Описание

Гидрогенераторная установка (станок M1) мощностью 1000 МВт соединена с центром нагрузки по длинной линии электропередачи 500 кВ, 700 км. Центр нагрузки моделируется резистивной нагрузкой 5000 МВт. Нагрузка подается удаленной установкой мощностью 1000 МВт и локальной генерацией мощностью 5000 МВт (машина М2). Система инициализирована таким образом, что линия переносит 950 МВт, что близко к ее импедансной нагрузке (SIL = 977 МВт). Чтобы поддержать системную стабильность после того, как ошибки, линия передачи - шунт, компенсированный в его центре 200-Mvar Static Var Compensator (SVC). Обратите внимание, что эта модель SVC является фазорной моделью, действительной только для решения по переходной стабильности. SVC не имеет блока гашения колебаний мощности (POD). Две машины оснащены гидравлической турбиной и регулятором (HTG), системой возбуждения и стабилизатором энергосистемы (PSS). Эти блоки расположены в двух подсистемах «Турбина» и «Регулятор». Можно выбрать два типа стабилизаторов: обобщенную модель, использующую мощность ускорения (Pa = разность между механической мощностью Pm и выходной электрической мощностью Peo) и многополосный стабилизатор, использующий отклонение скорости (dw). Тип стабилизатора может быть выбран путем указания значения (0 = No PSS 1 = Pa PSS или 2 = dw MB PSS) в блоке констант PSS.

В этом примере мы применяем отказы в системе 500 кВ и наблюдаем влияние PSS и SVC на стабильность системы.

Моделирование

Примечание.Перед запуском примера откройте блок Powergui и обратите внимание, что «Моделирование фазора» было проверено. Фазорное решение намного быстрее, чем «стандартное» детализированное решение. В этом методе решения сетевые дифференциальные уравнения заменяются набором алгебраических уравнений с фиксированной частотой, что значительно сокращает время моделирования. Это позволяет исследовать переходную устойчивость многомашинных систем, как показано ниже.

1. Инициализация

Обратите внимание, что система уже инициализирована для запуска в установившемся состоянии. Если вы знакомы с процедурой Load Flow, вы можете пропустить этот элемент и перейти к шагу 2.

Откройте маску блоков синхронной машины M1 1000 МВА и M2 5000 МВА:

На вкладке Load Flow машины M1 для параметра «Generator type» установлено значение «PV», указывающее, что поток нагрузки будет выполняться с машиной, контролирующей ее активную мощность и напряжение на клеммах. Параметр «Активная выработка энергии» установлен равным 950e6 Вт, а напряжение на клеммах определяется блоком шины потока нагрузки, обозначенным M1 и подключенным к клеммам машины.

Для параметра 'Generator type' машины M2 установлено значение 'swing', указывающее, что машина будет использоваться в качестве качающейся шины для балансировки мощности.

В меню Powergui выберите Load Flow. Появится новое окно. Сводка настроек потока нагрузки отображается в таблице. Нажмите кнопку «Вычислить», чтобы решить поток нагрузки. Теперь в таблице отображаются фактические активные и реактивные мощности машины.

Нажмите кнопку «Применить», чтобы применить решение потока нагрузки к модели.

Посмотрите на гидравлическую турбину и регулятор (HTG) и систему возбуждения, содержащиеся в двух подсистемах регулятора, чтобы отметить, что начальная механическая мощность и напряжение поля были автоматически инициализированы потоком нагрузки. Опорные механические мощности и опорные напряжения для двух машин также были обновлены в двух постоянных блоках, соединенных на входах HTG и системы возбуждения: Pref1 = 0,95 pu (950 MW), Vref1 = 1pu; Pref2 = 0,8091 pu (4046 МВт), Vref2 = 1 pu.

2. Однофазный отказ - Воздействие PSS - отсутствие SVC

Откройте диалоговое окно SVC и обратите внимание, что SVC настроен на работу в режиме «Var control (fixed susceptance)» с Bref = 0. Установка Bref в нуль эквивалентно выводу SVC из обслуживания. Убедитесь также, что две основные системы 2х2 (Pa type) находятся в рабочем состоянии (значение = 1 в блоке констант основной системы 2х2). Запустите моделирование и проверьте наличие сигналов в области «Машины». Для этого типа отказов система стабильна без SVC. После устранения неисправности колебание 0,8 Гц быстро гасится. Этот режим колебаний типичен для межзонных колебаний в большой энергосистеме. Первый след в области «Машина» показывает разность углов роторов d_theta1_2 между двумя машинами. Передача мощности максимальна, когда этот угол достигает 90 градусов. Этот сигнал является хорошим показателем стабильности системы. Если d_theta1_2 превышает 90 градусов в течение слишком длительного периода времени, машины потеряют синхронизм и система станет нестабильной. Второй след показывает скорость машины. Обратите внимание, что скорость машины 1 увеличивается во время неисправности, потому что в этот период ее электрическая мощность ниже, чем механическая. При моделировании в течение длительного периода времени (50 секунд) вы также заметите, что скорости машины колеблются вместе с низкой частотой (0,025 Гц) после устранения неисправности. Две PSS (Pa-типа) способны демпфировать режим 0,8 Гц, но они неэффективны для демпфирования режима 0,025 Гц. Если вместо этого выбрать Multi-Band PSS (значение = 2 в блоке констант PSS), то можно заметить, что этот тип стабилизатора успешно вытесняет режим 0,8 Гц и режим 0,025 Гц.

Теперь повторите тест с двумя выходящими из обслуживания PSS (значение = 0 в блоке констант PSS). Перезапустите моделирование. Обратите внимание, что система нестабильна без PSS. Для сравнения результатов с PSS и без PSS дважды щелкните по 2-му синему блоку с правой стороны. Можно также сравнить полученные результаты с двумя методами решения «Detailed» и «Phasor», дважды щелкнув первый синий блок в правой части.

Примечание: Эта система, естественно, нестабильна без PSS, даже при небольших нарушениях. Например, если устранить неисправность (отменив выбор фазы A в устройстве устранения неисправности) и применить шаг Pref 0,05 pu на машине 1, нестабильность будет медленно нарастать через несколько секунд.

3. Трехфазный отказ - воздействие SVC - две основные системы 2х2 в рабочем состоянии

Теперь вы примените трехфазный отказ и будете наблюдать за воздействием SVC для стабилизации сети во время серьезной аварии. Переведите две PSS (Pa type) в рабочее состояние (значение = 1 в блоке констант PSS. Перепрограммируйте блок «Fault Breaker», чтобы применить 3-фазный отказ на землю. Убедитесь, что SVC находится в режиме фиксированного контроля с Bref = 0. Запустите моделирование. Взглянув на сигнал d_theta1_2, вы должны заметить, что после устранения неисправности две машины быстро выходят из синхронизации. Чтобы не проводить ненужное моделирование, блок «Остановить» Simulink ® используется для остановки моделирования, когда разность углов достигает 3 * 360 градусов.

Теперь откройте меню блока SVC и измените режим работы SVC на «Регулирование напряжения». Теперь SVC будет пытаться поддерживать напряжение путем ввода реактивной мощности в линию, когда напряжение ниже опорного напряжения (1,009 pu). Выбранное опорное напряжение SVC соответствует напряжению шины, когда SVC находится в нерабочем состоянии. В установившемся состоянии SVC, следовательно, будет «плавающим» и будет ожидать компенсации напряжения, когда напряжение отходит от своей контрольной уставки.

Перезапустите моделирование и убедитесь, что система теперь стабильна с трехфазным отказом. Можно сравнить результаты с SVC и без него, дважды щелкнув по 3-му синему блоку с правой стороны.

Ссылка

[1] D.Jovcic, G.N.Pillai «Аналитическое моделирование динамики TCSC» IEEE ® Transactions on Power Delivery, vol 20, Issue 2, April 2005, pp. 1097-1104