В этом примере показан статический синхронный компенсатор (STATCOM), используемый для регулирования напряжения в средней точке на линии передачи 500-kV.
Пьер Жиру и Жибер Сибиль (Гидро-Квебек)
Статический синхронный компенсатор (STATCOM) - одно из ключевых устройств «ФАКТОВ». На основе преобразователя с источником напряжения STATCOM регулирует напряжение системы, поглощая или вырабатывая реактивную мощность. В отличие от статического компенсатора Var (SVC) на основе тиристора, выходным током STATCOM (индуктивным или емкостным) можно управлять независимо от напряжения системы переменного тока.
Электросеть состоит из двух 500-kV эквивалентов (соответственно 3000 МВА и 2500 МВА), соединенных 600-километровой линией электропередачи. Когда STATCOM не работает, «естественный» поток мощности на линии передачи составляет 930 МВт от шины B1 до B3. STATCOM расположен в средней точке линии (B2 шины) и имеет рейтинг +/- 100MVA. Данный STATCOM является фазорной моделью типичной трехуровневой ШИМ STATCOM. Если вы откроете диалоговое окно STATCOM и выберете «Display Power data», вы увидите, что наша модель представляет STATCOM с номинальным напряжением линии постоянного тока 40 кВ с эквивалентной емкостью 375 uF. На стороне переменного тока его суммарный эквивалентный импеданс составляет 0,22 pu на 100 МВА. Этот импеданс представляет реактивное сопротивление утечки трансформатора и фазовый реактор моста IGBT фактической PWM STATCOM.
1. Динамический ответ STATCOM
Теперь мы проверим динамический отклик нашей модели. Откройте диалоговое окно STATCOM и выберите «Display Control parameters». Убедитесь, что в поле «Mode of operation» (Режим работы) установлено значение «Voltage regulation» (Регулирование напряжения) и выбрано значение «External control of reference voltage Vref» (Внешнее управление опорным напряжением Vref). Кроме того, параметр «droop» должен быть установлен равным 0,03, а «Vac Regulator Gains» - равным 5 (пропорциональный коэффициент усиления Kp) и 1000 (интегральный коэффициент усиления Ki). Закройте диалоговый блок STATCOM и откройте блок «Step Vref» (красный блок таймера, подключенный к входу «Vref» STATCOM). Этот блок должен быть запрограммирован на изменение опорного напряжения Vref следующим образом: Изначально Vref установлен в 1 pu; при t = 0,2 с величина Vref снижается до 0,97 pu; затем при t = 0,4 с увеличивают Vреф до 1,03; и, наконец, при 0,6 с значение Vref устанавливается обратно на 1 pu. Кроме того, убедитесь, что прерыватель неисправности на шине не B1will работать во время моделирования (параметры «Переключение фаз A, B и C» не должны выбираться).
Запустите моделирование и просмотрите область «VQ_STATCOM». На первом графике отображается сигнал Vref (пурпурная трасса) вместе с измеренным напряжением Vm положительной последовательности на шине STATCOM (желтая трасса). На втором графике показана реактивная мощность Qm (желтый след), поглощенная (положительное значение) или сгенерированная (отрицательное значение) STATCOM. Сигнал Qref (пурпурная дорожка) не имеет отношения к нашему моделированию, поскольку STATCOM находится в режиме «регулирования напряжения», а не в режиме «управления Var».
Рассматривая сигнал Qm, мы можем определить, что постоянная времени замкнутого контура системы составляет около 20 мс. Эта постоянная времени зависит в первую очередь от мощности системы питания на шине B2 и от запрограммированных коэффициентов усиления регулятора переменного тока STATCOM. Чтобы увидеть влияние усиления регулятора, умножьте два усиления регулятора VAC на два и повторите моделирование. Вы должны наблюдать гораздо более быстрый ответ с небольшим перестрелкой.
Взглянув на сигналы Vm и Vref, можно увидеть, что STATCOM не работает как идеальный регулятор напряжения (Vm не следует точно за опорным напряжением Vref). Это связано с падением регулятора (регулирующим уклоном) 0,03 pu. Для заданного максимального емкостного/индуктивного диапазона этот провал используется для расширения линейного рабочего диапазона STATCOM, а также для обеспечения автоматического разделения нагрузки с другими компенсаторами напряжения (если таковые имеются). Установите для параметра droop значение 0, а регулятор напряжения получает значения 5 (Kp) и 1000 (Ki). Если затем выполнить моделирование, то будет видно, что измеренное напряжение Vm полностью соответствует опорному напряжению Vref.
2. STATCOM по сравнению с SVC в состоянии отказа
Теперь мы сравним нашу модель STATCOM с моделью SVC, имеющей одинаковую оценку (+/- 100 МВА). При двойном щелчке по «SVC Power System» (пурпурный блок) появится SVC, подключенный к электросети, аналогичной электросети, к которой подключен наш STATCOM. Удаленная неисправность будет моделироваться в обеих системах с использованием прерывателя неисправности последовательно с полным сопротивлением неисправности. Значение полного сопротивления отказа было запрограммировано для получения 30% провисания напряжения на шине B2. Перед запуском моделирования сначала отключите блок «Step Vref» путем умножения вектора времени на 100. Затем вы запрограммируете прерыватель неисправности, выбрав параметры «Переключение фаз A, B и C» и убедитесь, что прерыватель запрограммирован (посмотрите на параметр «Время перехода») для работы при t = 0,2 с в течение 10 циклов. Проверьте также, что неисправный прерыватель внутри «SVC Power System» имеет те же параметры. Наконец, установите droop STATCOM в исходное значение (0,03 pu).
Запустите моделирование и просмотрите область «SVC vs STATCOM». На первом графике показано измеренное напряжение Vm в обеих системах (пурпурная трасса для SVC). На втором графике показана измеренная реактивная мощность Qm, генерируемая SVC (пурпурная дорожка) и STATCOM (желтая дорожка). Во время 10-циклического отказа может наблюдаться ключевая разница между SVC и STATCOM. Реактивная мощность, генерируемая SVC, составляет -0,48 pu, а реактивная мощность, генерируемая STATCOM, -0,71 pu. Затем можно увидеть, что максимальная емкостная мощность, генерируемая SVC, пропорциональна квадрату напряжения системы (постоянная чувствительность), в то время как максимальная емкостная мощность, генерируемая STATCOM, линейно уменьшается с уменьшением напряжения (постоянный ток). Эта возможность обеспечения большей емкостной мощности во время отказа является одним из важных преимуществ STATCOM по сравнению с SVC. Кроме того, STATCOM обычно проявляет более быстрый отклик, чем SVC, поскольку при использовании преобразователя с источником напряжения STATCOM не имеет задержки, связанной с срабатыванием тиристора (порядка 4 мс для SVC).