Một Đánh Giá về Điều Khiển Giới Hạn Dòng Điện của Bộ Chuyển Đổi Hình Thành Mạng dưới Các Xáo Trộn Đối Xứng

    Bộ chuyển đổi tạo lưới (GFM) được công nhận là giải pháp khả thi để tăng cường sự thâm nhập của năng lượng tái tạo vào hệ thống điện lớn.  Tuy nhiên, chúng khác biệt về mặt vật lý so với máy phát điện đồng bộ về khả năng chịu dòng điện quá tải.  Để bảo vệ các thiết bị bán dẫn và hỗ trợ lưới điện dưới các nhiễu loạn đối xứng nghiêm trọng, hệ thống điều khiển GFM nên có thể đạt được các yêu cầu sau: hạn chế độ lớn của dòng điện, đóng góp dòng điện lỗi, và khả năng phục hồi sau lỗi.  Nhiều phương pháp điều khiển hạn chế dòng điện đã được báo cáo trong văn học để thực hiện những mục tiêu này, bao gồm các giới hạn dòng điện, trở kháng ảo, và giới hạn điện áp.  Bài viết này trình bày tổng quan về những phương pháp đó.  Các thách thức mới cần được giải quyết, bao gồm dòng điện quá tải tạm thời, góc véc tơ dòng điện đầu ra không xác định, bão hòa dòng điện không mong muốn, và điện áp quá tải thoáng qua, được chỉ ra. 

1.Giới thiệu.

    Hành vi nguồn điện áp của bộ chuyển đổi GFM khiến dòng điện đầu ra của chúng phụ thuộc nhiều vào điều kiện hệ thống bên ngoài. Khi xảy ra nhiễu loạn lớn như sụt giảm điện áp hoặc nhảy pha tại điểm chung nối (PCC), máy phát điện đồng bộ thường có thể cung cấp dòng điện quá tải 5–7 p.u. [8], trong khi các bộ chuyển đổi dựa trên bán dẫn chỉ có thể xử lý 1.2–2 p.u. dòng điện quá tải, điều này ngăn chúng duy trì cấu hình điện áp như trong hoạt động bình thường. Các giới hạn dòng điện thường làm cho bộ chuyển đổi hoạt động như một nguồn dòng điện trong điều kiện dòng điện quá tải, điều này có thể giúp điều chỉnh góc véc tơ dòng điện đầu ra để đáp ứng yêu cầu đóng góp dòng điện lỗi. So với đó, các phương pháp trở kháng ảo và giới hạn điện áp có thể duy trì hành vi nguồn điện áp của bộ chuyển đổi GFM đến một mức độ nào đó trong các nhiễu loạn nghiêm trọng, điều này có thể cho phép khôi phục tự động sau lỗi. Bài viết này đánh giá những phương pháp này và xác định các thách thức mới cần được giải quyết, bao gồm dòng điện quá tải tạm thời, góc véc tơ dòng điện đầu ra không xác định, bão hòa dòng điện không mong muốn, và điện áp quá tải thoáng qua.

2.   Cơ bản về Phương pháp Điều khiển Hạn chế Dòng Điện.

    Hình dưới đây cho thấy mô hình mạch đơn giản của bộ chuyển đổi GFM nối lưới. Bộ chuyển đổi GFM bao gồm một nguồn điện áp nội bộ ve và trở kháng đầu ra tương đương. Trở kháng lọc sẽ được bao gồm trong Ze, nếu không sử dụng điều khiển vòng lặp nội. Khi sử dụng điều khiển vòng lặp nội, trở kháng lọc sẽ không được bao gồm trong Ze.

3.   Giới hạn Dòng Điện.

     Dựa trên cách tính toán dòng điện tham chiếu bão hòa i¯ref, ba giới hạn dòng điện thường được sử dụng cho bộ chuyển đổi GFM, bao gồm giới hạn tức thời, giới hạn độ lớn, và giới hạn dựa trên ưu tiên. Hình minh họa của giới hạn tức thời được hiển thị trong Hình (a), sử dụng hàm bão hòa theo từng phần tử để đạt được dòng điện tham chiếu bão hòa i¯ref. Hình minh họa của giới hạn độ lớn được cho trong Hình (b), chỉ giảm độ lớn của dòng điện tham chiếu ban đầu iref. Góc của i¯ref giữ nguyên như iref. Hình (c) cho thấy nguyên tắc của giới hạn dựa trên ưu tiên, không chỉ giảm độ lớn của iref mà còn ưu tiên góc của nó đến một giá trị cụ thể ϕI. Lưu ý rằng ϕI là góc được định nghĩa bởi người dùng đại diện cho sự khác biệt góc giữa i¯ref và trục d hướng đến θ.θ.

4.  Trở Kháng Ảo.

    Phương pháp trở kháng ảo sửa đổi trực tiếp tham chiếu điều biến điện áp và phương pháp dẫn điện ảo với vòng điều khiển dòng điện theo dõi nhanh có thể đạt được hiệu suất hạn chế dòng điện tốt khi xảy ra nhiễu loạn nghiêm trọng. So sánh, phương pháp trở kháng ảo với điều khiển vòng lặp nội đạt được hạn chế dòng điện dựa trên giả thuyết rằng tham chiếu điện áp vref có thể được theo dõi nhanh chóng bởi vòng điều khiển điện áp. Do băng thông của vòng điều khiển điện áp tương đối thấp, dòng điện quá tải tạm thời có thể được quan sát. Để giải quyết vấn đề này, các phương pháp hạn chế dòng điện lai kết hợp trở kháng ảo với giới hạn dòng điện dựa trên ưu tiên và giới hạn độ lớn dòng điện được trình bày.

5. Giới hạn Điện Áp.

    Giới hạn điện áp nhằm giảm trực tiếp sự khác biệt điện áp ∥vPWM−vt∥ nhỏ hơn ∥Zf∥IM, điều chỉnh tham chiếu điện áp do vòng điều khiển ngoại tạo ra để thực hiện hạn chế độ lớn dòng điện. Phương pháp này được đề xuất vì nó không yêu cầu trở kháng ảo thích ứng có thể làm mất ổn định hệ thống trong một số điều kiện. Đối với giới hạn điện áp, vòng điều khiển nội thường là trong suốt, tức là vPWM=vref. Sau đó, sơ đồ mạch tương đương của phương pháp hạn chế dòng điện này có thể được biểu diễn.