対称的な擾乱下でのグリッドフォーミングインバータの電流制限制御のレビュー
グリッドフォーミング（GFM）インバータは、大規模電力システムにおける再生可能エネルギーの導入を増やすための有望な解決策として認識されています。しかし、過電流能力に関して同期発電機とは物理的に異なります。パワーセミコンダクタデバイスを保護し、深刻な対称障害下でも電力網をサポートするためには、GFM制御システムは以下の要件を満たす必要があります：電流マグニチュード制限、故障電流寄与、および故障回復能力。これらの目標を達成するために、文献では様々な電流制限制御方法が報告されており、電流リミッター、仮想インピーダンス、および電圧リミッターなどが含まれます。この論文では、これらの方法について概説します。また、解決すべき新たな課題として、一時的な過電流、未指定の出力電流ベクトル角度、望ましくない電流飽和、および瞬間的な過電圧が指摘されます。
1. 導入
GFMインバータの電圧源挙動により、その出力電流は外部システム条件に大きく依存します。共通結合点（PCC）での電圧低下や位相ジャンプなどの大きな障害時には、同期発電機は一般的に5-7 p.u.の過電流を供給できますが、半導体ベースのインバータは通常1.2-2 p.u.の過電流しか処理できません。これにより、正常運転時の電圧プロファイルを維持することが困難になります。電流リミッターは、過電流条件下でインバータを電流源のように動作させることができ、これにより出力電流ベクトル角度を規制し、故障電流寄与要件を満たすことができます。一方、仮想インピーダンス法と電圧リミッターは、深刻な障害下でもGFMインバータの電圧源挙動をある程度維持することができます。これにより自動的な故障回復が可能となります。この論文では、これらの方法をレビューし、解決すべき新たな課題として、一時的な過電流、未指定の出力電流ベクトル角度、望ましくない電流飽和、および瞬間的な過電圧が指摘されます。
2. 電流制限制御方法の基礎
以下の図は、グリッド接続型GFMインバータの簡略化された回路モデルを示しています。GFMインバータは内部電圧源veと等価出力インピーダンスで構成されています。フィルタインピーダンスは、内側制御ループを使用しない場合、Zeに含まれます。内側制御ループを使用する場合は、フィルタインピーダンスはZeに含まれません。
3. 電流リミッター
飽和電流基準i¯refの計算方法に基づいて、GFMインバータには通常、瞬時リミッター、マグニチュードリミッター、および優先度ベースのリミッターの3種類の電流リミッターが使用されます。瞬時リミッターの図は図(a)に示されており、要素ごとの飽和関数を利用して飽和電流基準i¯refを達成します。マグニチュードリミッターの図は図(b)に示されており、元の電流基準irefの大きさのみを減少させます。i¯refの角度はirefと同じです。図(c)は優先度ベースのリミッターの原理を示しており、irefの大きさを減少させるだけでなく、特定の値ϕIに角度を優先させます。ϕIはユーザ定義の角度であり、i¯refとd軸との間の角度差を表します。θ。
4. 仮想インピーダンス
仮想インピーダンス法は、電圧変調基準を直接修正し、高速追従電流制御ループを持つ仮想アドミタンス法を組み合わせることで、深刻な障害時に良好な電流制限性能を達成することができます。一方、内側制御ループを持つ仮想インピーダンス法は、電圧基準vrefが電圧制御ループによって高速に追従できるという仮定に基づいて電流制限を達成します。電圧制御ループの帯域幅が比較的低いため、一時的な過電流が観測されることがあります。この問題に対処するため、仮想インピーダンスと優先度ベースの電流リミッター、および電流マグニチュードリミッターを組み合わせたハイブリッド電流制限方法が提案されています。
5. 電圧リミッター
電圧リミッターは、電圧差∥vPWM−vt∥を∥Zf∥IMよりも小さくすることを目指しており、外側制御ループによって生成された電圧基準を修正して電流マグニチュード制限を実現します。この方法は、特定の条件下でシステムを不安定にする可能性のある適応型仮想インピーダンスを必要としないため、推奨される解決策です。電圧リミッターの場合、内側制御ループは通常透過的であり、つまりvPWM=vrefです。その後、この電流制限方法の等価回路図を表現することができます。
