o n o u s   m o t o r   in   p r im ar y   f r eq u en cy   m o d u latio n   p r o c ess Δ MM C   is   th p er - u n i v alu o f   s u p p o r t   p o wer   p r o v id e d   b y   MM C   wh e n   s y s tem   lo ad   is   d is tu r b ed th e   b ase  v alu es  o f   th ab o v p o w er   item s   ar all  th e   r ated   ca p ac ity   o f   s y n ch r o n o u s   m o to r   in   t h p o we r   g r id .           Fig u r 1 Sch em atic  d iag r am   o f   r ec eiv in g - en d   AC   p o wer   g r id       Fo r   r ec eiv in g - e n d   p o wer   g r id ,   its   f r eq u en cy   r esp o n s m o d el  ca n   b r e p r esen ted   b y   Fig u r 2 .   I n   Fig u r 2    is   th p er - u n it  v alu o f   f r e q u en c y   ch an g e,   an d   its   b ase  v alu is   th p o wer   f r e q u en cy   5 0   Hz ;   HSG  is   th eq u iv alen i n er tia  co n s tan o f   th s y n c h r o n o u s   m o to r is   th e   lo ad   d am p in g   r esp o n s co ef f icien t;   R SG  is   th d r o o p   co ef f icien o f   th s y n ch r o n o u s   m o to r   g o v er n o r T is   th g o v er n o r   tim co n s tan t;  FHP,   T C H,   T R ar th m ain   p ar am eter s   in   th r eh ea tu r b in e ,   r ep r esen tin g   th h ig h - p r ess u r cy lin d er   wo r k   p r o p o r tio n al  c o ef f icien t,  th e   p r im m o v er   tim co n s tan t a n d   t h r eh ea ter   tim c o n s tan t r esp ec tiv ely .           Fig u r 2 Fre q u en cy   r esp o n s m o d el   o f   AC   s y s tem       Un d er   n o r m al   co n tr o l,   th M MC  s en d s   co n s tan p o wer   to   th AC   s y s tem ,   an d    = 0   in   th e   f ig u r e.   Acc o r d in g   to   th r elatio n s h ip   in   th e   f ig u r e,   th f r eq u en cy   r esp o n s o f   th s y s tem   is :     2 SG d Δ pu d + Δ pu = Δ SG Δ L   ( 1 )     w h en   th lo ad   d is tu r b an ce   Δ L   ju s o cc u r s ,   s in ce   th f r eq u en cy   d ev iatio n   is   v er y   s m all  an d   th er is   d ea d   zo n in   th p r im a r y   f r e q u en c y   m o d u latio n   o f   th s y n c h r o n o u s   m o to r ,   Δ SG   in   ( 1 )   is   ap p r o x im ately   ze r o .   At   th is   tim e,   th s y s tem   f r eq u en cy   ch an g in   Fig u r 1   is   o n ly   af f ec ted   b y   Δ L   let  th tr an s f er   f u n ctio n   o f   th e   r eh ea t tu r b i n b G( s ) ,   a n d   th e   s y s tem   f r eq u en c y   ch a n g r ate   at  tim ze r o   ca n   b ca lcu lated   as   ( 2 ) .     d Δ pu d | 0 + =    SG ( 1 + G ) 2 SG SG ( 1 + G ) + ( ) Δ L =   Δ L 2 SG   ( 2 )     T h at  is ,   in   co n v en tio n al  c o n tr o l,  th ca lcu latio n   f o r   th s y s te m   eq u iv alen t i n er tia  co n s tan t i s   g iv en   b y   ( 3 ) .     SG = Δ L 2 d Δ d | 0 = Δ L 2 0   ( 3 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       A n a lyzi n g   th a b ilit o f c a p a ci to r   en erg in   a   mo d u la r   mu ltil ev el  co n ve r ter to     ( Du n ya   S h .   Wa is )   649   W h er 0   is   th m ax im u m   v alu o f   th f r eq u en cy   p er   u n it v al u ch an g r ate,   wh ich   ca n   also   b co n s id er ed   as  th f r eq u en cy   c h an g e   r ate  wh e n   th lo ad   d is tu r b an ce   ju s t o cc u r s .   I f   MM C   ca n   s u p p o r th in e r t ia  o f   th AC   s y s tem   d u r in g   lo ad   d is tu r b an ce ,   th f r eq u e n cy   r esp o n s m o d el  af ter   co n s id er i n g   MM C   s u p p o r ca n   b r ep r esen ted   b y   Fig u r 3   [ 2 5 ] .   I n   Fig u r e   3 HM MC  i s   th e   eq u iv alen i n er tia  co n s tan o f   MM C   to   th e   AC   s y s tem .   R ef er r in g   to   t h in e r tia  co n s tan t   ex p r ess io n   o f   th e   g en er ato r   ( 3 ) ,   HM MC  is   d ef in ed   as  h alf   o f   th s u p p o r tin g   p o wer   p r o v id ed   b y   MM C   to   th AC   s y s tem   u n d er   th u n it f r e q u en c y   ch a n g r ate .           Fig u r 3 .   Fre q u en cy   r esp o n s m o d el  o f   AC   s y s tem   with   MM C   in er tia  r esp o n s e       I n   th is   m o d el,   Δ   MM C   is   n o z er o ,   an d   its   s ize  is   d eter m in ed   b y   H MMC .   Acc o r d in g   to   Fig u r 3 ,   th e   f r eq u e n cy   r esp o n s m o d el  o f   t h f lex ib le  DC   tr an s m is s io n   s y s tem   ca n   b ex p r ess ed   as  ( 4 ) .     2 SG d Δ pu d + Δ pu = Δ SG + Δ MM C Δ L   ( 4 )     Δ MMC   is   th in er tia  s u p p o r t p o wer   p r o v id ed   b y   th c o n v er te r   s tatio n .   I ts   r esp o n s s h o u ld   b s im ilar   to   th at  o f   th s y n ch r o n o u s   m o to r   a n d   ca n   b ex p r ess ed   as   ( 5 ) .     Δ MM C = 2 MMC d Δ pu d   ( 5 )     Un d er   th s am lo a d   d is tu r b a n ce ,   th s y s tem   f r eq u en cy   c h an g r ate  at  tim ze r o   ca n   b e   ca lcu lated   as   ( 6 ) .     d Δ pu d | O =  SG ( 1 + G ) 2 ( SG + MMC ) SG ( 1 + G ) + ( ) Δ L = Δ L 2 ( SG + MMC )   ( 6 )     An alo g o u s ly   to   ( 3 ) ,   th to tal  i n er tia  co n s tan t o f   th s y s tem   c an   b ca lcu lated   as   ( 7 ) .     to t a = Δ L 2 0 = SG + MMC   ( 7 )     W h er to t a   is   th to tal   in er tia  co n s tan o f   th AC   s y s tem .   Fro m   ( 7 ) ,   we  ca n   s ee   th at  af ter   th lo ad   d is tu r b an ce   o cc u r s ,   th in er tia  co n s tan t:  tot a l     th at  th s y s tem   c an   p r o v i d co n s is ts   o f   two   p ar ts o n is   th e   in er tia  co n s tan o f   t h s y n c h r o n o u s   m o to r   its elf th o t h er   i s   th eq u i v alen in e r tia  co n s ta n p r o v id ed   b y   th e   MM C .   W h en   th in er tial  s u p p o r p o wer   Δ MMC   b o r n b y   t h MM C   is   co m p letely   p r o v i d ed   b y   t h e   s u b m o d u le  ca p ac ito r   e n er g y   s to r ag e,   th e   en er g y   r elatio n s h i p   ca n   b ex p r ess ed   as   ( 8 ) .     Δ MM C = 0 SG d Δ MMc . pu d   ( 8 )     W h er SG   is   th e   r ated   ca p ac ity   o f   th e   s y n ch r o n o u s   m o to r   in   th p o wer   g r i d Δ MMc . pu   is   th p er   u n it  v alu e   o f   th MM C   ca p ac ito r   en er g y   ch an g e;  0   is   th ca p ac ito r   en er g y   u n d er   r ated   co n d itio n s ,   wh ich   is   also   th e   ca lcu latio n   b ase  v alu o f   Δ MMc . pu .   C o m b in ( 5 )   an d   ( 8 ) ,   in teg r ate  b o th   s id es  o f   th eq u atio n ,   an d   ass u m th at  th in itial  v al u o f   ea ch   p h y s ical  q u an tity   at  tim e   ze r o   is   eq u al  to   its   r ated   v alu e,   an d   we  ca n   g et   ( 9 ) .     0 SG Δ MMC . pu = 2 MMc Δ pu   ( 9 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,   J u n e   20 2 6 :   646 - 662   650   T h er ef o r e ,   th e q u iv alen t in e r t ia  co n s tan t o f   MM C   is   ex p r ess ed   as   ( 1 0 ) .     M MC = 0 2 sG Δ MMC . pu Δ pu   ( 1 0 )     T h ca p ac ito r   en e r g y   0   at  th r ated   s tate  o f   MM C   is   ex p r ess ed   b y   th e n er g y   s to r ag e   tim co n s tan T   E , MMC   [ 1 7 ]   a n d   s u b s titu ted   in t o   ( 1 0 )   t o   o b tain :     M MC = E , MMC 2 MMC SG Δ MMC , pu Δ pu   ( 1 1 )     W h er MMC   is   th r ated   ca p ac ity   o f   th f lex ib le  DC   co n v er ter   s tatio n .   I ca n   b s ee n   f r o m   ( 1 1 )   th at   th eq u iv alen in e r tia  co n s tan o f   MM C   f o r   AC   s y s tem   is   n o o n ly   r elate d   to   T E, MMC ,   b u also   a f f ec ted   b y   th ca p ac ity   p r o p o r tio n   o f   MM C   in   AC   s y s te m   an d   th r atio   o f   ca p ac ito r   en er g y   to   f r eq u en c y   ch an g ( e n er g y - f r e q u en c y   r atio ) .   T h ca p ac ity   p r o p o r tio n   r ef lects  th ac tu al   ef f ec o f   th ch a r g in g   an d   d is ch ar g in g   p r o ce s s   o f   th e   ca p ac ito r   o n   th AC   s y s tem ,   an d   th en er g y - f r e q u en c y   r atio   is   r elate d   t o   th e   co n tr o s tr ateg y   o f   th MM C   co n v er t er   s tatio n ,   wh ich   will  b e   d is cu s s ed   in   d etail  later .   T h MM C   eq u iv alen in er tia   co n s tan MM C   o b tain ed   b y   co n s id er in g   v a r io u s   f ac to r s   s u ch   as  ca p ac ity   p r o p o r tio n   an d   co n tr o s tr ateg y   ca n   b etter   r ef lect  th ac tu al   in er tia  s u p p o r ca p ac ity   o f   th co n v er ter   s tatio n   f o r   th AC   s y s tem   th an   T E , MMC .     2 . 1 .         Ana ly s is   o f   inert ia   s up po rt   ca pa cit y   o f   M M s y s t e m   un der  diff er ent   co ntr o l   2 . 1 . 1 .   Su dd en  increa s in AC   s y s t em   lo a d   As  m en tio n ed   in   s ec tio n   2 ,   th eq u iv alen in er tia  co n s tan HM MC  o f   MM C   i s   af f ec ted   b y   th en er g y - f r eq u e n cy   r atio ,   wh ich   is   d et er m in ed   b y   t h co n tr o s tr ate g y   o f   MM C .   T h is   p ap er   will  d is cu s s   th en er g y - f r eq u e n cy   r atio   u n d e r   d if f e r en co n tr o s tr ateg ies  in   d etail  an d   an aly ze   th e q u iv alen i n er ti co n s tan HM MC   o f   d if f er en t   co n tr o ls .   Fig u r e   4   s h o ws  th s ch em atic  d iag r a m   o f   VSG  co n tr o l   [ 1 4 ] ,   wh ic h   is   o n e   o f   th m o s co m m o n   in er tia  s u p p o r t c o n tr o ls .   I ts   co n tr o l p r in cip le  ca n   b ex p r ess ed   as   ( 1 2 ) .     0 r ef = 2 ct r l d pu d + Δ pu   ( 1 2 )     W h er e:  0   is   th e   r ated   p o wer   o f   th AC   s id e;   r ef   is   th ac tu al   o u tp u p er   u n it   v alu e   o f   th e   AC   s id e,   an d   its   b ase  v alu is   th r ated   ca p ac ity   o f   th e   MM C ct r l   is   th in er tia  co n s tan t in   th co n tr o l.   Fro m   ( 1 2 ) ,   it  ca n   b s ee n   th a th co n tr o p r in cip le   is   v er y   s im ilar   to   th s y n ch r o n o u s   m o to r   r o to r   m o tio n   eq u atio n .   Du t o   th ad d itio n   o f   th d am p in g   lin k   D,   th co n tr o ca n   n o o n ly   s u p p o r th s y s tem   in er tia,   b u t   also   r aise  t h lo we s f r eq u en c y   p o in t   an d   th s te ad y - s tate  v alu e   af ter   f lu ctu ati o n ,   a n d   h as  a   s tr o n g   s u p p o r tin g   ca p ac ity .   Ho wev er ,   VSG  co n tr o f ails   to   in d icate   th s o u r ce   o f   th s u p p o r tin g   p o wer .   T ak in g   th e   r ec eiv in g - e n d   s u p p o r as  an   e x am p le,   th liter atu r es  C ar d o zo   et  a l.   an d   Ma   et  a l .   [ 2 7 ] ,   [ 2 8 ] .   p o in o u th at  u n d er   th is   co n tr o l,   th s u p p o r tin g   p o wer   p r o v id ed   b y   th e   MM C   m o s tly   co m es  f r o m   th s en d in g - en d   AC   s y s tem ,   r ath er   th a n   th e   MM C 's  o wn   ca p ac ito r   en e r g y   s to r ag e,   s o   th e   in er tial  s u p p o r tin g   ca p ac ity   o f   th e   MM C   ca n n o t b q u an titativ ely   d eter m in ed .   At   th s am e   tim e,   VS co n tr o l   will  ca u s th e   s en d i n g - en d   AC   s y s tem   to   f lu ctu ate  in   f r eq u e n cy   d u t o   ch an g es  in   th s y n ch r o n o u s   m o to r   o u tp u t,  th er e b y   af f e ctin g   th o p er atin g   s tab ilit y   o f   th s en d in g - en d   p o wer   g r id .   T o   o v er c o m th ab o v p r o b l em s ,   Fig u r e s   5   an d   6   s h o t wo   co n tr o s tr ateg ies  th at  ca n   u s MM C   ca p ac ito r   en er g y   to   s u p p o r th p o wer   g r id .   Un d er   th ese  s tr ateg ies,  th lo ad   d is tu r b an ce   o f   th r ec eiv in g - en d   p o wer   g r id   will  n o t   af f ec t   th f r eq u e n cy   s tab ilit y   o f   th s en d in g - en d   p o wer   g r id ,   an d   th e   s u p p o r p o ten tial  o f   MM C   its e lf   ca n   b b r o u g h t in t o   p lay .           Fig u r 4 Sch em atic  d iag r am   o f   VSG  co n tr o l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       A n a lyzi n g   th a b ilit o f c a p a ci to r   en erg in   a   mo d u la r   mu ltil ev el  co n ve r ter to     ( Du n ya   S h .   Wa is )   651       Fig u r 5 Sch em atic  d iag r am   o f   I NE C   s tr ateg y             Fig u r 6 Fo u r - d im e n s io n al  co n tr o l o f   MM C       Fig u r 5   s h o ws  an   MM C   in er tia  em u latio n   co n tr o ( I NE C )   p r o p o s ed   in   th Z h u   et  a l.   [ 1 8 ] .   I ts   p r in cip le  is   to   ad d   ad d itio n al  c o n tr o o f   DC   v o ltag o n   th e   b asis   o f   d o u b le  cl o s ed - lo o p   v ec to r   co n tr o l,  an d   u s e   th co u p lin g   c h ar ac ter is tics   o f   DC   v o ltag an d   ca p ac ito r   v o ltag to   r elea s e/ab s o r b   c ap ac ito r   en er g y   b y   ch an g in g   DC   v o ltag e,   th er e b y   s im u latin g   th in er tia  lin k   o f   th s y n ch r o n o u s   m o to r .   Acc o r d in g   t o   Fig u r 5 ,   we  ca n   g et   ( 1 3 ) .     dc , pu = dc , p uv 2 + fv Δ pu   ( 1 3 )     W h er dc , pu   is   th e   p er   u n it   v alu e   o f   th DC   v o ltag o f   th c o n v e r ter   s tatio n u n d er   r ated   co n d i tio n s ,   an d   its   v alu is   1 fv   is   th d r o o p   c o n tr o l g ain .   C o n s id er in g   th at   in   t h p e r - u n it  s y s tem ,   th MM C   en er g y   Δ MMC . pu   is   th s q u a r o f   t h DC   v o lta g dc , pu ,   th r elatio n s h ip   b etwe en   en er g y   an d   f r eq u en c y   ch an g wh e n   th I NE C   s tr ateg y   is   ad o p ted   is :     Δ MMC , pu = dc , pu 2 dc , pu 0 2 = fv Δ pu   ( 1 4 )     f r o m   ( 1 4 ) ,   we  ca n   s ee   th at  th en er g y   f r e q u en c y   r atio   u n d e r   th I NE C   s tr ateg y   is   th d r o o p   co e f f icien fv Su b s titu tin g   ( 1 4 )   in to   ( 1 1 ) ,   we  ca n   g et  th i n er tia  co n s tan t u n d er   th I NE C   s tr ateg y   as g iv e n   b y   ( 1 5 ) .     M MC = E , MMC 2 MMC SG fv   ( 1 5 )     T h s elec tio n   o f   d r o o p   co n tr o l   g ain   fv   is   d eter m in ed   b y   th s y s tem   DC   v o ltag lim it  p er   u n it  v alu e   dc , pu   l i m   an d   t h AC   s y s tem   f r eq u en cy   d ev iatio n   lim it  p e r   u n it  v alu Δ pu  ,   wh ich   ca n   b e x p r ess ed     as   ( 1 6 ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,   J u n e   20 2 6 :   646 - 662   652   fv = dc , pu ,   l im   2 dc , pu 0 2 Δ pu , l im   ( 1 6 )     Acc o r d in g   to   Z h an g   et  a l.   [ 2 4 ] ,   th f r eq u e n cy   d e v iatio n   lim it  is   g en er ally   co n s id er ed   to   b ± 0 . 5   Hz,   th at  is ,   0 . 0 1   p . u .   Acc o r d in g   t o   J o v cic   [ 2 9 ] ,   th DC   v o ltag e   o f   th co n v er te r   s tatio n   ca n   b o p er ated   to   Ma c   dc   at  th lo west,  wh er e   Ma is   t h AC   m o d u latio n   r atio ,   an d   its   v alu is   g en er ally   0 . 8 5 ~0 . 9 5 ,   a n d   dc   is   th r ated   DC   v o ltag e ,   th at  is ,   th DC   v o ltag ca n   b as  lo w   as  0 . 8 5   p . u .   T h e   u p p er   lim it  o f   th DC   v o ltag e   o p er atio n   g en er ally   d o es  n o t   ex ce ed   1 . 1 0   p . u .   [ 3 0 ] .   T h er ef o r e,   th DC   v o ltag d e v iatio n   lim it  dc , pu   l i m [ 0 . 8 5 ,   1 . 1 0 ]   p . u .   Fro m   ( 1 5 )   an d   ( 1 6 ) ,   it  ca n   b s ee n   th at  t h DC /cap ac ito r   v o ltag e   d ev iatio n   lim it  o f   t h d u al   clo s ed - lo o p   v ec to r   co n t r o d e ter m in es  th g ai n   co e f f icien fv   o f   t h I NE C   s tr ateg y ,   an d   it s   v alu d ir ec tly   af f ec ts   th eq u iv ale n in er tia  co n s tan o f   t h f lex ib le   DC   MM C .   Ass u m in g   th en er g y   s to r ag tim co n s tan t   T E, MMC  is   4 0   m s ,   tak in g   an   AC   s y s tem   co n s is t in g   o f   a   1 0 0 0   MW/±5 0 0   k MM C   an d   2 0 0 0   MW   s y n ch r o n o u s   m o to r   as  an   ex a m p le,   s u b s titu tin g   th e   p ar am et er s   in to   ( 1 5 )   a n d   ( 1 6 ) ,   it   ca n   b ca lcu lated   th at  th e   in er tia  co n s tan HM MC  th at  t h I NE C   s tr ateg y   ca n   p r o v id e   is   0 . 2 8   s   an d   0 . 2 1   s   r esp ec ti v ely   wh en   th lo ad   s u d d en ly   in c r ea s es/d ec r ea s es.   Fig u r 6   s h o ws  th MM C   f o u r - d im en s io n al  co n t r o s ch em e   p r o p o s ed   in   Z h an g   et  a l.   [ 2 4 ] .   T h DC   m o d u latio n   r atio   M dc   en ab les   th co n tr o to   co n tr o th DC   v o ltag an d   AC   v o ltag s ep ar ately ,   wh ile  th im p r o v e d   n ea r est  lev el  m o d u l atio n   s tr ateg y   u s es  th v ar iab le  ca p ac ito r   v o ltag _   to   r ep lace   th ca p ac ito r   v o ltag r atin g   u n d e r   th e   tr ad it io n al  s ch em e,   s o   th at   th DC   lin v o ltag e   an d   th e   s u b m o d u l ca p ac ito r   v o ltag e   ar m ath em atica lly   d ec o u p led .   At  th s am tim e,   b y   u s in g   th f r eq u en cy - ca p ac itan ce   e n er g y   ( f - W )   d r o o p   c o n tr o l   in   th e   r ed   d ash ed   b o x   o f   Fig u r 6 ,   th s u b m o d u le  ca p ac itan ce   en e r g y   c an   b ch an g ed   p r o p o r tio n ally   with   th f r eq u e n cy   f lu ctu atio n ,   s o   th at  it  h as  an   i n er tia  s u p p o r ca p ac ity   s im ilar   to   th at  o f   s y n ch r o n o u s   m o t o r .   T h e r ef o r e ,   wh en   th f - W   d r o o p   co n tr o s tr ateg y   is   ad o p ted ,   th in er tia  co n s tan th at  th MM C   en er g y   ca n   p r o v id ca n   b e   ex p r ess ed   as   ( 1 7 ) .     M MC = E , MMC 2 MMC SG fw   ( 1 7 )     W h er fw   is   th d r o o p   c o ef f ici en in   c o n tr o l,   th at  is ,   t h en er g y - f r eq u e n cy   r atio .   T h s el ec tio n   o f   fw   is   d eter m in ed   b y   th e   MM C   ca p ac ito r   e n er g y   u tili za tio n   lim it  p er   u n it   v alu e   pu   l i m   an d   th e   AC   s y s tem   f r eq u e n cy   d e v iatio n   lim it p er   u n it v alu Δ pu , l i m   wh ich   ca n   b ex p r e s s ed   as   ( 1 8 ) .     fw = pu , l im pu 0 Δ pu , l im   ( 1 8 )     W h er e:  pu 0   is   th p er   u n it v alu o f   th ca p ac itan ce   en er g y   o f   th e   MM C   u n d er   r ated   co n d itio n s ,   an d   its   v alu is   1 .   Acc o r d in g   to   t h Z h an g   e a l.   [ 2 4 ] ,   th e   v ar iatio n   r a n g e   o f   th e   ca p ac ito r   v o ltag e   p e r   u n i v alu u n d e r   f o u r - d im en s io n al  co n tr o is    ,  ,   [ 0 . 7 6 8 ,   1 . 5 0 0 ]   p . u . ,   th at  is ,   th v ar iatio n   r an g e   o f   th ca p ac ito r   e n er g y   is   pu   l i m   [ 0 . 5 9 ,   2 . 2 5 ]   p . u .   Fro m   ( 1 7 )   an d   ( 1 8 ) ,   it  ca n   b s ee n   th at   th ca p ac ito r   v o ltag e/en er g y   d ev iatio n   lim it  o f   th MM C   f o u r - d im en s io n al   co n tr o d eter m in es  th d r o o p   co ef f icien fw   o f   th f - W   d r o o p   co n tr o l,  a n d   its   v alu d ir ec tly   af f ec ts   th eq u i v alen in er tia  co n s tan o f   th f lex ib le  DC   MM C .   Usi n g   th s am test   s y s tem   as   th I NE C   s tr ateg y ,   it  ca n   b ca lcu lated   th at  th in er tia  co n s tan H MMC   p r o v id ed   b y   th MM C   en er g y   wh en   th e   f - W   d r o o p   co n tr o l is ad o p te d   i s   0 . 4 1   s   an d   1 . 2 5   s   r esp ec tiv el y   wh en   th l o ad   in c r ea s es/d ec r ea s es su d d en ly .   B ased   o n   th ab o v d is cu s s i o n ,   th e   eq u iv ale n in er tia  co n s tan o f   th f lex ib le  DC   tr a n s m is s io n   s y s tem   is   co m p ar ed   b etwe en   th f - W   d r o o p   c o n tr o u s in g   f o u r - d im en s io n al  c o n tr o a n d   th I NE C   s tr ateg y   u s in g   d o u b le  clo s ed - l o o p   v ec t o r   co n tr o wh e n   th lo a d   in cr e ases /d ec r ea s es  s u d d en ly ,   as  s h o wn   in   T a b le  1 .   I t   ca n   b s ee n   f r o m   T a b le  1   th at  f o r   th s am s y s tem   wo r k in g   co n d itio n ,   co m p ar ed   with   th I NE C   s tr ateg y ,   u n d er   th f - W   d r o o p   co n tr o b ased   o n   f o u r - d im en s io n al  co n t r o l,  th eq u iv alen in er tia  co n s tan o f   MM C   is   lar g er   an d   th in er tia  s u p p o r t c ap ac ity   is   s tr o n g er .       T ab le  1.   C o m p a r is o n   o f   MM C   eq u iv alen t in e r tia  co n s tan ts   u n d er   d i f f er en t c o n tr o l stra teg ie s   C o n t r o l   st r a t e g y   H mm / s   Lo a d   i n c r e a si n g   Lo a d   r e d u c t i o n   I N EC   0 . 2 8   0 . 2 1   f - W   d r o o p   c o n t r o l   0 . 4 1   1 . 2 5   C o n t r o l   st r a t e g y   H mm / s       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       A n a lyzi n g   th a b ilit o f c a p a ci to r   en erg in   a   mo d u la r   mu ltil ev el  co n ve r ter to     ( Du n ya   S h .   Wa is )   653   2 . 2 .     Co m pa ra t iv a na ly s is   o f   equiv a lent   inert ia   co ns t a nt  a nd   ex is t ing   ind ica t o rs   I n   o r d er   to   q u an titativ ely   a n a ly ze   th MM C ' s   ab ilit y   to   s u p p o r g r id   in er tia,   e x is tin g   s tu d ies  h av e   p r o p o s ed   v ar iety   o f   in er tia  q u an tific atio n   in d icato r s .   T h is   s ec tio n   co m p ar es  th e   p r o p o s e d   MM C   eq u iv ale n t   in er tia  co n s tan with   ex is tin g   s tu d ies  to   v er if y   th e   ad v an tag es  an d   c o m p leten ess   o f   th e   in d icato r s   p r o p o s ed   in   th is   p ap er .   Yan g   et  a l [ 2 5 ]   d ef in es  an   MM C   in er tia  co n s ta n th at  tak es  in to   ac co u n th p r o p o r tio n   o f   n e w   en er g y   p en etr atio n .   Ass u m th at  th r o t o r   k in etic  en er g y   o f   th e   s y n ch r o n o u s   m o t o r   i s   0 . 5   2 ,   an d   t h e   ca p ac ito r   en er g y   s to r ag e   in   t h MM C   is   0 . 5   2 ,   wh er   is   th m o m en o f   in er tia,     is   th s p ee d   o f   th s y n ch r o n o u s   m o to r ,   an d   C   is   t h s ize  o f   th MM C   ca p ac ito r .   Yan g   et  a l [ 2 5 ]   eq u ates  th two   an d   m ak es  th e   ca p ac ito r   v o ltag   ch a n g p r o p o r tio n ally   with   t h s p ee d   o f   th e   s y n ch r o n o u s   m o t o r   ( g r id   f r e q u en c y )   to   s im u late  th in er tia  r esp o n s o f   th s y n ch r o n o u s   m o to r .   Ass u m th at  th s y s tem   allo ws  m ax im u m   f r eq u e n cy   d e v iatio n   lim it  Δ l i m   = ,   an d   th m ax im u m   ca p ac ito r   v o ltag d e v iatio n   Δ C   l i m   s atis f ie s   Δ C   l i m with   th r ated   ca p ac ito r   v o lt ag Δ C   l i m   C0 ,   wh er   an d     ar co r r esp o n d in g   p r o p o r tio n al   co ef f icien ts .   T h en   th MM C   ca p ac ito r   v o ltag c h an g c o m m an d   v alu Δ C   an d   th f r eq u e n c y   d ev iatio n   Δ   s h o u ld   s atis f y .     Δ C = C 0 Δ   ( 1 9 )     Def in th e   to tal  g r id   ca p ac ity   G r i d = MMC + SG ,   th en   th e   MM C   in er tia  c o n s tan H MMC1   d ef in e d   i n   th e   Z h u   et  a l.   [ 1 8 ]   is   g iv en   b y   ( 2 0 ) .      1 =                 ( 2 0 )     Fro m   Sectio n   2 . 1 . 1 ,   we  k n o th at  th f r eq u e n cy   d e v iatio n   lim it  is   0 . 0 1   p . u . ,   t h at  is ,     0 . 0 1 .   W h en   MM C   ad o p ts   f o u r - d im e n s io n al  co n tr o l,  th p er - u n it  v alu v ar iatio n   r an g o f   ca p ac ito r   v o ltag e   .  ,         [ 0 . 7 6 8 ,   1 . 5 0 0 ]   p . u . ,   th at  is ,     is   0 . 2 3 2   an d   0 . 5 0 0 ,   r esp ec tiv el y ,   wh en   th lo a d   in cr ea s es/d e cr ea s es  s u d d en ly .   T ak in g   th f lex ib le  DC   tr an s m is s io n   s y s tem   p ar am eter s   d e s cr ib ed   in   Sectio n   2 . 1 . 1   as  an   ex am p le,   th MM C   in er tia  co n s tan t   H MMC1   u n d er   t h is   d ef in itio n   ca n   b e   ca lcu late d   to   b e   0 . 3 1   s   an d   0 . 6 7   s ,   r esp ec tiv ely ,   wh e n   th e   lo ad   in cr ea s es/d ec r ea s es su d d en ly .   Fro m   th ab o v an aly s is ,   it  ca n   b s ee n   th at  th H MMC1   d e f in ed   in   th Z h an g   a a l .   [ 2 3 ]   u n d er   t h s am co n tr o is   s m aller   th an   th f lex ib le  DC   eq u iv alen in er tia  co n s tan d ef in ed   in   th i s   p ap er .   T h m ain   r ea s o n s   ar as f o llo ws:   i)   T h p o wer   b ase  v alu e   s elec ted   in   th ca lc u latio n   o f   Ya n g   et  a l .   [ 2 5 ]   is   G r i d Sin g h   et  a l.   [ 8 ]   p o in ts   o u t   th at  wh en   th e   ac ce s s   o f   n ew   en er g y   s o u r ce s   in cr ea s es,  if   t h n u m b er   o f   s y n ch r o n o u s   m o to r s   in   th e   g r id   r em ain s   u n ch a n g ed   an d   t h k in etic  en er g y   r em ain s   u n ch an g ed ,   th r ate  o f   c h an g o f   s y s tem   f r eq u en c y   u n d er   th e   s am d is tu r b an ce   p o wer   r em ain s   u n c h an g e d .   T h er is   n o   eq u iv ale n r elatio n s h ip   b etwe en   th e   in er tia  co n s tan ca lcu lated   b y   t h ab o v m eth o d   an d   th e   s y s tem   f r eq u en cy .   T h is   p ap e r   u s es  th ca p ac ity   o f   th s y n ch r o n o u s   m o to r   o f   th e   g r id   SG   as  th b ase  v alu e   f o r   p o wer   ca lcu latio n ,   wh ich   ca n   b et ter   r ef lect   th e   ac tu al  im p ac t o f   ca p ac ito r   en e r g y   o n   th AC   s y s tem .   ii)   I n   Z h u   et  a l.   [ 1 8 ] ,   th ca p ac it o r   v o ltag C     is   p r o p o r tio n al  to   t h s y s tem   f r eq u en cy ,   wh ich   is   in co n s is ten t   with   th p h y s ical  m ea n in g   o f   th in er tia  co n s tan t.  T h MM C   in er tia  co n s tan is   d ef in e d   as  h alf   o f   th e   p o wer   s u p p o r ted   b y   th MM C   f o r   th AC   s y s tem   u n d er   th u n it  f r eq u e n cy   ch an g r ate,   th at  is ,   th s y s tem   f r eq u e n cy   s h o u ld   b p r o p o r tio n al  to   th ca p ac ito r   en er g y .   Kim   et  a l.   [ 2 6 ]   co m p ar e d   th MM C   ca p ac ito r   en er g y   s to r ag to   th k in etic  en er g y   o f   th e   s y n ch r o n o u s   m o to r   r o to r   an d   p r o p o s ed   th f lex ib le  DC   in er tia  co n s tan HM M C 2 .   Ass u m i n g   th r ated   s p ee d   o f   th s y n c h r o n o u s   m o t o r   is   ,   its   r o to r   k in etic  en e r g y     ca n   b ex p r ess ed   as   ( 2 1 ) .     = 0 . 5 2   ( 2 1 )     Ass u m in g   th m ax im u m   allo wab le  s p ee d   ( f r e q u en c y )   d ev iatio n   is   ,   wh en   lo a d   d is tu r b an ce   o cc u r s ,   th en er g y   lim it  ,   in jecte d   b y   th s y n ch r o n o u s   m o t o r   to   s u p p o r th AC   p o wer   g r id   ca n   b e   ex p r ess ed   as   ( 2 2 ) .     , = ( 2  2 ) 2 = ( 1  . 2 ) 2 2 =     ( 2 2 )     W h er e     is   th r atio   b etwe en   th k in etic  e n er g y   ch a n g lim it   an d   th r ated   k in etic  en er g y .   Kim   et  a l.   [ 2 6 ]   co m b in ed   th DC   v o lta g d e v iatio n   lim it  an d   t h th ir d   h a r m o n ic  in jectio n   ef f ec t o   o b tain   th at  th b r id g a r m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,   J u n e   20 2 6 :   646 - 662   654   ca n   b p u in to   u s u p   to   1 . 2 6 5   s u b m o d u les,  wh er is   th n u m b er   o f   s u b m o d u les  p u t   in to   u s u n d e r   th e   r ated   s tate  o f   th MM C .   T h en   th ca p ac itan ce   en e r g y   c h an g e   lim it  Δ     ca n   b ca lcu lated   as   ( 2 3 ) .     Δ   = ( 1 1 1 . 265 2 ) 0 . 375     ( 2 3 )     C o m b in in g   ( 2 2 )   a n d   ( 2 3 ) ,   let   th MM C   ca p ac ito r   en er g y   ch an g lim it  Δ     b e   eq u al   to   th a n a lo g   s y n ch r o n o u s   m o to r   r o to r   k in e tic  en er g y   ch an g lim it  Δ , ,   an d   th f lex i b le  DC   in er tia  co n s tan H MMC2   d ef in ed   in   Z h u   et  a l.   [ 1 9 ]   is   o b tain ed   as   ( 2 4 ) .      2 = 0 . 375                    ( 2 4 )     T ak in g   th e   ab o v e - m en tio n ed   f lex ib le  DC   tr an s m is s io n   s y s tem   p ar am eter s   as  an   ex a m p le,   th e   HM MC2   d ef in ed   in   th liter atu r ca n   b ca lcu lated   to   b 0 . 3 7 5   s   wh en   th lo ad   s u d d e n ly   in cr ea s es.  Similar ly ,   HM MC2   u n d er   th l o ad   s u d d en ly   d ec r ea s co n d itio n   is   also   0 . 3 7 5   s ,   b o th   o f   w h ich   a r s m aller   th an   th e   eq u iv alen in e r tia  co n s tan o f   th f lex ib le  DC   u n d er   t h f o u r - d im en s io n al  c o n tr o p r o p o s e d   in   th is   p a p er .   T h e   m ain   r ea s o n   is   th at  Kim   et  a l.   [ 2 6 ]   d i d   n o f u lly   an aly ze   t h e   en er g y   u tili za tio n   lim it  o f   th e   MM C   s u b m o d u le  ca p ac ito r   af ter   th DC   v o ltag e   an d   ca p ac ito r   v o ltag wer d ec o u p led ,   a n d   d id   n o co n s id e r   th ch an g es  in   th e   in er tia  s u p p o r t c a p ac ity   ca u s e d   b y   th d if f e r en t e n e r g y   a b s o r p tio n   an d   r elea s r an g es o f   th ca p ac ito r .   T h in er tia  c o n s tan ts   d ef in e d   in   Z h u   et  a l.   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ]   an d   th MM C   eq u iv alen t   in er tia   co n s tan ts   p r o p o s ed   in   th is   p ap er   ar co m p ar ed ,   as  s h o wn   in   T ab le  2 .   Fro m   th ab o v d is cu s s io n ,   it  ca n   b s ee n   th at  th f lex ib le  DC   eq u iv alen in er tia   co n s tan HM MC  p r o p o s ed   in   th is   p ap er   n o o n l y   co n s id er s   th ac tu al  ef f ec o f   ca p ac ito r   en er g y   s to r ag o n   th AC   s y s tem ,   b u also   co v er s   th d if f er en ce s   in   en e r g y   u tili za tio n   r an g u n d er   d if f er en c o n tr o an d   d if f er en lo ad   d is tu r b an ce   c o n d itio n s ,   an d   ca n   ac c u r ately   q u an tify   th in er tia  s u p p o r t   ca p ac ity   o f   MM C .       T ab le  2 .   C o m p a r is o n   o f   HM MC ,   HM MC1   [ 1 8 ] ,   an d   HM MC2   [ 1 9 ]   W o r k i n g   c o n d i t i o n s   H M M C / s   p r o p o s e d   H M M C 1 / s   H M M C 2 / s   Lo a d   s u r g e   0 . 4 1   0 . 3 1   0 . 3 7 5   Lo a d   r e d u c t i o n   1 . 2 5   0 . 6 7   0 . 3 7 5       3.   ANALY SI S O F   T H E   I N E R T I S UP P O RT   CAP A B I L I T O F   M U L T I - T E RM I NA L   M M F O RE C E I V I NG   E ND   As  ca n   b s ee n   f r o m   s ec tio n   2 ,   MM C   f o u r - d im en s io n al  co n tr o ca n   m ax im ize  th u s o f   s u b - m o d u l e   ca p ac ito r   en er g y   to   p r o v i d i n er tia  s u p p o r f o r   th AC   s y s tem   with o u af f ec tin g   th p o w er   s tab ilit y   o f   o th er   AC   s y s tem s .   T h is   ch ap ter   will   tak f o u r - d im en s io n al  co n tr o l   as  an   ex am p le  to   d is cu s s   th in er tia  s u p p o r law   o f   th m u lti - ter m in al  m o d u lar   m u lti - lev el  d ir ec t c u r r en t ( M MC - MT DC )   s y s tem .   I n   s ec tio n   1   an d   2 ,   th in er tia  s u p p o r ca p ac ity   o f   s in g le  MM C   co n v er ter   s tatio n   f o r   th AC   s y s tem   was  ca lcu lated .   Fo r   two - ter m in al  s y s tem ,   if   th ca p ac it o r   en er g y   in   two   MM C s   ca n   b e   u s ed   to   s u p p o r t h e   r ec eiv in g - e n d   g r i d   at  th s am tim e,   it  ca n   b s ee n   f r o m   ( 1 1 )   th at  its   s u p p o r ca p ac ity   is   o b v io u s ly   twice  th at   o f   s in g le  co n v er ter   s tatio n .   T h r esear ch   o b ject  is   ex ten d ed   to   th th r ee - ter m in al   MM C - MT DC   s y s tem .   T ak th s y s tem   with   o n tr an s m is s io n   an d   two   r ec ep tio n s   s h o wn   in   Fig u r 7   as  an   ex am p le  f o r   d is cu s s io n .   I n   th f ig u r e:  th e   tr an s m is s io n   en d   MM C 1   is   2 0 0 0   MW,  th r ec ep tio n   en d   M MC2   an d   MM C 3   ar 1 0 0 0   M W   r esp ec tiv ely ,   an d   all  MM C s   h av th s am en er g y   s to r ag tim c o n s tan t,  wh ich   is   T E ,   MM C =4 0   m s .   I n   th AC   s y s tem   co n n ec ted   to   MM C 2 ,   th s y n c h r o n o u s   m o to r   ca p ac it y   S G 2   is   2 0 0 0   MW.  T h in er tia  s u p p o r t la o f   th m u lti - ter m in al  s y s tem   f o r   th AC   s y s tem   co n n ec ted   to   t h r ec ep tio n   en d   MM C 2   is   d is cu s s ed .   W h en   o n ly   th d ir ec tly   co n n e cted   MM C 2   s u p p o r ts   th s y s tem   f r eq u e n cy ,   its   s u p p o r tin g   ca p ac ity   is   th s am as  th at   o f   th e   s in g l 1 0 0 0   MW  MM C   in   s ec tio n   2 .   As  s h o wn   in   T a b le  1 ,   th e   eq u iv ale n in er tia   co n s tan o f   th s in g le  MM C   co n v er ter   s tatio n   is   0 . 4 1   s   an d   1 . 2 5   s   r esp ec tiv ely   wh en   th lo a d   in cr ea s es/d ec r ea s es.   C o n s id er in g   th at  MM C 3   also   p ar ticip at es  in   th s u p p o r t,  a n d   ass u m i n g   th at  MM C 3   a n d   MM C 2   h av t h s am e   en er g y - f r eq u en cy   r atio   fw ,   th e   to tal  en er g y   o f   th e   ca p ac ito r s   p ar t icip atin g   in   th e   f r eq u e n cy   s u p p o r t   in   t h s y s tem   b ec o m es  twice  th at  o f   th e   s in g le  MM C   s u p p o r t,  an d   th eq u iv ale n in er ti a   co n s tan o f   th e   s y s tem   also   b ec o m es  twice  th at   o f   th e   s in g le  MM C   s u p p o r t.   T h er e f o r e,   wh e n   th e   lo ad   in cr ea s es/d ec r ea s es  s u d d en ly ,   th eq u iv ale n in er tia   co n s tan t   HM MC  o f   th e   f lex ib le   DC   tr an s m is s io n   s y s tem   is   0 . 8 2   s   an d   2 . 5 0   s ,   r esp ec tiv e ly .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       A n a lyzi n g   th a b ilit o f c a p a ci to r   en erg in   a   mo d u la r   mu ltil ev el  co n ve r ter to     ( Du n ya   S h .   Wa is )   655       Fig u r 7 .   Sch em atic  d iag r am   o f   th r ee - ter m in al  MM C   s y s tem       I f   th ca p ac itiv en er g y   o f   th 2 0 0 0   MW M MC1   at  th s en d in g   en d   ca n   also   r esp o n d   t o   th e   in er tia  o f   th AC   s y s tem   co n n ec ted   to   th r ec eiv in g   en d   MM C 2 ,   th s u p p o r ca p ac ity   o f   th s y s tem   will  b f u r th er   im p r o v e d .   Ass u m in g   th at   MM C 1   h as  th s am en er g y   f r eq u en cy   r atio   fw   as  o th er   MM C s ,   s i n ce   th ca p ac it y   o f   MM C 1   is   twice  th at  o f   MM C 2 ,   th eq u iv alen in e r tia  co n s tan p r o v id ed   b y   MM C 1   is   twice  th at  o f   MM C 2 ,   th at  is ,   th in e r tia  co n s tan p r o v id e d   wh e n   th e   lo ad   in cr ea s es/d ec r ea s es  s u d d en ly   is   0 . 8 2   s   an d   2 . 5 0   r esp ec tiv ely .   C o n s id er in g   th ca p ac itiv en er g y   o f   all  MM C s   in   th f lex ib le  DC   s y s tem ,   th o v er all  HM MC  o f   th s y s tem   is   1 . 6 4   s   an d   5 . 0 0   s   r esp ec tiv ely .   I n   s u m m ar y ,   f o r   an   MM C - MT DC   s y s te m ,   if   th ca p ac ito r   en er g y   o f   all  c o n v e r ter   s tatio n s   ca n   b u s ed   f o r   th in er tia  s u p p o r o f   t h r ec eiv i n g   s y s tem   at  th s am tim e,   u n d er   th s am en er g y   s to r ag tim co n s tan T E, MMC  an d   en er g y   f r e q u en c y   r atio   fw ,   th in er tia  s u p p o r t   ca p ac ity   o f   th MM C - MT DC   s y s tem   is   d eter m in ed   b y   th to tal  ca p ac ity   o f   th s y s tem .   T h eq u iv alen in er tia   co n s tan t H MM C ,   to t o f   th M MC - MT DC   s y s tem   ca n   b ex p r ess ed   as   ( 2 5 ) .     M MC , tot = E . MMC , tot   MMC , t o t GD , d    ,     ( 2 5 )     W h er MMC , tot   is   th r ated   ca p ac ity   o f   th MM C - MT DC   s y s tem   an d   SG , d   is   th r ated   ca p ac ity   o f   th e   s y n ch r o n o u s   m o t o r   o f   th AC   s y s tem   with   lo ad   d is tu r b an ce .   W h en   th t h r ee - ter m i n al  M MC - MT DC   s y s tem   ad o p ts   th I NE C   s tr ateg y ,   d u e   to   t h co u p lin g   r elatio n s h ip   b etwe en   th DC   v o ltag an d   th ca p ac ito r   v o ltag e,   th ch an g o f   th DC   v o ltag will  af f ec th th r ee   co n v er ter   s tatio n   ca p ac ito r s   to   r elea s e/ab s o r b   e n er g y   to   s u p p o r th AC   g r id   o n   t h d is tu r b an ce   s id e.   Acc o r d in g   to   t h d is cu s s io n   in   s ec tio n   2 ,   co m p ar e d   with   th f o u r - d im en s io n al  co n tr o l,  th I NE C   s tr ateg y   o n ly   ch an g es  th en er g y - f r eq u e n cy   r atio .   Su b s titu tin g   th e n er g y - f r eq u e n cy   r atio   u n d er   th is   s tr ateg y   in to   ( 2 5 ) ,   th e   th eo r etica eq u i v alen in e r tia  c o n s tan o f   th th r ee - ter m in al   s y s tem   u n d e r   th e   I NE C   s tr ateg y   ca n   b ca lc u lated   to   b 1 . 1   s   an d   0 . 8 4   s   wh en   th lo ad   in cr ea s es/d ec r ea s es.  T h co m p a r is o n   with   th H MMC   o f   f - W   d r o o p   co n tr o l is sh o wn   in   T ab le  3 .   I ca n   b s ee n   f r o m   T a b le  3   th at  wh en   ad o p tin g   f - W   d r o o p   co n tr o l,  th eq u iv alen t   in er tia  co n s tan o f   th e   th r ee - t er m in al  MM C - MT DC   s y s tem   u n d e r   d if f er en w o r k in g   co n d itio n s   is   lar g e,   a n d   th f r eq u en cy   s u p p o r t   ca p ab ili ty   o f   th p o wer   g r id   is   s tr o n g .       T ab le  3 .   C o m p a r is o n   o f   HM MC o f   th r ee - ter m in al  MM C - MT DC   s y s tem   u n d er   d if f er e n t c o n tr o l stra teg ies   C o n t r o l   st r a t e g y   H mm / s     Lo a d   i n c r e a si n g   Lo a d   r e d u c t i o n   I N EC   1 . 1 0   0 . 8 4   f - W   d r o o p   c o n t r o l   1 . 6 4   5 . 0 0       W h en   th AC   g r id   co n n ec ted   to   MM C 2   is   d is tu r b ed ,   in   o r d er   to   en s u r t h at  th ca p ac ito r   en er g y   o f   MMC 1   an d   MM C 3   ca n   f lo to   MM C 2 ,   MM C 1 ,   an d   MM C 3   ca n   b co n tr o lled   b y   c o n s tan AC   p o wer .   Acc o r d in g   t o   th p o wer   b ala n ce ,   th p o wer   g e n er ated   b y   ab s o r b in g /r elea s in g   en er g y   th r o u g h   th co n v er ter   s tatio n   ca p ac ito r   ca n   o n ly   f l o to   th AC   s y s tem   co n n ec ted   to   MM C 2   th r o u g h   t h DC   lin e.   Fo r   two   ty p ical   th r ee - ter m in al  MM C - MT DC   s y s tem   to p o lo g ies,  th f lo o f   th s u p p o r tin g   p o wer   p r o v id ed   b y   th ca p ac ito r   en er g y   i n   th f le x ib le  DC   tr an s m is s io n   s y s tem   i s   s h o wn   in   Fig u r 8 .   Sin ce   MM C 1   an d   MM C 3 ,   e x ce p MM C 2 ,   ca n n o t   d ir ec tly   o b tain   th f r eq u en cy   ch an g e   wh en   t h lo ad   d is tu r b an ce   o cc u r s ,   in   o r d er   to   en ab le  ea ch   c o n v er te r   s tatio n   to   ac cu r ately   r elea s en er g y   to   s u p p o r th e   r ec eiv in g   e n d   s y s tem ,   th e   s ch em p r o p o s ed   in   Sin g h   et   a l.   [ 8 ]   ca n   b u s ed   to   m ak e   th e   DC   v o ltag r e f lect  th e   f r eq u e n cy   ch an g th r o u g h   f r eq u en cy - DC   v o ltag d r o o p   co n tr o l.  T h DC   v o ltag ca n   also   b ch an g ed   b y   s im u latin g   in er tia ,   as  p r o p o s ed   in   [ 3 0 ] ,   an d   t h en   th e   r ec eiv in g   en d   eq u i v alen f r e q u e n cy   f eq   is   o b tain ed   th r o u g h   f r eq u e n cy   r ed u ctio n   co n tr o l,   an d   f eq   is   ad d e d   to   t h o u te r   lo o p   o f   f - W   d r o o p   c o n tr o t o   m a k th e   ca p ac ito r   r elea s en er g y .   T h e   s p ec if ic  co n tr o d etails  ar n o th m ain   o b ject  o f   th is   p ap er   an d   will  n o b e   in tr o d u ce d   in   d etail  h er e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.