Static Synchronous Compensator (Phasor Type)
Реализуйте модель фазовращателя трехфазного статического синхронного компенсатора
Библиотека
Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / FACTS / основанные на силовой электронике Факты
Описание
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 этом рисунке 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 | Линия к линейному напряжению источника 1 |
| V 2 | Линия к линейному напряжению источника 2 |
| X | Реактивное сопротивление соединительного преобразователя и фильтров |
| δ | Phase angle 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 течет из V1 к V2 (STATCOM поглощает реактивную мощность). На реверсе, если V2 выше, чем V1, Q течет 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 для того, чтобы компенсировать преобразователь и потери VSC и сохранить конденсатор заряженным. Две технологии VSC могут использоваться в 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 варьироваться 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 варьируется 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 (power_statcom_gto48p пример.
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. Выход PLL (угол Θ =ωt) используется для расчета прямая ось и компоненты квадратурной оси AC трехфазное напряжение и токи (помеченный 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. Выходом регулятора напряжения переменного тока является ссылочный текущий Iqref для текущего регулятора (IQ = текущий в квадратуре с напряжением, которое управляет потоком реактивной мощности). Выходом 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 величиной 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 выход (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 удар STATCOM на электромеханических колебаниях и способности передачи на основной частоте.
Характеристика STATCOM V-I
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 выход 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 выход), 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 по сравнению с SVC
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
Параметры STATCOM сгруппированы в двух категориях: Power data и Control parameters. Используйте поле списка Display, чтобы выбрать, какую группу параметров вы хотите визуализировать.
Вкладка степени
- Nominal voltage and frequency
Номинальная линия к линейному напряжению в Vrms и номинальная системная частота в герц. Значением по умолчанию является
[ 500e3, 60 ].- Converter rating
Номинальная степень конвертера в ВА. Значением по умолчанию является
100e6.- Converter impedance
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 выход. Значением по умолчанию является
[ 0.22/30, 0.22 ].- Converter initial current
Начальное значение положительной последовательности текущий фазовращатель (Величина в pu и Фазе в градусах). Если вы знаете начальное значение текущего соответствия рабочей точке STATCOM, можно задать его для того, чтобы 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 ].- DC link nominal voltage
Номинальное напряжение DC соединяется в вольтах. Значением по умолчанию является
40000.- DC link total equivalent capacitance
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.
Вкладка контроллера
- Mode
Задает режим работы STATCOM. Выберите
Voltage regulation(значение по умолчанию) илиVar Control.- Reference voltage Vref
Этот параметр не отображается, когда параметр Mode устанавливается на
Var Control.Ссылочное напряжение, в pu, используемом регулятором напряжения. Значением по умолчанию является
1.00.- External
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.
- Maximum rate of change of reference voltage
Этот параметр не отображается, 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.- Droop (pu):
Этот параметр не отображается, 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.- Vac Regulator gains: [Kp Ki]
Этот параметр не отображается, 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 - выход регулятора напряжения. Значением по умолчанию является
[5, 1000].- Reactive power setpoint Qref
Этот параметр не отображается, когда параметр Mode устанавливается на
Voltage Control.Ссылочная реактивная мощность, в pu, когда STATCOM находится в
Var Control. Значением по умолчанию является0.- Maximum rate of change of reactive power setpoint Qref
Этот параметр не отображается, когда параметр Mode устанавливается на
Voltage Control.Максимальная скорость изменения ссылочной реактивной мощности, в pu/s. Значением по умолчанию является
2.- Vdc Regulator gains: [Kp Ki]
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 - выход регулятора напряжения. Значением по умолчанию является
[0.1e-3, 20e-3].- Current Regulators gains: [Kp Ki Kf]
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 выход 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.
Вводы и выводы
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 отображается только Внешним управлением 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 в порядке:
Сигнал
Группа сигнала
Имена сигнала
Определение
1-3
Степень Vabc (cmplx)
Va_prim (pu) Vb_prim (pu)
Vc_prim (pu)Напряжения Phasor (фаза, чтобы основываться) Va, Vb, Vc на первичных терминалах STATCOM (pu)
4-6
Степень Iabc (cmplx)
Ia_prim (pu)
Ib_prim (pu) Ic_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.
Примеры
Смотрите STATCOM (Модель Phasor) пример, 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.
Ссылки
[1] Н. Г. Хингорэни, Л. Гюгий, “Изучая FACTS; Концепции и Технология Гибких Систем Передачи AC”, книга IEEE® Press, 2000.
Смотрите также
Статический компенсатор Var (тип Phasor), объединенный контроллер потока энергии (тип Phasor)