Una revisió del control limitador de corrent de les inversores formadores de xarxa sota pertorbacions simètriques
Els inversors de formació de xarxa (GFM) són reconeguts com una solució viable per augmentar la penetració d'energia renovable en els sistemes de potència a gran escala. No obstant això, són físicament diferents dels generadors síncrons en termes de capacitat de sobrecorrent. Per protegir els dispositius semiconductors i suportar la xarxa elèctrica en distorbios simètrics severes, els sistemes de control GFM haurien de poder assolir els següents requisits: limitació de la magnitud de corrent, contribució de corrent de fal·la i capacitat de recuperació de fal·la. Diversos mètodes de control de limitació de corrent es reporten en la literatura per aconseguir aquests objectius, incloent limitadors de corrent, impedància virtual i limitadors de tensió. Aquest article presenta un resum d'aquests mètodes. Es destaquen els reptes emergents que cal abordar, incloent sobrecorrent temporal, angle de vector de corrent de sortida no especificat, saturació de corrent indesitjada i sobretençó transitoria.
1.Introducció.
El comportament de font de tensió dels inversors GFM fa que les seves corrents de sortida depenguin molt de les condicions externes del sistema. En cas de grans distorbios, com caigudes de tensió o salt de fase al punt de connexió comú (PCC), els generadors síncrons poden, en general, subministrar 5–7 p.u. de sobrecorrent [8], mentre que els inversors basats en semiconductors només poden gestionar 1,2–2 p.u. de sobrecorrent típicament, el que els impedeix mantenir el perfil de tensió com en operació normal. Els limitadors de corrent solen fer que l'inversor es comporti com una font de corrent durant condicions de sobrecorrent, el que pot facilitar la regulació de l'angle del vector de corrent de sortida per complir el requisit de contribució de corrent de fal·la. En comparació, els mètodes d'impedància virtual i els limitadors de tensió poden mantenir el comportament de font de tensió de l'inversor GFM en certa mesura durant distorbios severes, el que pot permetre la recuperació automàtica de la fal·la. Aquest article revisa aquests mètodes i identifica els reptes emergents que cal abordar, incloent sobrecorrent temporal, angle de vector de corrent de sortida no especificat, saturació de corrent indesitjada i sobretençó transitoria.
2. Bases dels Mètodes de Control de Limitació de Corrent.
La figura següent mostra un model de circuit simplificat d'un inversor GFM connectat a la xarxa. L'inversor GFM consta d'una font de tensió interna ve i una impedància de sortida equivalent. La impedància del filtre es inclourà en Ze, si no s'utilitza un control de bucle interior. Quan s'utilitza un control de bucle interior, la impedància del filtre no es inclourà en Ze.
3. Limitador de Corrent.
Basant-se en com es calcula la referència de corrent saturada i¯ref, es fan servir tres tipus de limitadors de corrent per als inversors GFM, incloent el limitador instantani, el limitador de magnitud i el limitador basat en prioritat.La il·lustració d'un limitador instantani es mostra en la Fig. (a), que utilitza una funció de saturació element per element per aconseguir una referència de corrent saturada i¯ref. La il·lustració d'un limitador de magnitud es dóna en la Fig. (b), que només disminueix la magnitud de la referència de corrent original iref. L'angle de i¯ref es manté igual que el de iref. La Fig. (c) mostra el principi del limitador basat en prioritat, que no només disminueix la magnitud de iref sinó que també prioritza el seu angle a un valor específic ϕI. Noteu que ϕI és un angle definit per l'usuari que representa la diferència d'angle entre i¯ref i l'eix d orientat a θ.
4. Impedància Virtual.
El mètode d'impedància virtual que modifica directament la referència de modulació de tensió i el mètode d'admitància virtual amb un bucle de control de corrent de seguiment ràpid poden aconseguir un bon rendiment de limitació de corrent quan ocorren distorbios severes. En comparació, el mètode d'impedància virtual amb control de bucle interior aconsegueix la limitació de corrent basant-se en la hipòtesi que la referència de tensió vref pot ser seguida ràpidament pel bucle de control de tensió. Com que la banda passant del bucle de control de tensió és relativament baixa, es pot observar una sobrecorrent temporal. Per abordar aquest problema, es presenten mètodes híbrids de limitació de corrent que combinen l'impedància virtual amb el limitador de corrent basat en prioritat i el limitador de magnitud de corrent.
5. Limitador de Tensió.
Els limitadors de tensió tenen com a objectiu reduir directament la diferència de tensió ∥vPWM−vt∥ perquè sigui menor que ∥Zf∥IM, el que modifica la referència de tensió generada pel control de bucle exterior per realitzar la limitació de la magnitud de corrent. Aquest mètode és una solució recomanada ja que no requereix una impedància virtual adaptativa que pot desestabilitzar el sistema en determinades condicions. Per als limitadors de tensió, el bucle de control interior és habitualment transparent, és a dir, vPWM=vref. Posteriorment, es pot expressar un diagrama de circuit equivalent d'aquest mètode de limitació de corrent.
