Szimmetrikus zavarok mellett a hálót formáló inverterek áramerősség-korlátozó ellenőrzésének áttekintése

    A hálózatformáló (GFM) inverterek elismertek mint hatékony megoldás a megújuló energia növekvő beépülésének támogatására nagy rendszerekben.  Azonban fizikailag eltérnek a szinkron gépekkel az áramtartási képességük tekintetében.  Az erősítők és a hálózat védelméhez, valamint a súlyos szimmetrikus zavarok alatti támogatás érdekében a GFM irányítási rendszereknek képesnek kell lenniük a következő követelmények teljesítésére: áramméret korlátozása, hibajárási áram hozzájárulása, és hiba utáni helyreállítási képesség.  Számos áramkorlátozó irányítási módszer található az irodalomban ezek céljainak elérésére, beleértve az áramkorlátozókat, a virtuális ellenállást, és a feszültségkorlátozókat.  Ez a tanulmány egy áttekintést ad ezekről a módszerekről.  Felhívja a figyelmet azokra a kihívásokra, amelyek kezelése szükséges, beleértve a rövid idejű túlmenő áramot, a meghatározatlan kimeneti áram vektorszögét, a kívánatosnál magasabb áramsättelést, és a tranzitív túlfeszültséget.

1. Bevezetés.

    A GFM inverterek feszültségforrás jellemű viselkedése miatt a kimeneti áramaik nagyon függ a külső rendszer állapotától. Nagy zavarok, például feszültségcsökkenés vagy fáziskiváltás esetén a közös csatlakozási pontban (PCC), a szinkron gépek általában 5–7 p.u. túlmenő árat tudnak biztosítani [8], míg a fémeszerkezett inverterek csak 1,2–2 p.u. túlmenő árat kezelhetnek tipikusan, ami akadályozza őket abban, hogy a normál működés során fenntartsák a feszültségprofilukat. Az áramkorlátozók általában invertereket viselnek maguk úgy, mintha áramforrások lennének túlmenő áram esetén, ami segíthet a kimeneti áram vektorszögének szabályozásában, hogy feleljenek meg a hibajárási áram hozzájárulási követelménynek.    Ezzel szemben a virtuális ellenállás módszerei és a feszültségkorlátozók bizonyos mértékig fenntarthatják a GFM inverter feszültségforrás jellegű viselkedését súlyos zavarok alatt, ami lehetővé teheti az automatikus hiba utáni helyreállítást.    Ez a tanulmány áttekintést ad ezekről a módszerekről, és felhívja a figyelmet a kezelésre szoruló kihívásokra, beleértve a rövid idejű túlmenő áramot, a meghatározatlan kimeneti áram vektorszögét, a kívánatosnál magasabb áramsättelést, és a tranzitív túlfeszültséget.

2.   Az áramkorlátozó irányítási módszerek alapjai.

    A következő ábra mutatja a hálózathoz kapcsolt GFM inverter egyszerűsített áramkör modelljét. A GFM inverter egy belső feszültségforrásból (ve) és egyenértékű kimeneti ellenállásból áll. A szűrő ellenállás beleszámít a Ze-be, ha nem használunk belső hurok irányítást. Ha belső hurok irányítást alkalmazunk, a szűrő ellenállás nem lesz beleszámítva a Ze-be.

3.   Áramkorlátozó.

     A telített áramreferencia (i¯ref) kiszámítási módja alapján három áramkorlátozót használnak gyakran GFM inverterekhez, beleértve az instant korlátozót, a méret korlátozót, és a prioritás alapú korlátozót.Az instant korlátozó illusztrációja látható az 1.(a) ábrán, amely elemenkénti telítési függvényt használ a telített áramreferencia (i¯ref) eléréséhez. A méret korlátozó illusztrációja az 1.(b) ábrán látható, amely csak a teljes méretet csökkenti az eredeti áramreferenciából (iref). Az i¯ref szöge ugyanolyan marad, mint az iref. Az 1.(c) ábra a prioritás alapú korlátozó elvét mutatja, amely nem csak csökkenti az iref méretét, de prioritást ad a szögének egy specifikus értékre (ϕI). Figyelemre méltó, hogy ϕI felhasználó által meghatározott szög, ami a különbséget jelenti az i¯ref és a d-tengely között, amely θ-hez van orientálva.

4.  Virtuális ellenállás.

    A virtuális ellenállás módszere, amely közvetlenül módosítja a feszültségmodulációs referenciát, és a gyors követési áramirányítási hurok segítségével működő virtuális admittanciamódszer jó áramkorlátozó teljesítményt nyújthat súlyos zavarok esetén. Ezzel szemben a belső hurok irányítással működő virtuális ellenállás módszere az áramkorlátozást a feszültségkontroll hurok gyorsan követi a feszültségreferenciát (vref) feltétele alapján éri el. Mivel a feszültségkontroll hurok sávszélessége relatíve alacsony, rövid idejű túlmenő áram lehetséges. Ennek kezelésére olyan hibrid áramkorlátozó módszereket is bemutatnak, amelyek kombinálják a virtuális ellenállást a prioritás alapú áramkorlátozóval és az áramméret korlátozójával.

5. Feszültségkorlátozó.

    A feszültségkorlátozók célja a feszültségkülönbség (∥vPWM−vt∥) közvetlen csökkentése, hogy kisebb legyen, mint ∥Zf∥IM, amely módosítja a külső hurok irányítás által generált feszültségreferenciát az áramméret korlátozásának érdekében. Ez a módszer ajánlott megoldás, mivel nem igényel adaptív virtuális ellenállást, ami bizonyos feltételek mellett instabilizálhatja a rendszert. A feszültségkorlátozók esetében a belső irányítási hurok általában átlátszó, azaz vPWM=vref. Ennek megfelelően, ezen áramkorlátozó módszer ekvivalens áramkör diagramja kifejezhető.