Документация

Введение

Пример, описанный в этом разделе, иллюстрирует применение программного обеспечения Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems для изучения стационарных и динамических характеристик унифицированного контроллера потока питания (UPFC), используемого для снятия перегруженности в системе передачи.

Если вы не знакомы с UPFC, см. справочную страницу блока унифицированного контроллера потока питания (Phasor Type).

Описание энергосистемы

Однолинейная схема моделируемой энергосистемы показана в системе передачи 500 кВ/230 кВ.

UPFC используется для управления потоком мощности в системе передачи 500 кВ/230 кВ. Система, связанная в конфигурации петли, состоит по существу из пяти автобусов (B1 к B5) взаимосвязанный через три линии передачи (L1, L2, L3) и два банка трансформатора на 230 кВ / на 500 кВ Tr1 и Tr2. Две электростанции, расположенные в системе 230 кВ, вырабатывают в общей сложности 1500 МВт, которые передаются на эквивалент 500 кВ, 15000 МВА и на нагрузку 200 МВт, подключенную к шине B3. Каждая модель установки включает регулятор скорости, систему возбуждения, а также стабилизатор системы питания (PSS). При нормальной эксплуатации большая часть мощности 1200 МВт электростанции № 2 экспортируется в эквивалент 500 кВ через два трансформатора 400 МВА, подключенных между шинами B4 и B5. В данном примере рассматривается случай непредвиденных обстоятельств, когда доступны только два трансформатора из трех (Tr2 = 2 * 400 MVA = 800 MVA). Поток нагрузки показывает, что большая часть энергии, вырабатываемой установкой № 2, передается через блок трансформаторов 800 МВА (899 МВт из 1000 МВт) и что 96 МВт циркулирует в контуре. Поэтому трансформатор Tr2 перегружен на 99 МВА. Пример иллюстрирует, как UPFC может снять эту перегрузку питания. UPFC, расположенный на правом конце линии L2, используется для управления активной и реактивной мощностью на шине B3 500 кВ, а также напряжением на шине B_UPFC. UPFC состоит из двух преобразователей на базе 100 МВА, IGBT (один шунтирующий преобразователь и один последовательный преобразователь, соединенные между собой шиной постоянного тока). Последовательный преобразователь может вводить не более 10% номинального напряжения линии на землю (28,87 кВ) последовательно с линейным L2.

Этот пример доступен в power_upfc модель. Загрузите эту модель и сохраните ее в рабочей папке как case2позволяет вносить дальнейшие изменения в исходную систему.

С помощью инструмента инициализации станка блока Powergui модель была инициализирована с установками № 1 и № 2, генерирующими соответственно 500 МВт и 1000 МВт, и с выключенным UPFC (выключателем байпаса закрыт). Результирующий поток мощности, полученный на шинах B1- B5, обозначается на модели красными цифрами. Этот поток нагрузки соответствует потоку нагрузки, показанному на однолинейной схеме, в системе передачи 500 кВ/230 кВ.

Управление потоком питания с помощью UPFC

Параметры UPFC приведены в диалоговом окне. Проверьте в параметрах Power data, что последовательный преобразователь имеет номинальную мощность 100 МВА с максимальным вводом напряжения 0,1 pu. Шунтирующий преобразователь также рассчитан на 100 МВА. Также проверьте в параметрах управления, что шунтирующий преобразователь находится в режиме регулирования напряжения и что последовательный преобразователь находится в режиме управления потоком мощности. Опорная активная и реактивная мощности UPFC устанавливаются в пурпурных блоках с метками Pref (pu) и Qref (pu). Первоначально прерыватель байпаса закрыт, и результирующий естественный поток энергии на шине B3 составляет 587 МВт и -27 Мвар. Блок Префа программируется с начальной активной мощностью 5,87 pu, соответствующей естественному потоку мощности. Затем при t = 10 с Преф увеличивают на 1 pu (100 МВт), с 5,87 pu до 6,87 pu, а Qref поддерживают постоянным при -0,27 pu.

Выполните моделирование и просмотрите объем UPFC, как P и Q, измеренные на шине, B3 следовать контрольным значениям. Формы сигналов воспроизводятся ниже.

При t = 5 с при размыкании байпасного выключателя естественная мощность отводится от байпасного выключателя на ветвь серии UPFC без заметного переходного процесса. При t = 10 с мощность увеличивается со скоростью 1 пю/с. На увеличение мощности до 687 МВт требуется одна секунда. Это увеличение активной мощности на 100 МВт на шине B3 достигается путем ввода последовательного напряжения 0,089 pu с углом 94 градуса. Это приводит к приблизительно 100 МВт снижения активной мощности, протекающей через Tr2 (с 899 МВт до 796 МВт), что теперь несет приемлемую нагрузку. См. изменения активных мощностей на шинах, B1 для B5 в области линий VPQ.

Управляемая область UPFC P-Q

Теперь откройте диалоговое окно UPFC и выберите Показать параметры управления (преобразователь серий). Выберите Режим работы = Ручной впрыск напряжения. В этом режиме управления напряжение, генерируемое последовательным инвертором, управляется двумя внешними сигналами Vd, Vq, мультиплексированными на входе Vdqref и генерируемыми в пурпурном блоке Vdqref. Первые пять секунд прерыватель байпаса остается закрытым, так что траектория PQ остается в точке (-27Mvar, 587 МВт). Затем, когда выключатель открывается, величина впрыскиваемого последовательного напряжения увеличивается от 0,0094 до 0,1 pu. Через 10 с угол инжектируемого напряжения начинает изменяться со скоростью 45 °/с.

Выполните моделирование и посмотрите на объем UPFC сигналы P и Q, которые изменяются в соответствии с изменяющейся фазой впрыскиваемого напряжения. В конце моделирования дважды щелкните синий блок с пометкой «Двойной щелчок для построения графика UPFC Controlllable Region». Траектория реактивной мощности UPFC как функции ее активной мощности, измеренной на шине B3, воспроизводится ниже. Область, расположенная внутри эллипса, представляет собой управляемую область UPFC.

Управление потоком питания с помощью PST

Несмотря на то, что трансформатор с фазовым сдвигом (PST) не является таким гибким, как UPFC, он, тем не менее, является очень эффективным средством управления потоком мощности, поскольку он действует непосредственно на фазовый угол δ, как показано в документе Передача мощности между двумя источниками напряжения без и с PST. PST является наиболее часто используемым устройством для управления потоком энергии на электросетях.

Теперь вы будете использовать PST с переключателем отводов при включенной нагрузке (OLTC) для управления потоком питания в вашей системе питания. Фазорная модель PST с использованием дельта-шестиугольного соединения доступна в библиотеке Simscape > Electrical > Specialized Power Systems > FACTS > Transformers. Для получения более подробной информации по этому PST-соединению см. справочную страницу блока дельта-гексагонального (фазорного типа) трансформатора с фазовым сдвигом трехфазного OLTC.

Удалите блок UPFC в модели, а также пурпурные блоки, управляющие блоком UPFC. Также удалите подсистему UPFC Measurements и объем UPFC. Добавьте в модель блок трехфазного фазового сдвига трансформатора OLTC дельта-гексагонального (фазорного типа) из меню Simscape > Electrical > Specialized Power Systems > FACTS > Transformerslibrary. Подключите клеммы ABC к шине B_UPFC и подключите клеммы abc к шине B3. Теперь откройте диалоговое окно блока PST и измените следующие параметры:

Номинальная мощность устанавливается равной 800 МВА (максимальная ожидаемая передача мощности через PST). Количество отводов устанавливается равным 20, так что разрешение фазового сдвига составляет приблизительно 60/20 = 3 градуса на шаг.

В энергосистеме естественный расход мощности (без ПВД) от B_UPFC до B3 составляет P = + 587 МВт. Если V1and V2 в передаче мощности между двумя источниками напряжения без и с PST представляют внутренние напряжения систем, подключенных соответственно к B_UPFC и B3, это означает, что угол δ уравнения 1 является положительным. Следовательно, в соответствии с уравнением 2, для увеличения потока мощности от B_UPFC до B3 PST-фазовый сдвиг («» PST «») abc-терминалов по отношению к ABC-терминалам также должен быть положительным. Для этого типа PST отводы должны перемещаться в отрицательном направлении. Это достигается путем передачи импульсов на вход «Down» PST-переключателя отводов.

Положением отводов управляют путем передачи импульсов на вход «вверх» или «вниз». В нашем случае, так как нам нужно увеличить фазовый сдвиг от нуля к положительным значениям, мы должны послать импульсы на вход Down. Скопируйте блок генератора импульсов и подключите его к входу вниз PST. Откройте диалоговое окно блока и измените следующие параметры:

Поэтому каждые 5 секунд отводы перемещаются на один шаг в отрицательном направлении, и фазовый сдвиг увеличивается приблизительно на 3 градуса.

Наконец, подключите блок выбора шины к измерительному выходу m PST. Откройте диалоговое окно и выберите следующие два сигнала:

Соедините эти два сигнала с двумя входами для наблюдения за положением отводов и фазовым сдвигом во время моделирования. Установка времени моделирования на 25 s и начать моделирование.

В области линий VPQ следует соблюдать напряжение на шинах, B1 к B5, и передачу активной и реактивной мощности через эти шины. Изменение положения отводов, фазовый сдвиг PST, передача активной мощности через шину B3 (мощность через PST) и B4 (мощность через трансформатор Tr2) воспроизведены на рисунке ниже.

Каждое изменение отводов приводит к изменению фазового угла приблизительно на 3 градуса, что приводит к увеличению мощности на 60 МВт через B3. При положении ответвления -2 мощность через трансформатор Tr2 снизилась с 900 МВт до 775 МВт, таким образом достигая той же цели, что и УПФУ для контроля установившегося состояния. Вы можете получить лучшее разрешение в фазовом угле и степенях мощности, увеличив количество отводов в OLTC.

Можно заметить, что дискретное изменение фазового угла приводит к перегрузкам и небольшим колебаниям активной мощности. Эти силовые колебания, которые являются типичными межобластными электромеханическими колебаниями машин в силовых установках 1 и 2, быстро гасятся стабилизаторами энергосистемы (ПСС), подключенными к системам возбуждения.

При отключении PSS от входа vstab системы возбуждения (расположенной в подсистемах Reg_M1 и Reg_M2 электростанций) будет реализовано влияние PSS на гашение межзонных колебаний. Активная мощность через B3 с PSS и без PSS воспроизводится ниже. Без PSS 1,2 Гц при демпфированных колебаниях мощности явно неприемлемы.