Этот пример показывает использование трехуровневых конвертеров и зигзагообразных переключающих фазу преобразователей в прямоугольной волне с 48 импульсами конвертер GTO.
П. Джирукс и Г. Сибилл (Hydro-Quebec)
В этом примере идеальные переключатели и зигзагообразные преобразователи сдвига фазы используются, чтобы создать GTO-тип 100 MVA, исходный инвертор напряжения на 138 кВ. Этот тип конвертера используется в мощном (до 200 MVA) Гибкие Системы Передачи AC (FACTS), которые используются, чтобы управлять потоком энергии на сетках передачи. Это может использоваться, например, чтобы создать модель шунта или ряда статический компенсатор (STATCOM или SSSC) или, с помощью двух таких конвертеров, комбинации шунта и серийных устройств, известных как Объединенный контроллер потока энергии (UPFC).
Инвертор, описанный в этом примере, является гармоникой нейтрализованный, конвертер GTO с 48 импульсами, описанный в ссылке. Это состоит из четырех 3-фазовых, 3-уровневых инверторов и четырех переключающих фазу преобразователей. Откройте "инвертор с 48 импульсами" подсистема. Заметьте, что шина DC (Vdc = +/-9650 V) соединяется с четырьмя 3-фазовыми инверторами. Эти четыре напряжения, сгенерированные инверторами, применяются к вторичным обмоткам четырех зигзагообразных переключающих фазу преобразователей, соединенных в Wye (Y) или Delta (D). Четыре обмотки первичной обмотки трансформатора соединяются последовательно, и шаблоны импульса конвертера являются фазой, переключенной так, чтобы четыре фундаментальных компонента напряжения суммировали в фазе на первичной стороне.
Каждый 3-уровневый инвертор генерирует три напряжения прямоугольной волны, которые могут быть +Vdc, 0,-Vdc. Длительность +Vdc или-Vdc уровня (Сигма) может быть настроена между 0 и 180 градусами входа Sigma блока Firing Pulse Generator. Каждый инвертор использует Трехуровневый Мостовой брус, где заданные электронные устройства степени являются Идеальными Переключателями. В этой модели каждый участок инвертора использует 3 идеальных переключателя, чтобы получить 3 уровня напряжения (+Vdc, 0, - Vdc). Эта простая модель симулирует поведение физического инвертора, где каждый участок состоит из 4 GTOs, 4 антипараллельных диодов и 2 нейтральных фиксирующих диодов. Несмотря на это упрощенное расположение переключателя, модель все еще требует 4 импульсов на руку как в физической модели. Импульсный шаблон, отправленный в каждый участок 3-фазового инвертора, описан в Стреляющем Импульсном Генераторе.
Можно также выбрать пары GTO/Diodes вместо Идеальных Переключателей как электронные устройства степени. Это позволило бы вам задавать прямые падения напряжения для GTOs и диодов и наблюдать токи, текущие в GTOs и диодах посредством блока Multimeter.
Сдвиги фазы, произведенные вторичными связями дельты (-30 градусов) и первичными зигзагообразными связями (+7.5 градусов для преобразователей 1Y и 1D и-7.5 градусов для преобразователей 2Y и 2D), позволяют нейтрализовать гармоники до 45-й гармоники, как объяснено ниже:
Сдвиг фазы с 30 степенями между Y и вторичными устройствами D отменяет гармоники 5+12n (5, 17, 29, 41...) и 7+12n (7, 19, 31, 43...). Кроме того, сдвиг фазы с 15 степенями между двумя группами преобразователей (1Y и 1D продвижение 7,5 градусами, 2Y и 2D отставание +7.5 градусами) позволяет отмену гармоник 11+24n (11, 35...) и 13+24n (13, 37...). Полагая, что весь 3n гармоники не передаются Y и вторичными устройствами D, первые гармоники, которые не отменяются преобразователями, являются 23-ми, 25-ми, 47-ми и 49-ми. Путем выбора соответствующего угла проводимости для 3-уровневых инверторов (сигма = 180 - 7.5 = 172,5 градуса), могут быть минимизированы 23-е и 25-е. Первые значительные гармоники являются поэтому 47-ми и 49-ми. Этот тип инвертора генерирует почти синусоидальную форму волны, состоящую из 48 шагов.
Инвертор работается в разомкнутом цикле с постоянным напряжением постоянного тока, поэтому, угол напряжения (альфа), которая обычно сохраняется близко к нулю, не используется. Можно посмотреть на STATCOM (Подробная Модель) пример, который показывает операцию GTO STATCOM с 48 импульсами в с обратной связью.
Первоначально, инвертор не действует ни при какой загрузке. Затем в t = 0,025 с, 100 активных нагрузок MVA соединяются на терминалах на 138 кВ.
Запустите симуляцию и наблюдайте следующие формы волны относительно блока Scope:
Напряжения, сгенерированные инвертором (прослеживают 1), загрузите токи (проследите 2), нейтральное в отношении фазы напряжение и напряжение фазы фазы одного из этих четырех инверторов (1Y) наложенный на трассировку 3. Когда инвертор не действует ни при какой загрузке, можно наблюдать три формы волны напряжения с 48 шагами. Когда загрузка включается, напряжение становится более сглаженным, потому что гармоники отфильтрованы реактивными сопротивлениями утечки преобразователя.
Если симуляция завершается, откройте Powergui и выберите "FFT Analysis", чтобы отобразить спектр частоты на 0-4000 Гц сигналов, сохраненных в двух "psb48pulse_str" структурах. Избранный сигнал пометил 'Vabc (pu)'. БПФ будет выполняться на окне с 1 циклом фазы напряжение, запускающееся в t = 0.025-1/60 s (инвертор, действующий ни при какой загрузке). Кликните демонстрирующийся и наблюдайте спектр частоты.
Основной компонент Напряжения (в pu), а также THD отображен выше окна спектра. Заметьте, что первые значительные гармоники являются 47-ми и 49-ми (приблизительно 2%). Заметьте также, что 23-й и 25-й уменьшаются ниже 0,3%. Для того, чтобы ценить КПД гармонической нейтрализации, можно также наблюдать спектр частоты напряжения фазы фазы, сгенерированного каждым отдельным инвертором. Избранный вход пометил "Van Vab Converter 1Y" и сигнал номер 2, и щелкните демонстрирующийся. Заметьте, что THD в 0 - частотный диапазон на 4 000 Гц составляет 25%.
Можно также запустить другую симуляцию путем определения различных значений сигмы во входе импульсного генератора. Можно проверить, что, для того, чтобы отменить конкретную гармонику n в напряжении фазы фазы каждого отдельного конвертера, значением Сигмы (в градусах) дают:
Проверьте также, что при выборе Sigma = 180 градусов эквивалентны использованию 2-уровневых конвертеров и что форма волны напряжения ухудшается к 24 импульсам.
Нарейн Г. Хингорэни и Лэсзло Гюий, "изучая FACTS", IEEE® Press, 2000
