Pregled kontrola ograničenja struje mrežno-oblikujućih invertera pri simetričnim ometanjima

    Inverzori formiranja mreže (GFM) prepoznati su kao prihvatljivo rješenje za povećanje udjela obnovljivih izvora energije u masovnim elektroenergetskim sustavima. Međutim, fizički se razlikuju od sinkronih generatora u pogledu sposobnosti preopterećenja strujom. Za zaštitu poluprovodničkih uređaja i podršku mreži tijekom teških simetričnih ometanja, GFM sustavi upravljanja trebaju biti u stanju ostvariti sljedeće zahtjeve: ograničenje magnituda struje, doprinosa strujom tijekom kvara i sposobnost oporavka nakon kvara. U literaturi se navode različiti metodi ograničenja struje za ispunjenje ovih ciljeva, uključujući ograničitelje struje, virtualnu impedanciju i ograničitelje napona. Ovaj rad daje pregled tih metoda. Ističu se novi izazovi koji se moraju riješiti, uključujući privremeno preopterećenje strujom, nedefinirani kut vektora izlazne struje, neželjena nasycenost struje i privremeno preopterećenje napona.

1. Uvod

    Ponašanje izvora napona GFM invertera čini njihove izlazne struje visoko zavisnim od vanjskih uslova sustava. Pri velikim ometanjima, poput pada napona ili skoka faze na točki zajedničkog spoja (PCC), sinkroni generatori obično mogu pružiti 5–7 p.u. preopterećenje strujom [8], dok poluprovodnički inverteri mogu obrađivati samo 1,2–2 p.u. preopterećenje strujom, što ih sprečava u održavanju profila napona kao u normalnom radu. Ograničitelji struje obično dovode do toga da inverter djeluje kao izvor struje tijekom uvjeta preopterećenja, što može olakšati regulaciju kuta vektora izlazne struje kako bi se ispunio zahtjev za doprinosom strujom tijekom kvara. U usporedbi s tim, metode virtualne impedancije i ograničitelji napona mogu do neke mjere održati ponašanje izvora napona GFM invertera tijekom teških ometanja, što može omogućiti automatsko oporavljanje od kvara. Ovaj rad pregleda te metode i identificira nove izazove koji se moraju riješiti, uključujući privremeno preopterećenje strujom, nedefinirani kut vektora izlazne struje, neželjenu nasycenost struje i privremeno preopterećenje napona.

2. Osnove metoda ograničenja struje

    Sljedeća slika prikazuje pojednostavljeni model strujnog kruga GFM invertera spojenog na mrežu. GFM inverter sastoji se od unutarnjeg izvora napona ve i ekvivalentne izlazne impedancije. Impedancija filtra bit će uključena u Ze, ako se ne koristi kontrola unutarnjeg kruga. Kada se koristi kontrola unutarnjeg kruga, impedancija filtra neće biti uključena u Ze.

3. Ograničitelj struje

     Na osnovu načina izračuna zasićene referentne struje i¯ref, tri ograničitelja struje se obično koriste za GFM invertere, uključujući trenutni ograničitelj, ograničitelj magnituda i ograničitelj s prioritetom. Ilustracija trenutnog ograničitelja prikazana je na slici (a), koja koristi elementarnu funkciju zasićenja kako bi se postigla zasićena referentna struja i¯ref. Ilustracija ograničitelja magnituda dana je na slici (b), koja smanjuje samo magnitudu originalne referentne struje iref. Kut i¯ref ostaje isti kao kod iref. Slika (c) pokazuje princip ograničitelja s prioritetom, koji ne samo smanjuje magnitudu iref, već također prioritizira njegov kut na određenu vrijednost ϕI. Naučite da ϕI predstavlja korisnikom definirani kut koji predstavlja razliku kuta između i¯ref i d-osi orijentirane na θ.

4. Virtualna impedancija

    Metoda virtualne impedancije koja direktno mijenja referentnu modulaciju napona i metoda virtualne admittance s brzom petljom kontrole struje mogu postići dobru performansu ograničenja struje kada dođe do teških ometanja. U usporedbi s tim, metoda virtualne impedancije s kontrolom unutarnjeg kruga postiže ograničenje struje na pretpostavci da se referentni napon vref može brzo pratiti petljom kontrole napona. Budući da je širina pasma petlje kontrole napona relativno niska, može se primijetiti privremeno preopterećenje strujom. Da se riješi taj problem, predstavljene su hibridne metode ograničenja struje koje kombiniraju virtualnu impedanciju s ograničiteljem struje s prioritetom i ograničiteljem magnituda struje.

5. Ograničitelj napona

    Cilj ograničitelja napona je direktno smanjiti razliku ∥vPWM−vt∥ da bude manja od ∥Zf∥IM, što mijenja referentni napon generiran od strane spoljnje petlje kontrole kako bi se realiziralo ograničenje magnituda struje. Ovaj metod predlaže se jer ne zahtijeva adaptivnu virtualnu impedanciju koja može destabilizirati sustav pod određenim uvjetima. Za ograničitelje napona, unutarnja kontrolna petlja obično je prozračna, tj. vPWM=vref. Nakon toga, ekvivalentni dijagram strujnog kruga ove metode ograničenja struje može se izraziti.