Een Overzicht van Stroombeperkende Regelgeving voor Netvormende Inverters onder Symmetrische Verstoringen

    Grid-forming (GFM) omvormers worden erkend als een haalbare oplossing om de penetratie van hernieuwbare energie in bulk elektriciteitsystemen te verhogen. Echter, ze verschillen fysiek van synchrone generatoren wat betreft hun overstroomvermogen. Om de krachtsemiconductorapparatuur te beschermen en het elektriciteitsnet te ondersteunen bij ernstige symmetrische storingen, moeten GFM-controlesystemen in staat zijn de volgende eisen te vervullen: beperking van de stroomsterkte, bijdrage aan de foutstroom en herstelcapaciteit na een storing. In de literatuur worden verschillende stroombeperkende controlemethoden gerapporteerd om deze doelen te bereiken, waaronder stroombeperkers, virtuele impedantie en spanningbeperkers. Dit artikel geeft een overzicht van deze methoden. Erkende uitdagingen die aangepakt moeten worden, inclusief tijdelijke overstroom, ongespecificeerde hoek van de uitvoerstroomvector, ongewenste stroomsaturatie en tijdelijke overspanning, worden aangegeven.

1.Inleiding.

    Het gedrag van GFM-omvormers als spanningsbron maakt hun uitvoerstromen sterk afhankelijk van externe systeomstandigheden. Bij grote storingen zoals spanningdalingen of faseversprongen op het punt van gemeenschappelijke koppeling (PCC), kunnen synchrone generatoren in het algemeen 5-7 p.u. overstroom leveren [8], terwijl semiconductorbasierte omvormers meestal slechts 1,2-2 p.u. overstroom kunnen hanteren, waardoor ze niet in staat zijn het spanningprofiel te handhaven zoals in normale bedrijfsomstandigheden. Stroombeperkers laten de omvormer meestal als een stroombron gedragen tijdens overstroomcondities, wat kan helpen bij de regeling van de hoek van de uitvoerstroomvector om aan de eis voor bijdrage aan de foutstroom te voldoen. Daarentegen kunnen de methoden met virtuele impedantie en spanningbeperkers het gedrag als spanningsbron van de GFM-omvormer tot op zekere hoogte behouden tijdens ernstige storingen, wat automatisch herstel na een storing mogelijk kan maken. Dit artikel bespreekt deze methoden en identificeert de opkomende uitdagingen die aangepakt moeten worden, waaronder tijdelijke overstroom, ongespecificeerde hoek van de uitvoerstroomvector, ongewenste stroomsaturatie en tijdelijke overspanning.

2.   Basisbeginselen van stroombeperkende controlemethoden.

    De volgende figuur toont een vereenvoudigd circuitmodel van een netwerkgekoppelde GFM-omvormer. De GFM-omvormer bestaat uit een interne spanningbron ve en equivalente uitvoerimpedantie. De filterimpedantie zal in Ze worden opgenomen, indien er geen inner-loop controle wordt gebruikt. Wanneer inner-loop controle wordt gebruikt, zal de filterimpedantie niet in Ze worden opgenomen.

3.   Stroombeperker.

     Op basis van hoe de verzadigde stroomreferentie i¯ref wordt berekend, worden drie stroombeperkers meestal gebruikt voor GFM-omvormers, waaronder de instantane beperker, de groottebeperker en de prioriteitsgebaseerde beperker.De illustratie van een instantane beperker is getoond in fig. (a), die gebruikmaakt van een element-wijze verzadigingsfunctie om een verzadigde stroomreferentie i¯ref te bereiken. De illustratie van een groottebeperker wordt gegeven in fig. (b), die alleen de grootte van de oorspronkelijke stroomreferentie iref vermindert. De hoek van i¯ref blijft hetzelfde als die van iref. Fig. (c) toont het principe van de prioriteitsgebaseerde beperker, die niet alleen de grootte van iref vermindert, maar ook de hoek ervan prioritiseert naar een specifieke waarde ϕI. Merk op dat ϕI een door de gebruiker gedefinieerde hoek is die de hoekverschil tussen i¯ref en de d-as gericht naar θ vertegenwoordigt.

4.  Virtuele impedantie.

    De methode met virtuele impedantie die de spanningmodulatiereferentie direct wijzigt en de methode met virtuele admittantie met een snelle stroomcontrolelus kunnen goede stroombeperkingsprestaties bereiken wanneer er ernstige storingen optreden. In vergelijking daarbij bereikt de methode met virtuele impedantie met inner-loop controle stroombeperking op basis van de hypothese dat de spanningreferentie vref snel kan worden getracked door de spanningcontrolelus. Aangezien de bandbreedte van de spanningcontrolelus relatief laag is, kan tijdelijke overstroom worden waargenomen. Om dit probleem aan te pakken, worden hybride stroombeperkingsmethoden gepresenteerd die de virtuele impedantie combineren met de prioriteitsgebaseerde stroombeperker en de stroomgroottebeperker.

5. Spanningsbeperker.

    Spanningsbeperkers hebben als doel de spanningverschil ∥vPWM−vt∥ kleiner te maken dan ∥Zf∥IM, wat de spanningreferentie genereert die door de outer-loop controle wordt aangepast om stroomgroottebeperking te realiseren. Deze methode wordt voorgesteld omdat ze geen adaptieve virtuele impedantie vereist, die het systeem onder bepaalde omstandigheden kan destabiliseren. Voor spanningsbeperkers is de inner-control lus meestal transparant, dat wil zeggen, vPWM=vref. Vervolgens kan een equivalent circuitdiagram van deze stroombeperkingsmethode worden uitgedrukt.