En översyn av strömbegränsningskontroll av nätbildande inverterare under symmetriska störningar

    Nätbildande (GFM) omvandlare erkänns som en möjlig lösning för att öka andelen förnybar energi i stora elsystem. Emellertid skiljer de sig fysiskt från synkrona generatorer i fråga om överströmförmåga. För att skydda strömkällorna och stödja det elektriska nätet under allvarliga symmetriska störningar bör GFM-styrsystem kunna uppfylla följande krav: begränsning av strömamplitud, bidrag till felström och återhämtningseffektivitet vid fel. I litteraturen rapporteras olika strömbegränsningsstyrmetoder för att uppfylla dessa mål, inklusive strömbegränsare, virtuellt impedans och spänningsbegränsare. Detta dokument ger en översikt över dessa metoder. Uppdyrkade utmaningar som behöver hanteras, inklusive tillfällig överström, ospecificerad vinkel för utgångsströmsvektor, oönskad strömättning och tillfällig överspänning, pekas ut.

1.Introduktion.

    Den spänningskällande beteendet hos GFM-omvandlare gör deras utgångsströmmar starkt beroende av externa systemförhållanden. Vid stora störningar, som spänningsfall eller fasflytt vid den gemensamma anslutningspunkten (PCC), kan synkrona generatorer vanligtvis leverera 5–7 p.u. överström [8], medan halvledarbaserade omvandlare vanligtvis bara kan hantera 1,2–2 p.u. överström, vilket hindrar dem från att bibehålla spänningsprofilen som vid normal drift. Strömbegränsarna får ofta omvandlaren att bete sig som en strömkälla under överströmsförhållanden, vilket kan underlätta regleringen av utgångsströmsvektorns vinkel för att uppfylla kravet på felströmsbidrag. Jämfört med detta kan de virtuella impedansmetoderna och spänningsbegränsarna till viss del bibehålla den spänningskällande beteendet hos GFM-omvandlaren under allvarliga störningar, vilket kan tillåta automatisk felåterhämtning. Detta dokument granskar dessa metoder och identifierar de uppdyrkade utmaningarna som behöver hanteras, inklusive tillfällig överström, ospecificerad vinkel för utgångsströmsvektor, oönskad strömättning och tillfällig överspänning.

2.   Grundläggande om strömbegränsningsstyrmetoder.

    Följande figur visar ett förenklat kretsmodell av en nätansluten GFM-omvandlare. GFM-omvandlaren består av en intern spänningskälla ve och ekvivalent utgångsimpedans. Filterimpedansen kommer att ingå i Ze, om ingen inre kontroll används. När inre kontroll används kommer filterimpedansen inte att ingå i Ze.

3.   Strömbegränsare.

     Baserat på hur den mättade strömsreferensen i¯ref beräknas, används vanligtvis tre strömbegränsare för GFM-omvandlare, inklusive den momentana begränsaren, magnitudbegränsaren och prioriteringsbaserade begränsaren. Illustrationen av en momentan begränsare visas i Fig.(a), vilken använder en elementvis mättning för att uppnå en mättad strömsreferens i¯ref. Illustrationen av en magnitudbegränsare ges i Fig. (b), vilken endast minskar magnituden av den ursprungliga strömsreferensen iref. Vinkeln av i¯ref bibehåller samma som den av iref. Fig. (c) visar principen för den prioriteringsbaserade begränsaren, vilken inte bara minskar magnituden av iref utan också prioriterar dess vinkel till ett specifikt värde ϕI. Observera att ϕI är en användardefinierad vinkel som representerar vinkel skillnaden mellan i¯ref och d-axeln orienterad till θ.θ.

4.  Virtuell impedans.

    Metoden med virtuell impedans som direkt modifierar spänningsmoduleringsreferensen och metoden med virtuell admittans med en snabb spårningsströmkontrollloop kan uppnå bra strömbegränsningsprestanda när allvarliga störningar inträffar. I jämförelse uppnår metoden med virtuell impedans och inre kontroll strömbegränsning baserat på antagandet att spänningsreferensen vref kan snabbt spåras av spänningskontrollloopen. Eftersom bandbredden för spänningskontrollloopen är relativt låg kan tillfällig överström observeras. För att hantera detta problem presenteras hybridströmbegränsningsmetoder som kombinerar virtuell impedans med prioriteringsbaserad strömbegränsare och strömmagnitudsbegränsare.

5. Spänningsbegränsare.

    Spänningsbegränsare syftar till att direkt minska spänningskillnaden ∥vPWM−vt∥ till mindre än ∥Zf∥IM, vilket ändrar spänningsreferensen genererad av den yttre kontrollen för att realisera begränsning av strömmagnitud. Denna metod rekommenderas eftersom den inte kräver adaptiv virtuell impedans som kan destabilisera systemet under vissa förhållanden. För spänningsbegränsare är den inre kontrollloopen vanligtvis transparent, det vill säga, vPWM=vref. Sedan kan ett ekvivalent kretsschema för denna strömbegränsningsmetod uttryckas.