Examen du contrôle de limitation de courant des onduleurs formateurs de réseau en cas de perturbations symétriques

    Les onduleurs formateurs de réseau (GFM) sont reconnus comme une solution viable pour augmenter la pénétration des énergies renouvelables dans les systèmes d'alimentation en gros. Cependant, ils diffèrent physiquement des générateurs synchrones en termes de capacité de surintensité. Pour protéger les dispositifs semi-conducteurs de puissance et soutenir le réseau électrique en cas de perturbations symétriques sévères, les systèmes de contrôle GFM doivent être capables de remplir les exigences suivantes : limitation de l'amplitude du courant, contribution au courant de défaut, et capacité de récupération après un défaut. Différentes méthodes de limitation de courant sont rapportées dans la littérature pour atteindre ces objectifs, y compris les limiteurs de courant, l'impédance virtuelle et les limiteurs de tension. Cet article présente un aperçu de ces méthodes. Les défis émergents qui doivent être abordés, tels que le surintensité temporaire, l'angle de vecteur de courant de sortie non spécifié, la saturation indésirable du courant, et la surtension transitoire, sont également soulignés.

1.Introduction.

    Le comportement source de tension des onduleurs GFM rend leurs courants de sortie hautement dépendants des conditions externes du système. En cas de grandes perturbations telles que des chutes de tension ou des sauts de phase au point de jonction commun (PCC), les générateurs synchrones peuvent généralement fournir 5-7 p.u. de surintensité [8], tandis que les onduleurs à base de semi-conducteurs ne peuvent gérer que 1,2-2 p.u. de surintensité en général, ce qui les empêche de maintenir le profil de tension comme en opération normale. Les limiteurs de courant font généralement fonctionner l'onduleur comme une source de courant pendant les conditions de surintensité, ce qui peut faciliter la régulation de l'angle du vecteur de courant de sortie pour répondre à l'exigence de contribution au courant de défaut. En comparaison, les méthodes d'impédance virtuelle et les limiteurs de tension peuvent maintenir le comportement source de tension de l'onduleur GFM dans une certaine mesure pendant les perturbations sévères, ce qui peut permettre une récupération automatique après un défaut. Cet article passe en revue ces méthodes et identifie les défis émergents qui doivent être abordés, y compris le surintensité temporaire, l'angle de vecteur de courant de sortie non spécifié, la saturation indésirable du courant, et la surtension transitoire.

2.   Principes des méthodes de limitation de courant.

    La figure suivante montre un modèle de circuit simplifié d'un onduleur GFM raccordé au réseau. L'onduleur GFM se compose d'une source de tension interne ve et d'une impédance de sortie équivalente. L'impédance du filtre sera incluse dans Ze, si aucun contrôle en boucle interne n'est utilisé. Lorsqu'un contrôle en boucle interne est utilisé, l'impédance du filtre ne sera pas incluse dans Ze.

3.   Limiteur de courant.

     Selon la manière dont la référence de courant saturée i¯ref est calculée, trois types de limiteurs de courant sont couramment utilisés pour les onduleurs GFM, y compris le limiteur instantané, le limiteur d'amplitude, et le limiteur basé sur la priorité. L'illustration d'un limiteur instantané est montrée dans la Fig. (a), qui utilise une fonction de saturation élémentaire pour obtenir une référence de courant saturée i¯ref. L'illustration d'un limiteur d'amplitude est donnée dans la Fig. (b), qui ne diminue que l'amplitude de la référence de courant originale iref. L'angle de i¯ref reste le même que celui de iref. La Fig. (c) montre le principe du limiteur basé sur la priorité, qui non seulement diminue l'amplitude de iref mais aussi priorise son angle à une valeur spécifique ϕI. Notez que ϕI est un angle défini par l'utilisateur qui représente la différence d'angle entre i¯ref et l'axe d orienté vers θ.

4.  Impédance virtuelle.

    La méthode d'impédance virtuelle qui modifie directement la référence de modulation de tension et la méthode d'admittance virtuelle avec une boucle de contrôle de courant à suivi rapide peuvent atteindre une bonne performance de limitation de courant lors de perturbations sévères. En comparaison, la méthode d'impédance virtuelle avec un contrôle en boucle interne réalise la limitation de courant basée sur l'hypothèse que la référence de tension vref peut être rapidement suivie par la boucle de contrôle de tension. Comme la bande passante de la boucle de contrôle de tension est relativement faible, un surintensité temporaire peut être observée. Pour résoudre ce problème, des méthodes hybrides de limitation de courant qui combinent l'impédance virtuelle avec le limiteur de courant basé sur la priorité et le limiteur d'amplitude de courant sont présentées.

5. Limiteur de tension.

    Les limiteurs de tension visent à réduire directement la différence de tension ∥vPWM−vt∥ pour qu'elle soit inférieure à ∥Zf∥IM, ce qui modifie la référence de tension générée par le contrôle en boucle externe pour réaliser la limitation de l'amplitude du courant. Cette méthode est une solution suggérée car elle n'exige pas d'impédance virtuelle adaptative qui pourrait destabiliser le système dans certaines conditions. Pour les limiteurs de tension, la boucle de contrôle interne est généralement transparente, c'est-à-dire vPWM=vref. Par la suite, un diagramme de circuit équivalent de cette méthode de limitation de courant peut être exprimé.