بررسی کنترل محدودکننده جریان ترانسفرمرهای شکل‌دهنده شبکه در شرایط اختلالات متقارن
فرم‌سازان شبکه (GFM) به عنوان راه‌حل قابل اجرا برای افزایش نفوذ انرژی‌های تجدیدپذیر در سیستم‌های برق با ظرفیت بالا شناخته می‌شوند. با این حال، از نظر توان تحمل جریان بیش از حد، آنها از نظر فیزیکی با ژنراتورهای همزمان متفاوت هستند. برای حفاظت از دستگاه‌های نیمه‌رسانا و پشتیبانی از شبکه برق در وضعیت‌های اختلال متقارن شدید، سیستم‌های کنترل GFM باید بتوانند الزامات زیر را احراز کنند: محدودیت مقدار جریان، مشارکت در جریان خطا و توانایی بازیابی از خطاهای. روش‌های مختلف محدودیت جریان در ادبیات علمی گزارش شده است که شامل محدودکننده‌های جریان، امپدانس مجازی و محدودکننده‌های ولتاژ می‌شود. این مقاله مروری بر این روش‌ها ارائه می‌دهد. چالش‌های نوظهوری که باید رسیدگی شود، از جمله جریان بیش از حد موقت، زاویه بردار جریان خروجی مشخص نشده، اشباع جریان غیرخواسته و ولتاژ بیش از حد موقت، اشاره شده است.
1. مقدمه
رفتار منبع ولتاژ GFMها باعث می‌شود که جریان‌های خروجی آنها به شدت به شرایط سیستم خارجی وابسته باشد. در صورت بروز اختلالات بزرگ مانند کاهش ولتاژ یا پرش فاز در نقطه اتصال مشترک (PCC)، ژنراتورهای همزمان معمولاً می‌توانند 5-7 p.u. جریان بیش از حد [8] تأمین کنند، در حالی که مبدل‌های نیمه‌رسانا فقط می‌توانند 1.2-2 p.u. جریان بیش از حد تأمین کنند که این امر مانع حفظ پروفیل ولتاژ در عملکرد عادی می‌شود. محدودکننده‌های جریان معمولاً باعث می‌شوند که مبدل به صورت یک منبع جریان رفتار کند در شرایط جریان بیش از حد، که می‌تواند تنظیم زاویه بردار جریان خروجی را برای احراز الزامات مشارکت در جریان خطا تسهیل کند. در مقایسه، روش‌های امپدانس مجازی و محدودکننده‌های ولتاژ می‌توانند رفتار منبع ولتاژ GFM را در طول اختلالات شدید تا حدودی حفظ کنند که ممکن است بازیابی خودکار از خطا را امکان‌پذیر کند. این مقاله آن روش‌ها را مرور می‌کند و چالش‌های نوظهوری که باید رسیدگی شود، از جمله جریان بیش از حد موقت، زاویه بردار جریان خروجی مشخص نشده، اشباع جریان غیرخواسته و ولتاژ بیش از حد موقت را شناسایی می‌کند.
2. اصول روش‌های کنترل محدودیت جریان
شکل زیر یک مدل مداری ساده از یک مبدل GFM متصل به شبکه نشان می‌دهد. مبدل GFM شامل یک منبع ولتاژ داخلی ve و امپدانس خروجی معادل است. اگر کنترل حلقه داخلی استفاده نشود، امپدانس فیلتر در Ze شامل خواهد شد. وقتی کنترل حلقه داخلی استفاده می‌شود، امپدانس فیلتر در Ze شامل نخواهد شد.
3. محدودکننده جریان
بر اساس نحوه محاسبه مرجع جریان اشباع شده i¯ref، سه محدودکننده جریان معمولاً برای مبدل‌های GFM استفاده می‌شود، از جمله محدودکننده لحظه‌ای، محدودکننده مقدار و محدودکننده بر اساس اولویت. تصویری از محدودکننده لحظه‌ای در شکل (a) نشان داده شده است، که از یک تابع اشباع عنصری برای دستیابی به مرجع جریان اشباع شده i¯ref استفاده می‌کند. تصویری از محدودکننده مقدار در شکل (b) ارائه شده است، که فقط مقدار مرجع جریان اصلی iref را کاهش می‌دهد. زاویه i¯ref همان زاویه iref را حفظ می‌کند. شکل (c) اصول محدودکننده بر اساس اولویت را نشان می‌دهد که نه تنها مقدار iref را کاهش می‌دهد بلکه زاویه آن را به یک مقدار خاص ϕI اولویت می‌دهد. توجه داشته باشید که ϕI زاویه‌ای تعریف شده توسط کاربر است که نشان‌دهنده تفاوت زاویه بین i¯ref و محور d به سمت θ است.
4. امپدانس مجازی
روش امپدانس مجازی که مستقیماً مرجع مدولاسیون ولتاژ را تغییر می‌دهد و روش آدمسیت مجازی با حلقه کنترل جریان پیگیری سریع می‌توانند عملکرد محدودیت جریان خوبی در زمان بروز اختلالات شدید داشته باشند. در مقایسه، روش امپدانس مجازی با کنترل حلقه داخلی محدودیت جریان را بر اساس فرضیه‌ای که مرجع ولتاژ vref می‌تواند توسط حلقه کنترل ولتاژ به سرعت پیگیری شود، احراز می‌کند. از آنجا که پهنای باند حلقه کنترل ولتاژ نسبتاً کم است، ممکن است جریان بیش از حد موقت مشاهده شود. برای مقابله با این مسئله، روش‌های محدودیت جریان ترکیبی که امپدانس مجازی را با محدودکننده جریان بر اساس اولویت و محدودکننده مقدار جریان ترکیب می‌کنند، ارائه شده است.
5. محدودکننده ولتاژ
محدودکننده‌های ولتاژ هدف دارند که تفاوت ولتاژ ∥vPWM−vt∥ را کوچک‌تر از ∥Zf∥IM کاهش دهند، که مرجع ولتاژ تولید شده توسط کنترل حلقه خارجی را تغییر می‌دهد تا محدودیت مقدار جریان را احراز کند. این روش به عنوان یک راه‌حل پیشنهادی در نظر گرفته شده است چون نیاز به امپدانس مجازی سازگار ندارد که می‌تواند سیستم را در شرایط خاص ناپایدار کند. برای محدودکننده‌های ولتاژ، حلقه کنترل داخلی معمولاً شفاف است، یعنی vPWM=vref. در نتیجه، یک دیاگرام مداری معادل این روش محدودیت جریان بیان می‌شود.
