Pregled ograničenja struje kod formiranjem mreže invertera pod uslovima simetričnih ometanja

    Inverzori oblika mreže (GFM) prepoznati su kao prihvatljivo rešenje za povećanje učešća obnovljivih izvora energije u velikim električnim sistemima. Međutim, fizički se razlikuju od sinkronih generatora u pogledu sposobnosti da podnese pretjerano strujanje. Da bi se zaštitile poluprovodničke uređaje i podržala elektroenergetska mreža tokom teških simetričnih ometanja, sistemi upravljanja GFM trebaju biti u stanju da ispunjavaju sledeće zahteve: ograničenje magnituda struje, doprinose struje greške i sposobnost oporavka nakon greške. U literaturi se navode različiti metodi ograničavanja struje kako bi se ostvarili ovi ciljevi, uključujući ograničivače struje, virtualnu impedanciju i ograničivače napona. Ovaj rad daje pregled tih metoda. Ukazane su i nove izazove koje je potrebno rešiti, uključujući privremeno pretjerano strujanje, nedefinisan ugao vektora izlazne struje, neželjenu nasycenost struje i privremeni prekomitan napon.

1. Uvod

    Ponasanje inverzora GFM kao izvora napona čini njihove izlazne struje zavisnim od vanjskih uslova sistema. Pri velikim ometanjima, poput padova napona ili skokova faze na tački zajedničkog spoja (PCC), sinkroni generatori, uopšte, mogu snabdeti 5–7 p.u. prekomito strujanje [8], dok poluprovodnički inverzori mogu obično obraditi samo 1,2–2 p.u. prekomito strujanje, što ih sprečava da održavaju profil napona kao u normalnom radu. Ograničivači struje obično dovode do toga da inverzor ponasa kao izvor struje tokom uslova prekomitog strujanja, što može omogućiti regulaciju ugla vektora izlazne struje kako bi se ispunio zahtev za doprinos struje greške. U poređenju sa tim, metode virtualne impedancije i ograničivači napona mogu do neke mere održati ponasanje inverzora GFM kao izvora napona tokom teških ometanja, što može dozvoliti automatsko oporavljivanje od greške. Ovaj rad pregleda te metode i identifikuje nove izazove koji treba da budu rešeni, uključujući privremeno prekomito strujanje, nedefinisan ugao vektora izlazne struje, neželjenu nasycenost struje i privremeni prekomitan napon.

2.   Osnovi metoda ograničavanja struje

    Sledeca slika pokazuje pojedinosti modela strujnog kruga vezanog za mrežu GFM inverzora. GFM inverzor sastoji se od unutrašnjeg izvora napona ve i ekvivalentne izlazne impedancije. Impedancija filtera će biti uključena u Ze, ako se ne koristi kontrola unutrašnjeg kruga. Kada se koristi kontrola unutrašnjeg kruga, impedancija filtera neće biti uključena u Ze.

3.   Ograničivač struje

     Na osnovu načina izračunavanja nasycenog referentnog signala struje i¯ref, tri ograničivača struje se često koriste za GFM inverzore, uključujući trenutni ograničivač, ograničivač magnituda i prioritetni ograničivač. Ilustracija trenutnog ograničivača data je na slici (a), koja koristi funkciju nasycenja element po element kako bi se dostigao nasycen referentni signal struje i¯ref. Ilustracija ograničivača magnituda data je na slici (b), koja smanjuje samo magnitudu originalnog referentnog signala struje iref. Ugao i¯ref ostaje isti kao ugao iref. Slika (c) pokazuje princip prioritetnog ograničivača, koji ne samo smanjuje magnitudu iref, već i prioritizuje njegov ugao na određenu vrednost ϕI. Napomena: ϕI je korisnik-definisani ugao koji predstavlja razliku uglova između i¯ref i d-ose orijentisane prema θ.θ.

4.  Virtualna impedancija

    Metoda virtualne impedancije koja direktno modifikuje referentni signal napona i metoda virtualne admitancije sa brzom petljom kontrole struje mogu postići dobru performansu ograničavanja struje kada se javljaju teška ometanja. U poređenju sa tim, metoda virtualne impedancije sa kontrolom unutrašnjeg kruga postiže ograničavanje struje na pretpostavci da referentni signal napona vref može biti brzo pratiljen od strane petlje kontrole napona. Budući da je širina pasosa petlje kontrole napona relativno niska, može se posmatrati privremeno prekomito strujanje. Da bi se ovaj problem rešio, predstavljeni su hibridni metodi ograničavanja struje koji kombiniraju virtualnu impedanciju sa prioritetnim ograničivačem struje i ograničivačem magnituda struje.

5. Ograničivač napona

    Cilj ograničivača napona je direktno smanjiti razliku ∥vPWM−vt∥ da bude manja od ∥Zf∥IM, što modifikuje referentni signal napona generisan od strane spoljnog kruga kontrole kako bi se realizovalo ograničavanje magnituda struje. Ovaj metod je predloženo rešenje jer ne zahteva adaptivnu virtualnu impedanciju koja može destabilizovati sistem pod određenim uslovima. Za ograničivače napona, unutrašnja petlja kontrole je obično transparentna, tj. vPWM=vref. Zatim, ekvivalentni dijagram strujnog kruga ove metode ograničavanja struje može se izraziti.