Una revisione del controllo di limitazione della corrente degli inverter formatori di rete in caso di disturbi simmetrici
Gli inverter a formazione di rete (GFM) sono riconosciuti come una soluzione fattibile per aumentare la penetrazione di energia rinnovabile nei sistemi elettrici di grande potenza. Tuttavia, sono fisicamente diversi dai generatori sincroni in termini di capacità di sovracorrente. Per proteggere i dispositivi semiconduttori di potenza e supportare la rete elettrica in caso di forti disturbi simmetrici, i sistemi di controllo GFM dovrebbero essere in grado di soddisfare i seguenti requisiti: limitazione della magnitudine della corrente, contributo alla corrente di guasto e capacità di recupero da guasto. Sono riportati in letteratura vari metodi di controllo a limitazione di corrente per raggiungere questi obiettivi, inclusi limitatori di corrente, impedenza virtuale e limitatori di tensione. Questo articolo presenta una panoramica di tali metodi. Sono evidenziate le sfide emergenti che devono essere affrontate, tra cui sovracorrente temporanea, angolo del vettore di corrente d'uscita non specificato, saturazione indesiderata della corrente e sovratensione transitoria.
1.Introduzione.
Il comportamento a sorgente di tensione degli inverter GFM rende le loro correnti d'uscita altamente dipendenti dalle condizioni esterne del sistema. In caso di forti disturbi, come cali di tensione o salti di fase al punto di connessione comune (PCC), i generatori sincroni possono in genere fornire 5-7 p.u. di sovracorrente [8], mentre gli inverter a base di semiconduttori possono gestire tipicamente solo 1,2-2 p.u. di sovracorrente, il che impedisce loro di mantenere il profilo di tensione come in condizioni normali. I limitatori di corrente solitamente fanno sì che l'inverter si comporti come una sorgente di corrente durante le condizioni di sovracorrente, il che può facilitare la regolazione dell'angolo del vettore di corrente d'uscita per soddisfare il requisito di contributo alla corrente di guasto. In confronto, i metodi di impedenza virtuale e i limitatori di tensione possono mantenere il comportamento a sorgente di tensione dell'inverter GFM in misura notevole durante forti disturbi, il che può consentire un recupero automatico dal guasto. Questo articolo esamina quei metodi e identifica le sfide emergenti che devono essere affrontate, tra cui sovracorrente temporanea, angolo del vettore di corrente d'uscita non specificato, saturazione indesiderata della corrente e sovratensione transitoria.
2. Nozioni fondamentali sui metodi di controllo a limitazione di corrente.
La seguente figura mostra un modello di circuito semplificato di un inverter GFM collegato alla rete. L'inverter GFM è composto da una sorgente di tensione interna ve e impedenza equivalente d'uscita. L'impedenza del filtro sarà inclusa in Ze, se non viene utilizzato alcun controllo ad anello interno. Quando viene utilizzato un controllo ad anello interno, l'impedenza del filtro non sarà inclusa in Ze.
3. Limitatore di corrente.
In base a come viene calcolato il riferimento di corrente saturato i¯ref, tre limitatori di corrente sono comunemente utilizzati per gli inverter GFM, inclusi il limitatore istantaneo, il limitatore di magnitudine e il limitatore basato su priorità. L'illustrazione di un limitatore istantaneo è mostrata nella Fig. (a), che utilizza una funzione di saturazione elemento per elemento per ottenere un riferimento di corrente saturato i¯ref. L'illustrazione di un limitatore di magnitudine è data nella Fig. (b), che riduce solo la magnitudine del riferimento di corrente originale iref. L'angolo di i¯ref mantiene lo stesso di iref. La Fig. (c) mostra il principio del limitatore basato su priorità, che non solo riduce la magnitudine di iref ma anche priorizza il suo angolo a un valore specifico ϕI. Si noti che ϕI è un angolo definito dall'utente che rappresenta la differenza di angolo tra i¯ref e l'asse d orientato a θ.
4. Impedenza virtuale.
Il metodo di impedenza virtuale che modifica direttamente il riferimento di modulazione di tensione e il metodo di ammettenza virtuale con un anello di controllo di corrente a tracciamento rapido possono ottenere un'ottima prestazione di limitazione della corrente quando si verificano forti disturbi. In confronto, il metodo di impedenza virtuale con controllo ad anello interno ottiene la limitazione della corrente basandosi sull'ipotesi che il riferimento di tensione vref possa essere tracciato rapidamente dall'anello di controllo di tensione. Poiché la banda passante dell'anello di controllo di tensione è relativamente bassa, potrebbe essere osservata una sovracorrente temporanea. Per affrontare questo problema, sono presentati metodi ibridi di limitazione della corrente che combinano l'impedenza virtuale con il limitatore di corrente basato su priorità e il limitatore di magnitudine della corrente.
5. Limitatore di tensione.
I limitatori di tensione mirano a ridurre direttamente la differenza di tensione ∥vPWM−vt∥ a meno di ∥Zf∥IM, modificando il riferimento di tensione generato dal controllo ad anello esterno per realizzare la limitazione della magnitudine della corrente. Questo metodo è una soluzione suggerita poiché non richiede un'impedenza virtuale adattiva che può destabilizzare il sistema in determinate condizioni. Per i limitatori di tensione, l'anello di controllo interno è comunemente trasparente, ovvero vPWM=vref. Successivamente, può essere espressa una diagramma equivalente di questo metodo di limitazione della corrente.
