Пример, описанный в этом разделе, иллюстрирует моделирование серийной компенсации и связанных явлений, таких как подсинхронный резонанс в системе передачи.
Однострочная схема, показанная здесь, представляет трехфазное, 60 Гц, степень передачи энергосистемы на 735 кВ из электростанции, состоящей из шесть 350 генераторов MVA к эквивалентной системе через 600-километровую линию передачи. Линия передачи разделена в две 300-километровых строки, соединенные между шинами B1, B2 и B3.
Ряд и шунт компенсированная система передачи
Чтобы увеличить способность передачи, каждая строка является рядом, компенсированным конденсаторами, представляющими 40% реактивного сопротивления строки. Обе строки являются также шунтом, компенсированным 330 реактивными сопротивлениями шунта Mvar. Оборудование компенсации шунта и ряда расположено в подстанции B2, где 300 MVA-735/230 kV преобразователь питают 230 загрузок kV-250 MW.
Каждый серийный банк компенсации защищен металлически-окисными варисторами (MOV1 и MOV2). Два выключателя строки 1 показывают как CB1 и CB2.
Эта энергосистема доступна в модели power_3phseriescomp. Загрузите эту модель и сохраните ее в вашей рабочей директории как case1, чтобы позволить дальнейшие модификации исходной системе.
Сравните Simscape™ Electrical™ Специализированная модель схемы Энергосистем (Компенсированная Ряду Система (power_3phseriescomp)) с принципиальной схемой выше (Ряд и Шунт Компенсированная Система Передачи). Генераторы моделируются с блоком Simplified Synchronous Machine. Блок Three-Phase Transformer (Two Windings) и блок Three-Phase Transformer (Three Windings) используются, чтобы смоделировать эти два преобразователя. Насыщение реализовано на преобразователе, соединенном в шине B2.
B1, B2 и блоки B3 являются Трехфазными блоками Измерения V-I, взятыми из библиотеки Measurements. Эти блоки переформатированы и даны черный цвет фона, чтобы дать им внешний вид собирательных шин. Они выводят три напряжения строки к земле и три тока строки. Откройте диалоговые окна B1 и B2. Отметьте, как блоки запрограммированы, чтобы вывести напряжения в pu и токи в pu/100 MVA. Заметьте также, что напряжение и текущие сигналы отправляются во внутренние блоки Goto путем определения меток сигнала. Сигналы приняты От блоков в подсистеме Сбора данных.
Отказ применяется на строку 1 на сторону строки батареи конденсаторов. Откройте диалоговые окна блока Three-Phase Fault и Трехфазных блоков CB1 и CB2 Прерывателя. Смотрите, как начальное состояние прерывателя и время переключения задано. Строка к замыканию на землю применяется на фазу A в t = 1 цикл. Два выключателя, которые первоначально закрываются, затем открыты в t = 5 циклов, моделируя обнаружение отказа и время открытия 4 циклов. Отказ устраняется в t = 6 циклов, один цикл после открытия строки.
Компенсированная ряду система (power_3phseriescomp)
Теперь, откройте подсистему Серии Compensation1 модели power_3phseriescomp. Трехфазный модуль состоит из трех идентичных подсистем, один для каждой фазы. Примечание указывает, как значение емкости и уровень защиты MOV вычисляются. Откройте Серию Compensation1/Phase подсистема. Вы видите детали связей последовательного конденсатора, и блок Surge Arrester (переименовал MOV). Линия передачи является 40%-м рядом, компенсированным конденсатором на 62,8 мкФ. Конденсатор защищен блоком MOV. Если вы открываете диалоговое окно блока MOV, заметьте, что это состоит из 60 столбцов и что его уровень защиты (заданный в ссылочном токе общего количества на 30 кА или на 500 А/столбцы) установлен на уровне 298,7 кВ. Это напряжение соответствует 2.5 раза номинальному конденсаторному напряжению, полученному в номинальном токе RMS на 2 кА.
Разрыв также соединяется параллельно с блоком MOV. Разрыв запущен, когда энергия, поглощенная разрядником скачка, превышает критическое значение 30 МДж. Чтобы ограничить уровень повышения конденсаторного тока, когда разрыв запущен, затухание, схема RL соединяется последовательно. Откройте энергию & подсистему увольнения Разрыва. Это показывает, как вы вычисляете энергию, рассеянную в MOV путем интеграции степени (продукт напряжения MOV и текущий).
Когда энергия превышает порог на 30 МДж, заключительный заказ отправлен к блоку Breaker, моделирующему разрыв.
Серийный модуль компенсации
Серия Compensation1/PhaseA Подсистема
Серия Compensation1/PhaseA Подсистема/Энергия и Увольнение Разрыва
Откройте 300 MVA 735/230 kV диалоговое окно Transformer и заметьте, что характеристика насыщения текущего потока установлена в
[0 0 ; 0.0012 1.2; 1 1.45] in pu
Эти данные являются текущими значениями и значениями потока в точках 1, 2 и 3 из кусочной линейной аппроксимации к кривой потокосцепления, показанной здесь.
Насыщаемая модель преобразователя
Текущая потоком характеристика аппроксимирована этими двумя сегментами, показанными в графике здесь. Точка колена насыщения является 1.2 pu. Первый сегмент соответствует характеристике намагничивания в линейной области (для потоков ниже 1.2 pu). При 1 pu напряжении индуктивное текущее намагничивание является 0.0010/1.0 = 0.001 pu, соответствуя потерям реактивной мощности на 0,1%.
Железные базовые потери (активные потери мощности) заданы Комнатой сопротивления намагничивания = 1000 pu, соответствуя потерям на 0,1% при номинальном напряжении.
Наклон характеристики насыщения во влажной области является 0.25 pu. Поэтому учитывая первичное реактивное сопротивление утечки (L1 = 0.15 pu), воздушное реактивное сопротивление ядра преобразователя, замеченного по первичной обмотке, является 0.4 pu/300 MVA.
Прежде, чем выполнить переходные тесты, необходимо инициализировать модель для желаемого потока загрузки. Используйте утилиту потока загрузки Powergui, чтобы получить активный поток энергии 1 500 МВт из машины с терминальным напряжением 1 pu (13,8 кВ).
Откройте блок Powergui и выберите Machine Initialization. Появляется новое окно. В верхнем правом окне у вас есть имя единственной машины, существующей в вашей системе. Его Типом шины должен быть PV Generator, и желаемое Терминальное Напряжение должно уже быть установлено в номинальное напряжение 13800 V. В поле Active Power введите 1500e6 как желаемую выходную мощность. Нажмите кнопку Compute и Apply. Если поток загрузки решен, фазовращатели AB и напряжений машины BC, а также токов, текущих в фазах A, и B обновляются в левом окне. Необходимая механическая энергия управлять машиной отображена в ваттах и в pu, и необходимое напряжение возбуждения E отображено в pu.
Pmec |
|
E/Vf |
|
Заметьте, что блоки Константа, содержащие эти два значения, уже соединяются с Pm и входными параметрами E блока машины. Если вы открываете диалоговое окно блока Machine, вы видите что начальные условия машины (начальный собственный вес отклонения скорости = 0; внутренняя угловая тета, текущие значения и углы фазы), автоматически передаются в последней строке.
Если поток загрузки выполняется, можно получить соответствующее напряжение и текущие измерения в различных шинах. В блоке Powergui выберите Steady State Voltages и Currents. Можно наблюдать, например, фазовращатели для фазы напряжения в шинах B1, B2, и B3 и текущая строка ввода 1 в шине B1.
B1/Va |
|
B2/Va |
|
B3/Va |
|
B1/Ia | 1 560 А; 30,50 градуса |
Активный поток энергии для фазы строка ввода 1 поэтому
соответствие в общей сложности 464 * 3 = 1 392 МВт для этих трех фаз.
Чтобы ускорить симуляцию, необходимо дискретизировать энергосистему. Шаг расчета задан в блоке Powergui как переменная Ts. Шаг расчета Ts=50e-6 был уже задан в функции Инициализации Model в Коллбэках Model Properties. Шаг расчета Ts также используется в блоке Discrete Integrator энергетического калькулятора MOV, управляющего разрывом.
Гарантируйте, что параметры симуляции устанавливаются можно следующим образом.
Время остановки | 0.2 |
Тип опций решателя |
|
Фиксированный размер шага |
|
Гарантируйте, что прерыватель отказа запрограммирован для строки к замыканию на землю на фазе A. Запустите симуляцию и наблюдайте формы волны относительно трех осциллографов. Эти формы волны показывают здесь.
Результаты симуляции для строки к замыканию на землю с четырьмя циклами в конце строки 1
Симуляция запускается в устойчивом состоянии. В t = 1 цикл, строка к замыканию на землю применяется и отказ текущие пределы 10 кА (a: проследите 3). Во время отказа MOV проводит в каждой половине цикла (b: проследите 2) и энергия, рассеянная в MOV (b: трассировка 3) создает до 13 МДж. В t = 5 циклов реле защиты строки открывают прерыватели CB1 и CB2 (см. три тока строки на трассировке 2), и энергия остается постоянной в 13 МДж. Когда максимальная энергия не превышает пороговый уровень на 30 МДж, разрыв не запущен. При размыкании контактов разъединителя отказ текущие спады до маленького значения и строки и серийной емкости начинает разряжаться через отказ и реактивное сопротивление шунта. Текущий отказ гасит в первом нуле, пересекающемся после вводного распоряжения, данного прерывателю отказа (t = 6 циклов). Затем последовательный конденсатор прекращает разряжаться, и его напряжение колеблется приблизительно 220 кВ (b: проследите 1).
Дважды кликните блок Three-Phase Fault, чтобы открыть диалоговое окно Block Parameters. Установите флажки Phase B Fault и Phase C Fault, так, чтобы у вас теперь было три фазы к замыканию на землю.
Перезапустите симуляцию. Получившиеся формы волны показывают.
Результаты симуляции для трех фаз с четырьмя циклами к замыканию на землю в конце строки 1
Обратите внимание на то, что во время отказа энергия, рассеянная в MOV (b: трассировка 3) растет быстрее, чем в случае строки к замыканию на землю. Энергия достигает порогового уровня на 30 МДж после трех циклов, один цикл перед открытием прерывателей строки. В результате разрыв запущен и конденсаторное напряжение (b: проследите 1) быстро выбросы, чтобы обнулить через схему затухания.
Одна конкретная характеристика компенсированных ряду систем является существованием подсинхронных режимов (полюса и нули системного импеданса ниже основной частоты). Опасные резонансы могут произойти, если механические режимы скрученности валов турбины/генератора около нулей системного импеданса. Кроме того, высокие подсинхронные напряжения из-за полюсов импеданса на подсинхронных частотах управляют преобразователями в насыщение. Насыщение преобразователя из-за подсинхронных напряжений проиллюстрировано в конце этого тематического исследования. Усиление крутящего момента на тепловой машине проиллюстрировано в другом примере (см. модель power_thermal).
Теперь измерьте импеданс положительной последовательности по сравнению с частотой, замеченной по шине B2.
Раздел Analyze a Simple Circuit объясняет, как блок Impedance Measurement позволяет вам вычислять импеданс линейной системы от ее модели в пространстве состояний. Однако ваша модель case1 содержит несколько нелинейных блоков (машина и насыщение преобразователей). Если вы соединяете блок Impedance Measurement со своей системой, все нелинейные блоки проигнорированы. Это правильно для преобразователя, но вы получаете импеданс системы с отключенной машиной. Прежде, чем измерить импеданс, необходимо поэтому заменить блок машины на эквивалентный линейный блок, имеющий тот же импеданс.
Удалите блок Simplified Synchronous Machine от своей модели case1 и замените его на Трехфазный Исходный блок от библиотеки Electrical Sources. Откройте диалоговое окно блока и установите параметры можно следующим образом, чтобы получить то же значение импеданса (L = 0.22 pu/(6 * 350 MVA) Добротность = 15).
Напряжение RMS от фазы к фазе |
|
Угол фазы фазы A | 0 |
Частота (Гц) | 60 |
Внутренняя связь Yg | Задайте импеданс с помощью уровня короткой схемы |
3-фазовый уровень короткой схемы |
|
Основное напряжение |
|
Отношение X/R | 15 |
Сохраните свою измененную модель как case1Zf.
Откройте библиотеку Fundamental Blocks/Measurements и скопируйте блок Impedance Measurement в вашу модель. Этот блок используется, чтобы выполнить измерение импеданса. Соедините два входных параметров этого блока между фазой A и фазой B шины B2. Измерение импеданса между двумя фазами дает два раза импеданс положительной последовательности. Поэтому необходимо применить фактор 1/2 к импедансу, чтобы получить правильное значение импеданса. Откройте диалоговое окно и установите коэффициент умножения на 0,5.
В блоке Powergui выберите Impedance Measurement. Новое окно открывается, показывая ваше имя блока Измерения Импеданса. Заполните частотный диапазон путем ввода 0:500. Выберите линейные шкалы, чтобы отобразить значение Z по сравнению с частотным графиком. Нажмите данные о Save к кнопке рабочей области и введите Zcase1 как имя переменной, чтобы содержать импеданс по сравнению с частотой. Кликните по Кнопке отображения.
Когда вычисление закончено, значение и фаза, когда функция частоты отображена в этих двух графиках на окне. Если вы смотрите в своей рабочей области, у вас должна быть переменная под названием Zcase1. Это - матрица 2D столбца, содержащая частоту в столбце 1 и комплексный импеданс в столбце 2.
Импеданс как функция частоты (значение и фаза) показывают здесь.
Импеданс по сравнению с частотой, замеченной по шине B2
Можно наблюдать три основных режима: 9 Гц, 175 Гц и 370 Гц. Режим на 9 Гц происходит в основном из-за параллельного резонанса последовательного конденсатора с индукторами шунта. Режимы на 370 Гц и на 175 Гц происходят из-за 600-километровой строки распределенного параметра. Эти три режима, вероятно, будут взволнованы очисткой отказа.
Если вы увеличиваете масштаб импеданса в области на 60 Гц, можно найти уровень короткой схемы системы в шине B2. Необходимо найти значение 58 Ω на уровне 60 Гц, соответствуя трехфазной степени короткой схемы (735 кВ) 2 / 58 = 9314 MVA.
Настройка выключателей подстанции обычно позволяет очищать отказ в шине, не теряя строки или преобразователи. Вы теперь изменяете свою модель case1, чтобы выполнить с тремя циклами, три фазы к замыканию на землю в шине B2:
Отключите блок Three-Phase Fault и повторно подключите его так, чтобы отказ был теперь применен на шину B2.
Откройте блок Three-Phase Fault и сделайте следующие модификации в его диалоговом окне:
Фаза A, фаза B, фаза C, замыкания на землю | Все выбранные |
Время перехода | [2/60 5/60] |
Состояние Transition [1, 0, 1...] | (0/1) |
Вы теперь запрограммировали три фазы к замыканию на землю, примененному в t = 2 цикла.
Откройте диалоговые окна выключателей CB1 и CB2 и сделайте следующие модификации:
Переключение фазы A | Не выбранный |
Переключение фазы B | Не выбранный |
Переключение фазы C | Не выбранный |
Выключатели больше не переключаются. Они остаются в своем (закрытом) начальном состоянии.
В подсистеме Сбора данных вставьте Селекторный блок (от библиотеки Simulink® Signals & Systems) в Vabc_B2 вывод шины B2, соединенный с осциллографом. Установите параметр Элементов на 1. Это позволяет вам видеть фазу напряжение ясно на осциллографе.
Вы теперь добавляете блоки, чтобы считать поток и намагничивание, текущее из насыщаемого преобразователя, соединенного в шине B2.
Скопируйте блок Multimeter от библиотеки Measurements в вашу модель case1. Откройте диалоговое окно Transformer. В списке Измерений выберите Flux and magnetization current. Откройте блок Multimeter. Проверьте, что вы имеете шесть сигналов в наличии. Выберите поток и намагничивание, текущее на фазе A, и нажмите ОК.
Вы теперь имеете два сигнала в наличии при выводе блока Multimeter. Используйте блок Demux, чтобы отправить эти два сигнала на осциллографе 2D трассировки.
В
диалоговом окне Simulation> Model Configuration Parameters измените время остановки на 0.5. Это более длинное время симуляции позволяет вам наблюдать ожидаемые низкочастотные режимы (9 Гц). Запустите симуляцию.
Получившиеся формы волны построены здесь.
Результаты симуляции для трех фаз с тремя циклами к замыканию на землю в шине B2
Подсинхронный режим на 9 Гц, взволнованный очисткой отказа, ясно замечен на фазе напряжение в шине B2 (проследите 1), и конденсаторное напряжение (прослеживают 3). Компонент напряжения на 9 Гц, появляющийся в шине, B2 управляет преобразователем в насыщение, как показано на преобразователе, намагничивающем текущий (прослеживают 5). Поток в фазе A преобразователя построен на трассировке 4. В приложении отказа опускается до нуля напряжение на терминалах преобразователя, и поток останавливается постоянным во время отказа.
При очистке отказа, когда напряжение восстанавливается, преобразователь управляется в насыщение в результате смещения потока, созданного компонентами напряжения на 9 Гц и на 60 Гц. Импульсы преобразователя, намагничивающего текущий, появляются, когда поток превышает свой уровень насыщенности. Этот ток содержит реактивный компонент на 60 Гц, модулируемый на уровне 9 Гц.
