Pregled omejevalne kontrole mrežnih oblikovalcev pri simetričnih motnjah

    Inverzorji z oblikovanjem omrežja (GFM) so prepoznani kot učinkovita rešitev za povečanje deleža obnovljivih virov energije v masnih električnih sistemih. Vendar so fizično različni od sinhronih generatorjev glede na zmogljivost prekomernega toka. Za zaščito polprevodniških naprav in podporo električnemu omrežju ob težjih simetričnih motnjah morajo GFM nadzorni sistemi doseči naslednje zahteve: omejitev velikosti toka, prispevek k strmi toki in sposobnost obnove po motnji. V literaturi so poročane različne metode omejitve toka, ki izpolnjujejo te cilje, vključno z omejevalci toka, navidezno upornostjo in omejevalci napetosti. Ta članek predstavlja pregled teh metod. Izpostavljene so tudi nove izzive, ki jih je treba rešiti, vključno s trenutnimi prekomernimi tokovi, nedefiniranimi kotnimi vrednostmi izhodnega toka, neželeno nasititvijo toka in prekomerno prehodno napetostjo.

1.Uvod

    Ponudnik napetosti GFM inverzorjev povzroča, da so njihovi izhodni tokovi visoko odvisni od zunanjih pogojev sistema. Ob velikih motnjah, kot so padeci napetosti ali skoki faze na skupni točki priključitve (PCC), lahko sinhroni generatorji na splošno zagotovijo 5–7 p.u. prekomernega toka [8], medtem ko lahko polprevodniški inverzorji običajno obvladajo le 1,2–2 p.u. prekomernega toka, kar jim onemogoča ohranjanje profila napetosti, kot v normalnem delovanju. Omejevalci toka običajno naredijo, da se inverzor obnaša kot vir toka ob prekomernih pogojih, kar lahko olajša regulacijo kotne vrednosti izhodnega toka, da bi izpolnil zahteve za prispevek k strmi toki. V primerjavi lahko metode navidezne upornosti in omejevalci napetosti do določene mere ohranjajo ponudnika napetosti GFM inverzorja ob težjih motnjah, kar lahko omogoča avtomatsko obnovo po motnji. Ta članek pregleduje te metode in identificira nove izzive, ki jih je treba rešiti, vključno s trenutnimi prekomernimi tokovi, nedefiniranimi kotnimi vrednostmi izhodnega toka, neželeno nasititvijo toka in prekomerno prehodno napetostjo.

2.   Osnove metod omejitve toka

    Spodnja slika prikazuje poenostavljeno vezanski model mrežnega povezanega GFM inverzorja. GFM inverzor sestavlja notranji vir napetosti ve in ekvivalentna izhodna upornost. Upornost filtra bo vključena v Ze, če ni uporabljen notranji zanki nadzora. Če je uporabljen notranji zanki nadzora, upornost filtra ne bo vključena v Ze.

3.   Omejevalec toka

     Na osnovi računanja nasitene referenčne vrednosti toka i¯ref so tri omejevalca toka običajno uporabljeni za GFM inverzorje, vključno z trenutnim omejevalcem, omejevalcem velikosti in omejevalcem na osnovi prioritete. Prikaz trenutnega omejevalca je prikazan na Sliki (a), ki uporablja elementarno funkcijo nasititve za dosego nasitene referenčne vrednosti toka i¯ref. Prikaz omejevalca velikosti je podan na Sliki (b), ki samo zmanjša velikost prvotne referenčne vrednosti toka iref. Kot i¯ref ohranja enak kot kot iref. Slika (c) prikazuje načelo omejevalca na osnovi prioritete, ki ne samo zmanjša velikost iref, ampak tudi daje prednost njegovemu kotu specifični vrednosti ϕI. Opomba: ϕI je definirana kot vrednost uporabnika, ki predstavlja kotni razmik med i¯ref in d-os, usmerjen na θ.

4.  Navidezna upornost

    Metoda navidezne upornosti, ki neposredno spreminja referenčno vrednost modulacije napetosti, in metoda navidezne admittance z hitrim sledilnim zankom nadzora toka, lahko doseže dobre rezultate omejitve toka, ko nastanejo težje motnje. V primerjavi dosega metoda navidezne upornosti z notranjim zankom nadzora omejevanje toka na hipotezi, da se referenčna vrednost napetosti vref lahko hitro sledi z zankom nadzora napetosti. Ker je pasovna širina zanka nadzora napetosti relativno nizka, se lahko opazi trenuten prekomerni tok. Za reševanje tega problema so predstavljene hibridne metode omejitve toka, ki kombinirajo navidezno upornost z omejevalcem toka na osnovi prioritete in omejevalcem velikosti toka.

5. Omejevalec napetosti

    Omejevalci napetosti so namenjeni neposredni zmanjšanju razlike ∥vPWM−vt∥, da je manjša od ∥Zf∥IM, kar spremeni referenčno vrednost napetosti, generirano z zankom nadzora vanjske zanke, za dosego omejevanja velikosti toka. Ta metoda je predlagana rešitev, ker ne zahteva prilagodljive navidezne upornosti, ki lahko destabilizira sistem v določenih pogojih. Za omejevalce napetosti je običajno notranji zanki nadzora prosojen, torej vPWM=vref. Nato se lahko izrazi ekvivalentni vezanski diagram te metode omejevanja toka.