Преглед на контролата с ограничаване на тока на инверторите, формиращи мрежа, при симетрични разстройства

    Инверторите с формираща мрежа (GFM) се признават за жизнеспособно решение за увеличаване на проникновението на възобновяема енергия в големите електроенергийни системи. Въпреки това, те са физически различни от синхронните генератори по отношение на способността им да обработват прекомерни токове. За да се защитят силнотоелектронните устройства и да се поддържа електрическата мрежа при сериозни симетрични смущения, системите за управление на GFM трябва да могат да постигнат следните изисквания: ограничаване на величината на тока, принос към тока на дефекта и способност за възстановяване след дефект. В литературата се докладват различни методи за ограничаване на тока, включително ограничители на тока, виртуално импеданс и ограничители на напрежението. Тази статия дава обзор на тези методи. Появилите се предизвикателства, които трябва да бъдат разрешени, включват временни прекомерни токове, неуказан ъгъл на вектора на изходния ток, нежелано насищане на тока и преходно прекомерно напрежение.

1. Въведение.

    Поведението на източник на напрежение на инверторите GFM прави техните изходни токове високо зависими от външни условия на системата. При големи смущения, като спадове на напрежението или скокове на фазата в точката на обща свръзка (PCC), синхронните генератори обикновено могат да доставят 5–7 p.u. прекомерен ток [8], докато инверторите, основани на полупроводници, обикновено могат да обработят само 1.2–2 p.u. прекомерен ток, което ги пречи да поддържат профила на напрежението както при нормална работа. Ограничителите на тока обикновено правят инвертора да се държи като източник на ток при условия на прекомерен ток, което може да облекчи регулирането на ъгъла на вектора на изходния ток, за да се удовлетвори изискването за принос към тока на дефекта. В сравнение, методите с виртуално импеданс и ограничителите на напрежението могат до известна степен да поддържат поведението на източник на напрежение на инвертора GFM при сериозни смущения, което може да позволи автоматично възстановяване след дефект. Тази статия обсъжда тези методи и идентифицира появилите се предизвикателства, които трябва да бъдат разрешени, включително временни прекомерни токове, неуказан ъгъл на вектора на изходния ток, нежелано насищане на тока и преходно прекомерно напрежение.

2. Основи на методите за ограничаване на тока.

    Следната фигура показва опростена схемна модель на инвертор GFM, свързан с мрежата. Инверторът GFM се състои от вътрешен източник на напрежение ve и еквивалентно изходно импеданс. Импедансът на филтъра ще бъде включен в Ze, ако не се използва вътрешен контролен цикъл. Когато се използва вътрешен контролен цикъл, импедансът на филтъра няма да бъде включен в Ze.

3. Ограничители на тока.

     На основата на това как се изчислява насыщената референтна стойност на тока i¯ref, обикновено се използват три ограничителя на тока за инверторите GFM, включително моментният ограничител, ограничителят на величината и ограничителят с приоритет. Илюстрацията на моментния ограничител е показана на фиг. (a), който използва функция за насыщение по елементи, за да постигне насыщената референтна стойност на тока i¯ref. Илюстрацията на ограничителя на величината е дадена на фиг. (b), който само намалява величината на оригиналената референтна стойност на тока iref. Ъгълът на i¯ref остава същия, както на iref. Фиг. (c) показва принципа на ограничителя с приоритет, който не само намалява величината на iref, но и придава приоритет на ъгъла му до конкретна стойност ϕI. Забележете, че ϕI е потребителски дефиниран ъгъл, който представлява разликата в ъгъла между i¯ref и d-ос, ориентирана към θ.

4. Виртуално импеданс.

    Методът с виртуално импеданс, който директно модифицира референтната стойност на модулацията на напрежението, и методът с виртуална проводимост с бърз контролен цикъл за тока, могат да постигнат добра производителност при ограничаване на тока при сериозни смущения. В сравнение, методът с виртуално импеданс с вътрешен контролен цикъл постига ограничаване на тока на основата на хипотезата, че референтната стойност на напрежението vref може бързо да бъде проследена от контролния цикъл за напрежението. Тъй като лентата на честоти на контролния цикъл за напрежението е относително ниска, може да се наблюдава временен прекомерен ток. За справяне с този проблем се представят хибридни методи за ограничаване на тока, които комбинират виртуалното импеданс с ограничителя на тока с приоритет и ограничителя на величината на тока.

5. Ограничители на напрежението.

    Ограничителите на напрежението се стремят директно да намалят разликата в напрежението ∥vPWM−vt∥, за да стане по-малка от ∥Zf∥IM, което модифицира референтната стойност на напрежението, генерирана от външния контролен цикъл, за да се осъществи ограничаване на величината на тока. Този метод е предложен като решение, тъй като не изисква адаптивно виртуално импеданс, което може да дестабилизира системата при определени условия. За ограничителите на напрежението, вътрешният контролен цикъл обикновено е прозрачен, т.е. vPWM=vref. След това, еквивалентната схемна диаграма на този метод за ограничаване на тока може да бъде изразена.