Ανασκόπηση του Ελέγχου Περιορισμού Ρεύματος σε Διαμορφωτές Αντιστροφοποιητές Κατά τη Διάρκεια Συμμετρικών Παρεμβολών
Οι αντιστροφείς που σχηματίζουν δίκτυο (GFM) αναγνωρίζονται ως βιώσιμη λύση για την αύξηση της εισόδου ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στα μεγάλα συστήματα παροχής ενέργειας. Ωστόσο, διαφέρουν φυσικά από τους συγχρονισμένους γεννήτριες σε ό,τι αφορά την ικανότητα υπερεργοστρόμισης. Για να προστατευθούν τα ηλεκτρονικά συστήματα και να υποστηριχθεί το δίκτυο ενέργειας κατά τη διάρκεια σοβαρών συμμετρικών διαταραχών, τα συστήματα ελέγχου GFM θα πρέπει να μπορούν να επιτύχουν τις εξής απαιτήσεις: περιορισμός της μεγέθους του ρεύματος, συμβολή στο ρεύμα σε περίπτωση σφάλματος και ικανότητα ανάκαμψης από σφάλμα. Διάφορες μεθόδοι περιορισμού ρεύματος αναφέρονται στη βιβλιογραφία για την εκπλήρωση αυτών των στόχων, συμπεριλαμβανομένων των περιοριστών ρεύματος, των εικονικών αντιστάσεων και των περιοριστών τάσης. Αυτό το έγγραφο παρουσιάζει μια επισκόπηση αυτών των μεθόδων. Επισημαίνονται οι νέες προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν, συμπεριλαμβανομένων της προσωρινής υπερεργοστρόμισης, της μη καθορισμένης γωνίας του διανυσματικού ρεύματος εξόδου, της μη επιθυμητής κόρυφης ρεύματος και της προσωρινής υπερτάσης.
1.Εισαγωγή.
Η συμπεριφορά της πηγής τάσης των αντιστροφέων GFM καθιστά τα εξόδια ρεύματός τους σημαντικά εξαρτώμενα από τις εξωτερικές συνθήκες του συστήματος. Σε μεγάλες διαταραχές, όπως πτώσεις τάσης ή αλλαγές φάσης στο σημείο κοινής σύνδεσης (PCC), οι συγχρονισμένοι γεννήτριες μπορούν, γενικά, να παρέχουν 5-7 p.u. υπερεργοστρόμιση [8], ενώ οι αντιστροφείς βασισμένοι σε ηλεκτρονικά συστήματα μπορούν να χειριστούν μόνο 1,2-2 p.u. υπερεργοστρόμιση, συνήθως, που τους εμποδίζει να διατηρήσουν το προφίλ τάσης όπως στην κανονική λειτουργία. Οι περιοριστές ρεύματος συνήθως κάνουν τον αντιστρόφο να συμπεριφέρεται ως πηγή ρεύματος κατά τη διάρκεια συνθηκών υπερεργοστρόμισης, οι οποίες μπορούν να ενισχύσουν την ρύθμιση της γωνίας του διανυσματικού ρεύματος εξόδου για να εκπληρώσουν την απαίτηση συμβολής στο ρεύμα σε περίπτωση σφάλματος. Σε σύγκριση, οι μεθόδοι εικονικής αντίστασης και οι περιοριστές τάσης μπορούν να διατηρήσουν τη συμπεριφορά της πηγής τάσης του αντιστρόφου GFM σε μεγάλο βαθμό κατά τη διάρκεια σοβαρών διαταραχών, οι οποίες μπορεί να επιτρέψουν αυτόματη ανάκαμψη από σφάλμα. Αυτό το έγγραφο αναθεωρεί αυτές τις μεθόδους και αναγνωρίζει τις νέες προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν, συμπεριλαμβανομένων της προσωρινής υπερεργοστρόμισης, της μη καθορισμένης γωνίας του διανυσματικού ρεύματος εξόδου, της μη επιθυμητής κόρυφης ρεύματος και της προσωρινής υπερτάσης.
2. Βασικά Στοιχεία των Μεθόδων Περιορισμού Ρεύματος.
Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα απλοποιημένο ενδεικτικό πρότυπο ενός συνδεδεμένου με το δίκτυο αντιστρόφου GFM. Ο αντιστρόφος GFM αποτελείται από μια εσωτερική πηγή τάσης ve και ισοδύναμη εξωτερική αντίσταση. Η αντίσταση του φίλτρου θα συμπεριληφθεί στο Ze, αν δεν χρησιμοποιηθεί εσωτερικός κύκλος ελέγχου. Κατά τη χρήση εσωτερικού κύκλου ελέγχου, η αντίσταση του φίλτρου δεν θα συμπεριληφθεί στο Ze.
3. Περιοριστής Ρεύματος.
Με βάση τον τρόπο υπολογισμού του υπερβαλλόμενου ρεύματος i¯ref, τρεις περιοριστές ρεύματος είναι συνήθως χρησιμοποιούμενοι για αντιστρόφους GFM, συμπεριλαμβανομένων του άμεσου περιοριστή, του περιοριστή μεγέθους και του περιοριστή με βάση προτεραιότητα. Η οπτική αναπαράσταση ενός άμεσου περιοριστή δείχνεται στο Σχήμα (a), το οποίο χρησιμοποιεί μια συνάρτηση κόρυφης ανά στοιχείο για να επιτευχθεί ένα υπερβαλλόμενο ρεύμα i¯ref. Η οπτική αναπαράσταση ενός περιοριστή μεγέθους δίνεται στο Σχήμα (b), το οποίο μειώνει μόνο το μέγεθος του αρχικού ρεύματος iref. Η γωνία του i¯ref διατηρεί την ίδια τιμή με εκείνη του iref. Το Σχήμα (c) δείχνει την αρχή του περιοριστή με βάση προτεραιότητα, ο οποίος μειώνει όχι μόνο το μέγεθος του iref, αλλά και προτεραιοποιεί τη γωνία του σε μια συγκεκριμένη τιμή ϕI. Σημειώστε ότι ϕI είναι μια τιμή που καθορίζεται από τον χρήστη και αντιπροσωπεύει τη διαφορά γωνίας μεταξύ του i¯ref και του d-άξονα που είναι προσανατολισμένος προς την θ.
4. Εικονική Αντίσταση.
Η μέθοδος της εικονικής αντίστασης που τροποποιεί άμεσα την αναφορά της τάσης μετατροπής και η μέθοδος της εικονικής συμπεριφοράς με γρήγορο κύκλο ελέγχου ρεύματος μπορούν να επιτύχουν καλή απόδοση περιορισμού ρεύματος όταν συμβαίνουν σοβαρές διαταραχές. Σε σύγκριση, η μέθοδος της εικονικής αντίστασης με εσωτερικό κύκλο ελέγχου επιτυγχάνει περιορισμό ρεύματος με βάση την υπόθεση ότι η αναφορά τάσης vref μπορεί να ακολουθείται γρήγορα από τον κύκλο ελέγχου τάσης. Επειδή η πλάτος του κύκλου ελέγχου τάσης είναι σχετικά χαμηλή, μπορεί να παρατηρηθεί προσωρινή υπερεργοστρόμιση. Για να αντιμετωπιστεί αυτό το ζήτημα, παρουσιάζονται υβριδικές μεθόδους περιορισμού ρεύματος που συνδυάζουν την εικονική αντίσταση με τον περιοριστή ρεύματος με βάση προτεραιότητα και τον περιοριστή μεγέθους ρεύματος.
5. Περιοριστής Τάσης.
Οι περιοριστές τάσης στοχεύουν στην άμεση μείωση της διαφοράς τάσης ∥vPWM−vt∥ για να είναι μικρότερη από ∥Zf∥IM, η οποία τροποποιεί την αναφορά τάσης που παράγεται από τον εξωτερικό κύκλο ελέγχου για την επίτευξη περιορισμού του μεγέθους του ρεύματος. Αυτή η μέθοδος είναι μια προτεινόμενη λύση, αφού δεν απαιτεί προσαρμοστική εικονική αντίσταση που μπορεί να ασταθμίσει το σύστημα υπό συγκεκριμένες συνθήκες. Για τους περιοριστές τάσης, ο εσωτερικός κύκλος ελέγχου είναι συνήθως διαφανής, δηλαδή vPWM=vref. Στη συνέχεια, μια ισοδύναμη σχεδιασμική διάγραμμα αυτής της μεθόδου περιορισμού ρεύματος μπορεί να εκφραστεί.
