Реализуйте модель фазовращателя трехфазного статического синхронного компенсатора
Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / FACTS / основанные на силовой электронике Факты
Статический Синхронный Компенсатор (STATCOM) является устройством шунта Гибких Систем Передачи AC (FACTS) семейство, использующее силовую электронику, чтобы управлять потоком энергии и улучшить переходную устойчивость относительно энергосистем [1]. STATCOM регулирует напряжение на своем терминале путем управления суммой реактивной мощности, введенной в или поглощенный от энергосистемы. Когда системное напряжение является низким, STATCOM производит реактивную энергию (емкостный STATCOM). Когда системное напряжение высоко, оно поглощает реактивную мощность (индуктивный STATCOM).
Изменение реактивной мощности выполняется посредством Полученного напряжением конвертера (VSC), соединенного на вторичной стороне связывающегося преобразователя. VSC использует принудительно коммутируемые электронные устройства степени (GTOs, IGBTs или IGCTs), чтобы синтезировать напряжение V2 из источника напряжения постоянного тока. Принцип операции STATCOM объяснен на фигуре ниже показа передачи активной и реактивной мощности между источником V1 и источником V2. В этой фигуре V1 представляет системное напряжение, которым будут управлять, и V2 является напряжением, сгенерированным VSC.
Работа принципом STATCOM
P = (V 1V2) sinδ / X , Q = V 1 (V 1 – V 2cosδ) / X
| Символ | Значение |
|---|---|
| V 1 | Строка к линейному напряжению источника 1 |
| V 2 | Строка к линейному напряжению источника 2 |
| X | Реактивное сопротивление соединительного преобразователя и фильтров |
| δ | Угол фазы V 1 относительно V 2 |
В операции устойчивого состояния напряжение V2, сгенерированный VSC, совпадает с V1 (δ = 0), так, чтобы только реактивная мощность текла (P=0). Если V2 ниже, чем V1, Q вытекает из V1 к V2 (STATCOM поглощает реактивную мощность). На реверсе, если V2 выше, чем V1, Q вытекает из V2 к V1 (STATCOM производит реактивную энергию). Суммой реактивной мощности дают
Q = (V 1 (V 1 – V 2)) / X.
Конденсатор, соединенный на стороне DC VSC, действует как источник напряжения постоянного тока. В устойчивом состоянии напряжение V2 должен быть фазой, переключенной немного позади V1 в порядке компенсировать преобразователь и потери VSC и сохранить конденсатор заряженным. Две технологии VSC могут использоваться для VSC:
VSC использование основанных на GTO инверторов прямоугольной волны и специальных соединительных преобразователей. Обычно четыре трехуровневых инвертора используются, чтобы создать форму волны напряжения с 48 шагами. Специальные соединительные преобразователи используются, чтобы нейтрализовать гармоники, содержавшиеся в прямоугольных волнах, сгенерированных отдельными инверторами. В этом типе VSC основном компоненте напряжения V2 пропорционален напряжению Vdc. Поэтому Vdc должен отличаться для управления реактивной мощностью.
VSC использование основанных на IGBT инверторов PWM. Этот тип инвертора использует метод Модуляции длительности импульса (PWM), чтобы синтезировать синусоидальную форму волны из источника напряжения постоянного тока с типичной прерывающей частотой некоторых килогерц. Гармонические напряжения отменяются путем соединения фильтров в стороне AC VSC. Этот тип VSC использует фиксированное напряжение постоянного тока Vdc. Напряжение V2 отличается путем изменения индекса модуляции модулятора PWM.
Блок STATCOM (Phasor Type) моделирует основанный на IGBT STATCOM (зафиксированное напряжение постоянного тока). Однако, когда детали инвертора и гармоник не представлены, он может также использоваться, чтобы смоделировать основанный на GTO STATCOM в переходных исследованиях устойчивости. Подробная модель основанного на GTO STATCOM предоставлена в библиотеке FACTS в качестве примера (пример power_statcom_gto48p).
Фигура ниже показов однострочная схема STATCOM и упрощенная блок-схема его системы управления.
Однострочная схема STATCOM и его блок-схема системы управления
Система управления состоит из:
Замкнутый цикл фазы (PLL), который синхронизирует на компоненте положительной последовательности трехфазного первичного напряжения V1. Вывод PLL (угол Θ =ωt) используется, чтобы вычислить прямую ось и компоненты квадратурной оси AC трехфазное напряжение и токи (маркированный как Vd, Vq или Id, IQ на схеме).
Системы измерения, измеряющие d и q компоненты напряжения положительной последовательности AC и токов, которыми будут управлять, а также напряжение постоянного тока Vdc.
Внешний цикл регулирования, состоящий из регулятора напряжения переменного тока и регулятора напряжения постоянного тока. Выводом регулятора напряжения переменного тока является ссылочный текущий Iqref для текущего регулятора (IQ = текущий в квадратуре с напряжением, которое управляет потоком реактивной мощности). Выводом регулятора напряжения постоянного тока является ссылочный текущий Idref для текущего регулятора (ID = текущий в фазе с напряжением, которое управляет активным потоком энергии).
Внутренний цикл действующего постановления, состоящий из текущего регулятора. Текущий регулятор управляет значением и фазой напряжения, сгенерированного конвертером PWM (V2d V2q) от токов ссылки Idref и Iqref, произведенных соответственно регулятором напряжения постоянного тока и регулятором напряжения переменного тока (в режиме управления напряжения). Текущему регулятору помогает канал, вперед вводят регулятор, который предсказывает напряжение V2 вывод (V2d V2q) от измерения V1 (V1d V1q) и реактивное сопротивление утечки преобразователя.
Блок STACOM является моделью фазовращателя, которая не включает подробные представления силовой электроники. Необходимо использовать его с методом симуляции фазовращателя, активированным блоком Powergui. Это может использоваться в системах трехфазного питания вместе с синхронными генераторами, двигателями, динамическими нагрузками и другими FACTS и системами Возобновляемой энергии, чтобы выполнить переходные исследования устойчивости и наблюдать влияние STATCOM на электромеханических колебаниях и способности передачи на основной частоте.
STATCOM может управляться в двух различных режимах:
В режиме регулирования напряжения (напряжение отрегулировано в определенных рамках, как объяснено ниже),
В режиме управления var (реактивная мощность STATCOM вывод сохранен постоянным),
Когда STATCOM управляется в режиме регулирования напряжения, он реализует следующую характеристику V-I.
STATCOM V-I характеристика
Пока реактивное текущее пребывание в минимальных и минимальных текущих значениях (-IMAX, IMAX) наложенный оценкой конвертера, напряжение отрегулировано при ссылочном напряжении Vref. Однако свисание напряжения обычно используется (обычно между 1% и 4% в максимальной реактивной мощности вывод), и характеристике V-I указали на наклон в фигуре. В режиме регулирования напряжения характеристика V-I описана следующим уравнением:
V = V касательно + Xs I
где
V | Положительное напряжение последовательности (pu) |
I | Реактивный ток (pu/Pnom) (I> 0 указывает на индуктивный ток), |
Xs | Клонитесь или наклоните реактивное сопротивление (pu/Pnom) |
Pnom | Трехфазная номинальная степень конвертера задана в диалоговом окне блока |
STATCOM выполняет ту же функцию как SVC. Однако при напряжениях ниже, чем нормальная область значений регулирования напряжения, STATCOM может произвести больше реактивной энергии, чем SVC. Это - то, вследствие того, что максимальная емкостная энергия, произведенная SVC, пропорциональна квадрату системного напряжения (постоянная реактивная проводимость), в то время как максимальная емкостная энергия, произведенная STATCOM, уменьшается линейно с напряжением (постоянный ток). Эта способность обеспечить больше емкостной реактивной мощности во время отказа является одним важным преимуществом STATCOM по SVC. Кроме того, STATCOM будет обычно показывать более быстрый ответ, чем SVC, потому что с VSC, STATCOM не имеет никакой задержки, сопоставленной с увольнением тиристора (в порядке 4 мс для SVC).
Параметры STATCOM сгруппированы в двух категориях: Power data и Control parameters. Используйте поле списка Display, чтобы выбрать, какую группу параметров вы хотите визуализировать.
Номинальная строка к линейному напряжению в Vrms и номинальная системная частота в герц. Значением по умолчанию является [ 500e3, 60 ].
Номинальная степень конвертера в ВА. Значением по умолчанию является 100e6.
Сопротивление положительной последовательности и индуктивность конвертера, в pu на основе номинальной степени и номинальных напряжений. R и L представляют сопротивление и индуктивность утечки связывающегося преобразователя и сопротивление и индуктивность серийных индукторов фильтрации, соединенных в VSC вывод. Значением по умолчанию является [ 0.22/30, 0.22 ].
Начальное значение положительной последовательности текущий фазовращатель (Значение в pu и Фазе в градусах). Если вы знаете начальное значение текущего соответствия рабочей точке STATCOM, можно задать его в порядке запустить симуляцию в устойчивом состоянии. Если вы не знаете это значение, можно уехать [0 0]. Система достигнет установившийся после короткого переходного процесса. Значением по умолчанию является [0, 0 ].
Номинальное напряжение DC соединяется в вольтах. Значением по умолчанию является 40000.
Общая емкость DC соединяется в фарадах. Значением по умолчанию является 750e-6/2. Это значение емкости связано с оценкой STATCOM, и с DC соединяют номинальное напряжение. Энергия, сохраненная в емкости (в джоулях) разделенный на STATCOM, оценивающий (в ВА), является длительностью времени, которая обычно является частью цикла на номинальной частоте. Например, для параметров по умолчанию, (C=375 µF, Vdc=40 000 В, Snom=100 MVA) это отношение 3,0 мс, который представляет 0,18 цикла для частоты на 60 Гц. Если вы изменяете значения по умолчанию номинальной номинальной мощности и напряжения постоянного тока, необходимо изменить значение емкости соответственно.
Задает режим работы STATCOM. Выберите Voltage regulation (значение по умолчанию) или Var Control.
Этот параметр не видим, когда параметр Mode устанавливается на Var Control.
Ссылочное напряжение, в pu, используемом регулятором напряжения. Значением по умолчанию является 1.00.
Когда External выбран, вход Simulink® под названием Vref появляется на блоке, позволяя вам управлять ссылочным напряжением от внешнего сигнала (в pu). Параметр Reference voltage Vref поэтому недоступен. Значение по умолчанию очищено.
Этот параметр не видим, когда параметр Mode устанавливается на Var Control.
Максимальная скорость изменения ссылочного напряжения, в pu/s, когда напряжение внешней ссылки используется. Значением по умолчанию является 10.
Этот параметр не видим, когда параметр Mode устанавливается на Var Control.
Наклоните реактивное сопротивление, в pu/converter оценка Snom, задав наклон характеристики V-I. Значением по умолчанию является 0.03.
Этот параметр не видим, когда параметр Mode устанавливается на Var Control.
Усиления регулятора PI напряжения переменного тока. Задайте пропорциональное усиление Kp в (pu I) / (pu V), и интеграл получает Ки, в (pu I) / (pu V)/s, где V ошибка напряжения переменного тока, и я - вывод регулятора напряжения. Значением по умолчанию является [5, 1000].
Этот параметр не видим, когда параметр Mode устанавливается на Voltage Control.
Ссылочная реактивная мощность, в pu, когда STATCOM находится в Var Control. Значением по умолчанию является 0.
Этот параметр не видим, когда параметр Mode устанавливается на Voltage Control.
Максимальная скорость изменения ссылочной реактивной мощности, в pu/s. Значением по умолчанию является 2.
Усиления регулятора PI напряжения постоянного тока, который управляет напряжением через DC, соединяют шиной конденсатор. Задайте пропорциональное усиление Kp в (pu I)/Vdc, и интеграл получает Ки, в (pu I)/Vdc/s, где Vdc является ошибкой напряжения постоянного тока, и я - вывод регулятора напряжения. Значением по умолчанию является [0.1e-3, 20e-3].
Усиления внутреннего цикла действующего постановления. Значением по умолчанию является [0.3, 10, 0.22].
Задайте пропорциональное усиление Kp в (pu V) / (pu I), интеграл получает Ки, в (pu V) / (pu I)/s, и канал вперед получает Kf в (pu V) / (pu I), где V вывод V2d или V2q текущего регулятора, и я - ID или IQ текущая ошибка.
Для оптимальной производительности канал прямое усиление должно быть установлено в реактивное сопротивление конвертера (в pu) данный параметром L в параметрах Converter impedance.
A B CТри терминала STATCOM.
TripПримените Simulink логический сигнал (0 или 1) к этому входу. Когда этот вход высок, STATCOM отключается, и его система управления отключена. Используйте этот вход, чтобы реализовать упрощенную версию системы защиты.
VrefВход Simulink сигнала напряжения внешней ссылки.
Этот вход видим только Внешнее управление ссылочного напряжения, параметр Vref проверяется.
mВыходной вектор Simulink, содержащий 16 внутренних сигналов STATCOM. Эти сигналы являются любой напряжением и текущими фазовращателями (комплексные сигналы) или управляющие сигналы. К ним можно индивидуально получить доступ при помощи блока Селектора Шины. Они по порядку:
Сигнал | Группа сигнала | Имена сигнала | Определение |
|---|---|---|---|
1-3 | Степень Vabc (cmplx) | Va_prim (pu) Vb_prim (pu) | Напряжения Phasor (фаза, чтобы основываться) Va, Vb, Vc на первичных терминалах STATCOM (pu) |
4-6 | Степень Iabc (cmplx) | Ia_prim (pu) | Текущий Ia Phasor, Ib, Ic, текущий в STATCOM (pu) |
7 | Степень | Vdc (V) | Напряжение постоянного тока (V) |
8 | Управление | Vm (pu) | Значение положительной последовательности измеренного напряжения (pu) |
9 | Управление | Vref (pu) | Ссылочное напряжение (pu) |
10 | Управление | Qm (pu) | Реактивная мощность STATCOM. Положительное значение указывает на индуктивную операцию. |
11 | Управление | Qref (pu) | Ссылочная реактивная мощность (pu) |
12 | Управление | ID (pu) | Компонент прямой оси текущих (активный ток) текущий в STATCOM (pu). Положительное значение указывает на активную степень, текущую в STATCOM. |
13 | Управление | IQ (pu) | Компонент квадратурной оси текущих (реактивный ток) текущий в STATCOM (pu). Положительное значение указывает на емкостную операцию. |
14 | Управление | Idref (pu) | Ссылочное значение компонента прямой оси текущего течения в STATCOM (pu) |
15 | Управление | Iqref (pu) | Ссылочное значение компонента квадратурной оси текущего течения в STATCOM (pu) |
16 | Управление | modindex | Индекс m модуляции модулятора PWM. Положительное число 0 <m <1. m=1 соответствует максимальному напряжению V2, который может быть сгенерирован VSC без перемодуляции. |
Смотрите пример power_statcom, который иллюстрирует установившиеся и динамические характеристики STATCOM регулирование напряжения на 500 кВ, 60 Гц, системы. Пример также сравнивает производительность STACOM с SVC наличие той же оценки.
[1] Н. Г. Хингорэни, Л. Гюгий, “Понимая FACTS; Концепции и Технология Гибких Систем Передачи AC”, книга IEEE® Press, 2000.
Статический компенсатор Var (тип Phasor), объединенный контроллер потока энергии (тип Phasor)