Unha revisión do control de límite de corrente de inversores formadores de rede baixo perturbacións simétricas

    Os inversores formadores de rede (GFM) son recoñecidos como unha solución viable para aumentar a penetración de enerxía renovable nos sistemas de enerxía en masa. No entanto, son física e estruturalmente diferentes dos xeradores síncronos en termos de capacidade de sobrecorrente. Para protexer os dispositivos semiconductores de potencia e apoiar a rede eléctrica baixo perturbacións simétricas graves, os sistemas de control GFM deben ser capaces de cumprir os seguintes requisitos: limitación da magnitude da corrente, contribución de corrente de fallo e capacidade de recuperación de fallos. Diversos métodos de control de limitación de corrente están informados na literatura para cumprir estes obxectivos, incluíndo limitadores de corrente, impedancia virtual e limitadores de voltaxe. Este artigo presenta unha visión xeral destes métodos. As novas dificultades que requiren atención, incluíndo sobrecorrente temporal, ángulo de vector de corrente de saída non especificado, saturación de corrente indeseada e sobretensión transitoria, son destacadas.

1.Introdución.

    O comportamento de fonte de voltaxe dos inversores GFM fai que as súas correntes de saída sexan altamente dependentes das condicións do sistema externo. Ante grandes perturbacións como caídas de voltaxe ou saltos de fase no punto común de acoplamento (PCC), os xeradores síncronos, en xeral, poden fornecer 5–7 p.u. de sobrecorrente [8], mentres que os inversores baseados en semiconductores só poden manexar 1.2–2 p.u. de sobrecorrente típicamente, o que os impide manter o perfil de voltaxe como en operación normal. Os limitadores de corrente xeralmente fan que o inversor se comporte como unha fonte de corrente durante as condicións de sobrecorrente, o que pode facilitar a regulación do ángulo do vector de corrente de saída para cumprir o requisito de contribución de corrente de fallo. En comparación, os métodos de impedancia virtual e limitadores de voltaxe poden manter o comportamento de fonte de voltaxe do inversor GFM ata certo nivel durante perturbacións graves, o que pode permitir a recuperación automática de fallos. Este artigo revisa estos métodos e identifica as novas dificultades que requiren atención, incluíndo sobrecorrente temporal, ángulo de vector de corrente de saída non especificado, saturación de corrente indeseada e sobretensión transitoria.

2.   Bases dos Métodos de Control de Limitación de Corrente.

    A seguinte figura mostra un modelo de circuito simplificado dun inversor GFM conectado á rede. O inversor GFM consiste nunha fonte de voltaxe interna ve e impedancia de saída equivalente. A impedancia do filtro estará incluída en Ze, se non se utiliza control de bucle interno. Cando se usa control de bucle interno, a impedancia do filtro non estará incluída en Ze.

3.   Limitador de Corrente.

     Basándose en cómo se calcula a referencia de corrente saturada i¯ref, tres limitadores de corrente son comúnmente utilizados para inversores GFM, incluíndo o limitador instantáneo, o limitador de magnitude e o limitador basado en prioridades. A ilustración dun limitador instantáneo está mostrada na Fig. (a), que utiliza unha función de saturación elemento a elemento para lograr unha referencia de corrente saturada i¯ref. A ilustración dun limitador de magnitude está dada na Fig. (b), que só diminúe a magnitude da referencia de corrente orixinal iref. O ángulo de i¯ref manteñese igual ao de iref. A Fig. (c) amosa o principio do limitador basado en prioridades, que non só diminúe a magnitude de iref, senón que tamén prioriza o seu ángulo a un valor específico ϕI. Nótese que ϕI é un ángulo definido polo usuario que representa a diferenza de ángulo entre i¯ref e o eixe d orientado a θ.

4.  Impedancia Virtual.

    O método de impedancia virtual que modifica directamente a referencia de modulación de voltaxe e o método de admitancia virtual con un bucle de control de corrente de seguimiento rápido poden lograr un bom desempeño de limitación de corrente cando ocorren perturbacións graves. En comparación, o método de impedancia virtual con control de bucle interno logra a limitación de corrente baseándose na hipótesis de que a referencia de voltaxe vref pode ser seguida rapidamente polo bucle de control de voltaxe. Dado que a banda ancha do bucle de control de voltaxe é relativamente baixa, pode observarse sobrecorrente temporal. Para tratar este problema, presentanse métodos híbridos de limitación de corrente que combinan a impedancia virtual co limitador de corrente basado en prioridades e o limitador de magnitude de corrente.

5. Limitador de Voltaxe.

    Os limitadores de voltaxe teñen como obxectivo reducir directamente a diferenza de voltaxe ∥vPWM−vt∥ para que sexa menor que ∥Zf∥IM, o que modifica a referencia de voltaxe xerada polo control de bucle externo para realizar a limitación da magnitude de corrente. Este método é unha solución suxerida xa que non require impedancia virtual adaptativa que pode inestabilizar o sistema baixo certas condicións. Para os limitadores de voltaxe, o bucle de control interno é comúnmente transparente, é dicir, vPWM=vref. Subsecuentemente, un diagrama de circuito equivalente deste método de limitación de corrente pode expresarse.