Simetrik Bozulmalar Altında Ağ Oluşturan İnverterlerin Akım Sınırlama Kontrolünün İncelemesi

    Şebekeleri oluşturan (GFM) inverterler, toplu enerji sistemlerinde yenilenebilir enerjinin kullanım oranını artırmak için uygun bir çözüm olarak kabul edilir. Ancak, aşırı akım kapasitesi açısından senkron jeneratörlere fiziksel olarak farklıdırlar. Güç yarı iletken cihazlarını korumak ve ciddi simetrik bozulmalar altında güç şebekesini desteklemek için, GFM kontrol sistemleri şu gereklilikleri yerine getirmelidir: akım büyüklüğü sınırlandırması, arıza akımı katkısı ve arıza kurtarma yeteneği. Literatürde bu hedeflere ulaşmak için çeşitli akım sınırlama kontrol yöntemleri bildirilmiştir, bunlar arasında akım sınırlayıcılar, sanal empedans ve gerilim sınırlayıcılar bulunmaktadır. Bu makale, bu yöntemler hakkında bir genel bakış sunmaktadır. Geçici aşırı akım, belirsiz çıkış akımı vektör açısı, istenmeyen akım doygunluğu ve geçici aşırı gerilim gibi ele alınması gereken yeni zorluklar belirtilmiştir.

1.Giriş.

    GFM inverterlerin voltaj kaynağı davranışları, çıkış akımlarının dış sistem koşullarına yüksek oranda bağlı olmasına neden olur. Ortak bağlantı noktasında (PCC) voltaj düşüşü veya faz sıçraması gibi büyük bozulmalar üzerine, genellikle senkron jeneratörler 5-7 p.u. aşırı akım sağlayabilir [8], ancak yarı iletken tabanlı inverterler sadece tipik olarak 1.2-2 p.u. aşırı akım ile başa çıkabilir, bu da onların normal işlem sırasında olduğu gibi voltaj profilini korumasını engeller. Akım sınırlayıcılar genellikle aşırı akım durumlarında inverterin bir akım kaynağı gibi davranmasını sağlar, bu da çıkış akımı vektör açısının düzenlenmesini ve arıza akımı katkısı gerekliliğini karşılamasını kolaylaştırır. Buna karşılık, sanal empedans yöntemleri ve gerilim sınırlayıcılar, ciddi bozulmalarda GFM inverterin voltaj kaynağı davranışını bir ölçüde koruyabilir, bu da otomatik arıza kurtarmayı mümkün kılar. Bu makale, bu yöntemleri gözden geçirir ve ele alınması gereken yeni zorlukları belirler, bunlar arasında geçici aşırı akım, belirsiz çıkış akımı vektör açısı, istenmeyen akım doygunluğu ve geçici aşırı gerilim bulunmaktadır.

2.   Akım Sınırlandırma Kontrol Yöntemlerinin Temelleri.

    Aşağıdaki şekil, şebeke bağlantılı bir GFM inverterin basitleştirilmiş devre modelini göstermektedir. GFM inverter, dahili bir voltaj kaynağı ve eşdeğer çıkış empedansından oluşur. İç döngü kontrolü kullanılmadığında filtre empedansı Ze'ye dahil edilir. İç döngü kontrolü kullanıldığında, filtre empedansı Ze'ye dahil edilmez.

3.   Akım Sınırlayıcı.

    Doymuş akım referansı i¯ref'in nasıl hesaplandığına dayanarak, GFM inverterler için üç adet akım sınırlayıcı yaygın olarak kullanılır: anlık sınırlayıcı, büyüklük sınırlayıcı ve öncelik temelli sınırlayıcı. Anlık sınırlayıcının gösterimi Şekil (a)'da verilmiştir, burada öğe bazında doyuma fonksiyonunu kullanarak doymuş bir akım referansı i¯ref elde edilir. Büyüklük sınırlayıcısının gösterimi Şekil (b)'de verilmiştir, burada orijinal akım referansı iref'in büyüklüğü azaltılmaktadır. i¯ref'in açısı, iref'in açısıyla aynı kalır. Şekil (c), hem iref'in büyüklüğünü azaltan hem de açısını belirli bir değere ϕI öncelik veren öncelik temelli sınırlayıcının prensibini göstermektedir. Dikkat edilmesi gereken, ϕI, kullanıcı tanımlı bir açıdır ve i¯ref ile d-ekseni arasındaki açı farkını temsil etmektedir.

4.  Sanal Empedans.

    Ciddi bozulmalar olduğunda, doğrudan gerilim modülasyon referansını değiştirerek ve hızlı izleme akım kontrol döngüsü ile sanal admittance yöntemi iyi bir akım sınırlandırma performansı gösterebilir. Karşılaştırma olarak, iç döngü kontrolü ile sanal empedans yöntemi, gerilim referansı vref'in gerilim kontrol döngüsü tarafından hızlı bir şekilde takip edilebileceği varsayımına dayanarak akım sınırlandırmasını gerçekleştirir. Gerilim kontrol döngüsünün bant genişliğinin oldukça düşük olması nedeniyle, geçici aşırı akım gözlemlenebilir. Bu sorunla başa çıkmak için, öncelik temelli akım sınırlayıcı ve akım büyüklüğü sınırlayıcı ile birleştirilmiş sanal empedanslı hibrit akım sınırlama yöntemleri sunulmuştur.

5. Gerilim Sınırlayıcı.

    Gerilim sınırlayıcılar, dış döngü kontrolü tarafından üretilen gerilim referansını değiştirmek üzere voltaj farkını ∥vPWM−vt∥'yi ∥Zf∥IM'den daha küçük hale getirmeyi amaçlar. Bu yöntem, belirli koşullar altında sistemi istikrarsızlaştırabilecek adaptif sanal empedansa ihtiyaç duymadan önerilen bir çözümdür. Gerilim sınırlayıcılar için, iç kontrol döngüsü genellikle şeffaf olur, yani vPWM=vref. Sonrasında, bu akım sınırlama yönteminin eşdeğer devre diyagramı ifade edilebilir.