En oversikt over strømbegrensningstyring av nettformende omvendere under symmetriske forstyrrelser

    Gjennomformende (GFM) omvendere anerkjennes som en realistisk løsning for å øke andelen fornybar energi i kraftsystemer. Imidlertid er de fysisk forskjellige fra synkronmotorer når det gjelder overstrømningsevne. For å beskytte strømsemikonduktorer og støtte kraftnettet under alvorlige symmetriske forstyrrelser, bør GFM-kontrollsystemene kunne oppfylle følgende krav: begrensning av strømmens størrelse, bidrag til feilstrøm og evne til feilgjenoppretting. Forskjellige metoder for strømbegrensning er rapportert i litteraturen for å oppfylle disse målene, inkludert strømbegrenser, virtuell impedans og spenningbegrenser. Denne artikkelen gir en oversikt over disse metodene. Oppstående utfordringer som må håndteres, inkluderer midlertidig overstrømning, uspesifisert vinkel på utgangsstrømvectoren, uønsket strømsaturering og midlertidig overspenning.

1.Introduksjon.

    Spanningskildeoppførselen til GFM-omvendere gjør at deres utgangsstrømmer er høy grad avhengige av eksterne systemforhold. Ved store forstyrrelser som spenningsnedgang eller fasestyrting ved felleskopling (PCC), kan synkronmotorer generelt levere 5–7 p.u. overstrømning [8], mens halvlederbaserede omvendere vanligvis bare kan håndtere 1.2–2 p.u. overstrømning, noe som hindrer dem i å opprettholde spenningsprofilen som under normal drift. Strømbegrenser gjør vanligvis at omvenderen oppfører seg som en strømkilde under overstrømningsforhold, noe som kan forenkle reguleringen av utgangsstrømvektorens vinkel for å møte kravet om bidrag til feilstrøm. I sammenligning kan metoder med virtuell impedans og spenningbegrenser opprettholde spanningskildeoppførselen til GFM-omvenderen i en vis grad under alvorlige forstyrrelser, noe som kan tillate automatisk feilgjenoppretting. Denne artikkelen gennemgår disse metodene og identifiserer de oppstående utfordringene som må håndteres, inkludert midlertidig overstrømning, uspesifisert vinkel på utgangsstrømvectoren, uønsket strømsaturering og midlertidig overspenning.

2.   Grunnleggende prinsipper for strømbegrensningsmetoder.

    Følgende figur viser et forenklet kretskartmodell av en netttilkoblet GFM-omvender. GFM-omvenderen består av en intern spenningskilde ve og ekvivalent utgangsimpedans. Filterimpedansen vil bli inkludert i Ze, hvis ingen indre kontrollsløyfe benyttes. Når indre kontrollsløyfe brukes, vil filterimpedansen ikke bli inkludert i Ze.

3.   Strømbegrenser.

     Basert på hvordan den saturerte strømreferansen i¯ref beregnes, brukes tre strømbegrenser vanligvis for GFM-omvendere, inkludert øyeblikkelig begrenser, størrelsesbegrenser og prioriteringsbaserte begrenser. Illustrasjonen av en øyeblikkelig begrenser vises i Fig. (a), som bruker en elementvis saturasjonsfunksjon for å oppnå en saturert strømreferanse i¯ref. Illustrasjonen av en størrelsesbegrenser vises i Fig. (b), som bare reduserer størrelsen på den opprinnelige strømreferansen iref. Vinkelen til i¯ref beholdes den samme som den til iref. Fig. (c) viser prinsippet bak prioriteringsbaserte begrenser, som ikke bare reduserer størrelsen på iref, men også prioriterer dens vinkel til en spesifikk verdi ϕI. Merk at ϕI er en brukerdefinert vinkel som representerer vinkeldifferansen mellom i¯ref og d-aksen orientert mot θ.

4.  Virtuell impedans.

    Metoden med virtuell impedans som direkte endrer spenningsmodulasjonsreferansen og metoden med virtuell admittans med en hurtig sporingsstrømkontrollsløyfe kan oppnå god strømbegrensningsevne når alvorlige forstyrrelser oppstår. I sammenligning oppnår metoden med virtuell impedans og indre kontrollsløyfe strømbegrensning basert på antagelsen at spenningsreferansen vref kan hurtigt spores av spenningskontrollsløyfen. Ettersom båndbredde på spenningskontrollsløyfen er relativt lav, kan midlertidig overstrømning observeres. For å håndtere dette problemet, presenteres hybrid strømbegrensningsmetoder som kombinerer virtuell impedans med prioriteringsbaserte strømbegrenser og størrelsesbegrenser.

5. Spenningbegrenser.

    Spenningbegrenser har som mål å direkte redusere spenningsdifferansen ∥vPWM−vt∥ til å være mindre enn ∥Zf∥IM, som endrer spenningsreferansen generert av ytre kontrollsløyfen for å realisere begrensning av strømmens størrelse. Denne metoden er en foreslått løsning siden den ikke krever adaptive virtuelle impedanser som kan destabilisere systemet under visse forhold. For spenningbegrenser er indre kontrollsløyfen vanligvis gjennomsiktig, det vil si, vPWM=vref. Deretter kan en ekvivalent kretsskisse av denne strømbegrensningsmetoden uttrykkes.