En gennemgang af strømbegrænsende kontrol af netdannende omvendere under symmetriske forstyrrelser

    Grid-forming (GFM) inverters er anerkendt som en levedygtig løsning for at øge andelen af vedvarende energi i bulk strømsystemer. Dog er de fysisk forskellige fra synkronmotorer med hensyn til overstrømningsevne. For at beskytte effektrør og støtte strømnettet under alvorlige symmetriske forstyrrelser, bør GFM-kontrolsystemer kunne opfylde følgende krav: begrænsning af strømmångden, bidrag til fejlstrøm, og evne til fejlrecovery. Der findes flere strømbegrænsningskontrollmetoder i litteraturen, der opfylder disse mål, herunder strømbegrænsere, virtuel impedans, og spændingsbegrænsere. Dette dokument præsenterer en oversigt over disse metoder. Udfordringer, der skal løses, herunder midlertidig overstrømning, uspecificeret outputstrøm vinkel, uønsket strømsaturation, og midlertidig overspænding, bliver påpeget.

1.Introduction.

    Spændingskildeadfærd hos GFM-inverter gør deres outputstrømme højst afhængige af eksterne systemforhold. Ved store forstyrrelser som spændingsnedgang eller fasehop ved punktet for fælles koppeling (PCC), kan synkronmotorer generelt supplere 5–7 p.u. overstrømning [8], mens halvleder-baserede inverter typisk kun kan håndtere 1,2–2 p.u. overstrømning, hvilket forhindrer dem i at opretholde spændingsprofilen som under normal drift. Strømbegrænsere lader normalt inverterne opføre sig som en strømkilde under overstrømningsforhold, hvilket kan lette reguleringen af outputstrøm vinklen for at opfylde kravet om bidrag til fejlstrøm. I sammenligning kan metoderne med virtuel impedans og spændingsbegrænsere opretholde spændingskildeadfærd hos GFM-inverterne i en vis grad under alvorlige forstyrrelser, hvilket muliggør automatisk fejlrecovery. Dette dokument gennemgår disse metoder og identificerer de fremkomne udfordringer, der skal løses, herunder midlertidig overstrømning, uspecificeret outputstrøm vinkel, uønsket strømsaturation, og midlertidig overspænding.

2.   Basics of Current-Limiting Control Methods.

    Følgende figur viser et forenklet kredsløbsmodel af en nettilsluttet GFM-inverter. GFM-inverteren består af en intern spændingskilde ve og en ækvivalent outputimpedans. Filterimpedansen vil blive inkluderet i Ze, hvis ingen indre-loop kontrol anvendes. Når indre-loop kontrol anvendes, vil filterimpedansen ikke blive inkluderet i Ze.

3.   Current Limiter.

     Ud fra hvordan den saturerede strømreference i¯ref beregnes, anvendes tre strømbegrænsere ofte for GFM-inverter, herunder den øjeblikkelige begrænser, størrelsesbegrænseren, og prioritetsbaserede begrænser. Illustrationen af en øjeblikkelig begrænser vises i Fig. (a), der bruger en elementvis saturationsfunktion for at opnå en satureret strømreference i¯ref. Illustrationen af en størrelsesbegrænser vises i Fig. (b), der kun formindsker størrelsen af den originale strømreference iref. Vinklen af i¯ref bevarer samme som den af iref. Fig. (c) viser principperne for den prioritetsbaserede begrænser, der ikke kun formindsker størrelsen af iref, men også prioriterer dens vinkel til en specifik værdi ϕI. Bemærk, at ϕI er en brugerdæfineret vinkel, der repræsenterer vinkelafstanden mellem i¯ref og d-aksen orienteret mod θ.

4.  Virtual Impedance.

    Metoden med virtuel impedans, der direkte modificerer spændingsmodulationsreferencen, og metoden med virtual admittans med en hurtig sporingsstrøm kontrolloop, kan opnå god strømbegrænsningsydeevne, når alvorlige forstyrrelser opstår. I sammenligning opnår metoden med virtuel impedans og indre-loop kontrol strømbegrænsning baseret på antagelsen, at spændingsreferencen vref kan hurtigt spores af spændingskontrolløkken. Da båndbredten af spændingskontrolløkken er relativt lav, kan midlertidig overstrømning observeres. For at tackle dette problem, præsenteres hybrid strømbegrænsningsmetoder, der kombinerer virtuel impedans med prioritetsbaserede strømbegrænsere og størrelsesbaserede strømbegrænsere.

5. Voltage Limiter.

    Spændingsbegrænsere har til formål at direkte reducere spændingsforskellen ∥vPWM−vt∥ til at være mindre end ∥Zf∥IM, hvilket modificerer spændingsreferencen genereret af ydre-loop kontrol for at realisere begrænsning af strømmångden. Denne metode er en foreslået løsning, da den ikke kræver adaptive virtuelle impedanser, der kan destabilisere systemet under bestemte forhold. For spændingsbegrænsere er indre-kontrolløkken ofte gennemsigtig, dvs. vPWM=vref. Herefter kan en ækvivalent kredsløbsdiagram af denne strømbegrænsningsmetode udtrykkes.