D-STATCOM (подробная модель)
Этот пример показывает подробную модель распределения STATCOM.
Пьер Жиру; Гильберт Сибилл (Hydro-Quebec, IREQ)
Подробный по сравнению со средней моделью
При моделировании основанных на VSC энергетических систем преобразования в Специализированных Энергосистемах можно использовать два типа моделей, в зависимости от области значений частот, которые будут представлены: подробная модель и средняя модель.
Подробная модель (дискретная), такая как та, представлена в этом примере. Подробная модель включает подробное представление степени электронные конвертеры IGBT. Для того, чтобы достигнуть приемлемой точности с 1 680 Гц, переключающими частоту, используемую в этом примере, модель должна быть дискретизирована на относительно маленьком временном шаге (5 микросекунд). Эта модель хорошо подходит для наблюдения гармоник и динамических характеристик системы управления за относительно короткие периоды времен (обычно сотни миллисекунд к одной секунде).
Средняя модель (дискретная), такая как та, представлена в power_dstatcom_avg модели в библиотеке FACTS примеров. В этом типе модели Полученные напряжением конвертеры (VSC) IGBT представлены эквивалентными источниками напряжения, генерирующими напряжение переменного тока, усредненное по одному циклу переключающейся частоты. Эта модель не представляет гармоники, но динамика, следующая из системы управления и взаимодействия энергосистемы, сохраняется. Эта модель позволяет использовать намного большие временные шаги (обычно 50 микросекунд), таким образом позволяя симуляции нескольких секунд.
В качестве альтернативы третий тип модели может использоваться для симуляции на больших периодах времени: модель фазовращателя. Этот тип модели не доступен для D-STATCOM, но это доступно для STATCOM, аналогичного устройства, в power_statcom.mdl модели.
Описание
Распределение Статический Синхронный Компенсатор (D-STATCOM) используется, чтобы отрегулировать напряжение на распределительной сети на 25 кВ. Два фидера (21 км и 2 км) передают степень к загрузкам, соединенным в шинах B2 и B3. Шунтирующий конденсатор используется для коррекции коэффициента мощности в шине B2. 600-вольтовая загрузка, соединенная с шиной B3 через 25kV/600V трансформатор, представляет объект, поглощающий постоянно изменяющиеся токи, похожие на печь дуги, таким образом производя мерцание напряжения. Текущая величина переменной загрузки модулируется на частоте 5 Гц так, чтобы ее полная мощность варьировалась приблизительно между 1 MVA и 5.2 MVA при хранении 0,9 отстающих коэффициентов мощности. Это изменение загрузки позволит вам наблюдать способность D-STATCOM смягчить мерцание напряжения.
D-STATCOM регулирует шину напряжение B3 путем поглощения или производства реактивной энергии. Эта передача реактивной мощности сделана через реактивное сопротивление утечки связывающегося трансформатора путем генерации вторичного напряжения в фазе с первичным напряжением (сетевая сторона). Это напряжение обеспечивается ШИМ-инвертором с питанием от напряжения. Когда вторичное напряжение ниже, чем напряжение на шине, действия D-STATCOM как индуктивность, поглощающая реактивную мощность. Когда вторичное напряжение выше, чем напряжение на шине, действия D-STATCOM как конденсатор, производящий реактивную энергию.
D-STATCOM состоит из следующих компонентов:
связывающийся трансформатор 25kV/1.25kV, который гарантирует связь между инвертором PWM и сетью.
ШИМ-инвертор с питанием от напряжения, состоящий из двух мостов IGBT. Эта конфигурация с двумя инверторами производит меньше гармоник, чем одинарный мост, приводящий к фильтрам меньшего размера и улучшенному динамическому отклику. В этом случае частота модуляции инвертора 28*60=1.68 кГц так, чтобы первые гармоники составили приблизительно 3,36 кГц.
LC ослабил фильтры, соединенные в инверторе выход. Сопротивления, соединенные последовательно с конденсаторами, обеспечивают добротность 40 на уровне 60 Гц.
конденсатор на 10 000 микрофарад, действующий как источник напряжения постоянного тока для инвертора
регулятор напряжения, который управляет напряжением в шине B3
импульсный генератор PWM с помощью частоты модуляции 1,68 кГц
фильтры сглаживания используются для напряжения и текущего приобретения.
Контроллер D-STATCOM состоит из нескольких функциональных блоков:
Замкнутый цикл фазы (PLL). PLL синхронизируется с основным принципом напряжений первичной обмотки трансформатора.
две системы измерения. Vmeas и блоки Imeas вычисляют d-ось и компоненты q-оси напряжений и токов путем выполнения преобразования abc-dq в синхронной ссылке, определенной sin (вес) и because(вес), обеспеченный PLL.
внутренний цикл действующего постановления. Этот цикл состоит из двух контроллеров пропорционального интеграла (PI), которые управляют токи q-оси и d-ось. Выходные параметры контроллеров являются напряжениями Vd и Vq, которые должен сгенерировать инвертор PWM. Напряжения Vd и Vq преобразованы в напряжения фазы Va, Vb, Vc, которые используются, чтобы синтезировать напряжения PWM. Ссылка IQ прибывает из внешнего цикла регулирования напряжения (в автоматическом режиме) или из ссылки, наложенной Qref (в ручном режиме). Ссылка ID прибывает от регулятора напряжения ссылки DC.
внешний цикл регулирования напряжения. В автоматическом режиме (отрегулированное напряжение), ПИ-контроллер обеспечивает первичное напряжение, равное ссылочному значению, заданному в диалоговом окне системы управления.
контроллер напряжения постоянного тока, который сохраняет напряжение ссылки DC постоянным к его номинальной стоимости (Vdc=2.4 kV).
Электрическая схема дискретизируется с помощью шага расчета микросекунды Ts=5. Диспетчер использует больший шаг расчета (32*Ts = 160 микросекунд).
Симуляция
1. D-STATCOM динамический ответ
Во время этого теста переменная загрузка будет сохранена постоянной, и вы будете наблюдать динамический ответ D-STATCOM к ступенчатым изменениям в исходном напряжении. Проверяйте, что модуляция Переменной Загрузки не работает (Синхронизация Модуляции [Барин Тонны] = [0.15 1] *100> Время остановки Симуляции). Программируемый Исходный блок Напряжения используется, чтобы модулировать внутреннее напряжение эквивалента на 25 кВ. Напряжение сначала запрограммировано в 1.077 pu для того, чтобы сохранить D-STATCOM, первоначально плавающий (B3 voltage=1 pu и ссылочное напряжение Vref=1 pu). Три шага запрограммированы в 0,2 с, 0,3 с, и 0,4 с, чтобы последовательно увеличить исходное напряжение на 6%, уменьшить его на 6% и возвратить его его начальному значению (1.077 pu).
Запустите симуляцию. Наблюдайте относительно Scope1 фазу напряжение и формы тока D-STATCOM, а также сигналов контроллера на Scope2. После переходного процесса, продержавшегося приблизительно 0,15 секунды., устойчивое состояние достигнуто. Первоначально, исходное напряжение таково, что D-STATCOM неактивен. Это не поглощает, ни предоставляет реактивную мощность сети. В t = 0,2 с, исходное напряжение увеличено на 6%. D-STATCOM компенсирует это увеличение напряжения путем поглощения реактивной мощности от сети (Q = + 2.7 Mvar на трассировке 2 из Scope2). В t = 0,3 с, исходное напряжение уменьшено на 6% со значения, соответствующего Q = 0. D-STATCOM должен произвести реактивную энергию, чтобы обеспечить 1 pu напряжение (Q изменения от +2.7 MVAR до-2.8 MVAR). Обратите внимание на то, что, когда изменения D-STATCOM от индуктивного до емкостной операции, индекс модуляции инвертора PWM увеличен с 0,56 до 0,9 (проследите 4 из Scope2), который соответствует пропорциональному увеличению напряжения инвертора. Инвертирование реактивной мощности очень быстро, об одном цикле, как наблюдается относительно тока D-STATCOM (пурпурный сигнал на трассировке 1 из Scope1).
2. Смягчение мерцания напряжения
Во время этого теста напряжение Программируемого Источника Напряжения будет сохранено постоянным, и вы включите модуляцию Переменной Загрузки так, чтобы можно было наблюдать, как D-STATCOM может смягчить мерцание напряжения. В Программируемом меню Исходного блока Напряжения измените "Изменение времени" параметра ни к "Одному". В меню блока Variable Load, установленном параметр Синхронизации Модуляции на [Барин Тонны] = [0.15 1] (удаляют 100 коэффициентов умножения). Наконец, в Контроллере D-STATCOM, измените параметр "Режима работы" в "Q регулирование" и убедитесь, что значение ссылки реактивной мощности Qref (2-я линия параметров) обнуляется. В этом режиме D-STATCOM пускает в ход и не выполняет коррекции напряжения.
Запустите симуляцию и наблюдайте относительно изменений Scope3 P и Q в шине B3 (1-й trace), а также напряжения в шинах B1, и B3 (проследите 2). Без D-STATCOM напряжение B3 варьируется между 0.96 pu и 1.04 pu (+/-4%-е изменение). Теперь в Контроллере D-STATCOM, измените параметр "Режима работы" назад в "Регулирование напряжения" и перезапустите симуляцию. Наблюдайте относительно Осциллографа 3, что колебание напряжения в шине B3 теперь уменьшается до +/-0,7%. D-STATCOM компенсирует напряжение путем введения реактивного тока, модулируемого на уровне 5 Гц (проследите 3 из Scope3), и варьируясь между 0,6 pu емкостными, когда напряжение является низким и 0,6 pu индуктивных, когда напряжение высоко.