Current-limiting methods for grid-forming inverters and their effect on transient stability

Abstract

Η μετάβαση του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας από ένα σύστημα που κυριαρχείται από σύγχρονες μηχανές σε ένα σύστημα που κυριαρχείται από μετατροπείς ηλεκτρονικών ισχύος, έχει επιφέρει σημαντικές τεχνικές και λειτουργικές προκλήσεις. Οι αντιστροφείς διαμόρφωσης δικτύου θεωρούνται μια υποσχόμενη λύση για την ενίσχυση της ευστάθειας των μελλοντικών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας και για την διευκόλυνση της ενσωμάτωσης των μετατροπέων ηλεκτρονικών ισχύος στο δίκτυο, σε μεγάλη κλίμακα. Σε αντίθεση με τις σύγχρονες γεννήτριες, οι αντιστροφείς διαμόρφωσης δικτύου έχουν περιορισμένη αντοχή σε υπερένταση. Επομένως, οι μέθοδοι περιορισμού του ρεύματος είναι απαραίτητες για την προστασία των στοιχείων του μετατροπέα. Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατανόηση των μεθόδων που χρησιμοποιούνται για τον περιορισμό του ρεύματος των αντιστροφέων διαμόρφωσης δικτύου σε διαταραχές, καθώς και η μελέτη της επίδρασης των μεθόδων αυτών στην μεταβατική ευστάθεια. Αρχικά, παρουσιάζεται μια εκτενής ανασκόπηση των συχνά χρησιμοποιούμενων μεθόδων ελέγχου διαμόρφωσης δικτύου και περιορισμού ρεύματος, η οποία ακολουθείται από την υλοποίηση αρκετών από αυτές τις μεθόδους στο λογισμικό προσομοίωσης PLECS. Στην συνέχεια, πραγματοποιούνται προσομοιώσεις για την επιβεβαίωση της αποτελεσματικής λειτουργίας των υλοποιημένων μεθόδων περιορισμού ρεύματος σε διάφορα σφάλματα, καθώς και για την ανάδειξη διαφορών στην απόκριση τους. Έπειτα, μελετάται η μεταβατική ευστάθεια των αντιστροφέων διαμόρφωσης δικτύου μέσω καμπυλών ισχύος-γωνίας, οι οποίες προκύπτουν από τα μοντέλα μεγάλου σήματος των χρησιμοποιούμενων μεθόδων περιορισμού ρεύματος. Παρουσιάζεται η θεωρητική πορεία ισχύος-γωνίας για βραχυκυκλώματα και αναλύεται η επίδραση του περιορισμού ρεύματος στην μεταβατική ευστάθεια. Τα μοντέλα μεγάλου σήματος και η θεωρητική ανάλυση επιβεβαιώνονται μέσω προσομοιώσεων. Τέλος, πραγματοποιούνται προσομοιώσεις πραγματικού χρόνου για την αξιολόγηση της απόδοσης των υλοποιημένων μεθόδων περιορισμού ρεύματος, υπό συνθήκες πραγματικού χρόνου. Τα συστήματα ελέγχου υλοποιούνται σε έναν μικροελεγκτή, ο οποίος αλληλεπιδρά με το υπόλοιπο προσομοιωμένο σύστημα. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων πραγματικού χρόνου δείχνουν ότι οι υλοποιημένες τεχνικές περιορισμού ρεύματος μπορούν να περιορίσουν αποτελεσματικά το ρεύμα για διαφορετικούς τύπους διαταραχών, υπό συνθήκες πραγματικού χρόνου.