Детальная модель по сравнению со средней

При моделировании линейно-коммутируемых преобразовательных систем HVDC можно использовать два типа модели, в зависимости от диапазона отображаемых частот:

Подробная модель, такая как модель, представленная в power_hvdc12pulse модели, включает в себя подробное представление блока преобразователя с его силовым электронным тиристорным мостом и преобразовательным трансформатором. Эта модель хорошо подходит для наблюдения за динамическими и переходными характеристиками гармоник и системы управления.

Средняя модель, такая как представленная здесь, где блок преобразователя (мост и трансформатор) представлен эквивалентным источником напряжения, генерирующим среднее напряжение постоянного тока моста, и источниками переменного тока, генерирующими основную составляющую токов, протекающих в сеть. Эта модель не представляет гармоники, но динамика, возникающая в результате взаимодействия системы управления и энергосистемы, сохраняется. Эта модель позволяет использовать временной шаг, который выше, чем шаг системы управления или сети. Однако оптимальные рабочие характеристики достигаются при использовании того же временного шага регуляторов системы управления.

Описание

Соединение 1000 МВт (500 кВ, 2kA) постоянного тока используется для передачи мощности от сети 500 кВ, 5000 МВА, 60 Гц к сети 345 кВ, 10 000 МВА, 50 Гц. Выпрямитель и инвертор являются средними моделями 12-импульсных преобразователей, представляющих собой два последовательно соединенных 6-импульсных тиристорных моста. Выпрямитель и инвертор соединены между собой распределенной линией параметров 300 км и двумя сглаживающими реакторами 0,5 H.

Линейное представление преобразовательного трансформатора является частью блока средней модели. Переключатели отводов трансформатора не моделируются, а фиксированные отводы считаются входами модели. В выпрямителе отношение отводов (Nprimary/Nsecondary) равно 0,9 (pu), а в инверторе - 0,96 (pu). Реактивная мощность, требуемая преобразователями, обеспечивается набором конденсаторных блоков плюс 11-й, 13-й и высокий фильтры общей мощностью 600 Мвар с каждой стороны. Следует отметить, что поскольку гармоники не генерируются моделью среднего преобразователя, Mvar может быть полностью обеспечен конденсаторными батареями.

Два автоматических выключателя используются для устранения неисправностей на стороне переменного тока инвертора и стороне постоянного тока выпрямителя. Следует отметить, что, поскольку тиристорные клапаны отсутствуют, 12-импульсный блок управления стрельбой больше не требуется в средней модели.

Функции защиты постоянного тока реализованы в каждом преобразователе. В выпрямителе защита от замыкания постоянного тока будет обнаруживать и нагнетать угол задержки в область инвертора, чтобы гасить ток замыкания. В инверторе управление предотвращением отказа коммутации будет обнаруживать неисправности переменного тока и уменьшать предел максимального угла задержки, чтобы уменьшить риск отказа коммутации. Следует отметить, что явление отказа коммутации невозможно в средней модели.

Для помощи пользователю в идентификации условий, которые могут вызвать это явление, предоставляется индикация из модели (CF_alarm сигнал, доступный из блока выбора шины модели выпрямителя и инвертора). Блоки обнаружения низкого напряжения переменного тока блокируют защиту от отказа постоянного тока при обнаружении падения напряжения переменного тока. Главный блок управления инициирует запуск и остановку преобразователей, а также увеличение и уменьшение текущих ссылок.

Описание систем управления приведено в разделе «Пример системы передачи HVDC» Руководства пользователя. Выход (alpha_ord) порядка угла стрельбы контроллера является входом средней модели.

Система питания и система управления дискретизированы на время выборки Ts = 50 мкс. В разделе «Инициализация модели» модели автоматически устанавливается Ts = 50e-6 в рабочей области MATLAB ®. Он также устанавливает средний временной шаг модели Ts_avg равный Ts.

Моделирование

Система запрограммирована на запуск и достижение устойчивого состояния. Затем прикладывают шаги к опорному току выпрямителя и к опорному напряжению инвертора, чтобы наблюдать динамическую характеристику регуляторов. Наконец, инициируется последовательность остановов для выключения питания постоянного тока перед блокированием преобразователей.

Запустите моделирование, откройте области ВЫПРЯМИТЕЛЬ и ИНВЕРТОР (в подсистеме сбора данных) и проверьте напряжение линии постоянного тока на трассе 1 (1pu = 500 кВ) и ток линии постоянного тока (опорные и измеренные значения) на трассе 2 (1pu = 2 кА).

Запуск и остановка

В главном управляющем устройстве преобразователи разблокируются и запускаются посредством изменения опорного тока выпрямителя и инвертора.

При t = 0,02 с (т.е. когда преобразователи разблокированы) эталонный ток нарастает до достижения минимального значения 0,1 pu за 0,3 с (0,33 pu/с). В конце этого первого клина (t = 0,32 с) линия постоянного тока заряжается при своем номинальном напряжении, и напряжение постоянного тока достигает установившегося состояния.

При t = 0,4 с эталонный ток увеличивается от 0,1 pu до 1 pu (2kA) за 0,18 с (5 pu/с). В конце этой начальной последовательности (t = 0,58 с) постоянный ток достигает устойчивого состояния. Выпрямитель затем управляет током, а инвертор - напряжением.

В установившемся состоянии углы альфа-зажигания (след 3) составляют 17,7 градуса и 144,5 градуса соответственно на сторонах ВЫПРЯМИТЕЛЬ и ИНВЕРТОР. Следует отметить, что в детальной модели эти трассы (16,5 градуса для выпрямителя и 143 градуса для инвертора) являются не измеренными углами задержки запуска, а соответствующими заказами регуляторов управления. В детальной модели углы стрельбы меньше, поскольку регуляторы должны продвигать команды стрельбы на два временных шага, чтобы компенсировать задержки, вносимые взаимодействием входных напряжений переменного тока и выходных импульсов стрельбы 12-импульсного блока управления стрельбой. Гамма-значение угла исчезновения является выводом средней модели. Он используется в инверторе и показан на дорожке 5. В установившемся состоянии его значение составляет 23 градуса.

Режим управления (целое число от 0 до 6) показан в дорожке 4 (0 = заблокировано; 1 = управление током; 2 = управление напряжением; 3 = альфа-минимальное ограничение; 4 = Максимальное ограничение альфа; 5 = принудительный или постоянный альфа; 6 = гамма-контроль).

При t = 1.4 с последовательность останова инициируется понижением тока до 0.1 pu.

При t = 1,6 с форсированный альфа-сигнал на выпрямителе гасит ток, а при инверторе форсированный альфа-сигнал снижает напряжение постоянного тока.

При t = 1,7 с импульсы блокируются в обоих преобразователях.

Ступенчатая реакция регуляторов тока и напряжения

Убедитесь в главном элементе управления, что переключатель «Enable Ref. Current Step» находится в верхнем положении. Этот переключатель используется для применения шага к опорному напряжению. Также убедитесь в том, что в управлении инвертором включен шаг Ref. Voltage Step. Запустите моделирование.

При t = 0,7 с сначала прикладывают шаг -0,2 pu к опорному току (уменьшение от 1 pu до 0,8 pu), а при t = 0,8 c сбрасывают опорный ток до его исходного значения 1 pu. Ток стабилизируется приблизительно за 0,1 секунды. Шаги также прикладываются к опорному напряжению инвертора (-0,1 pu/+ 0,1 pu при t = 1,0 с/1,1 с).

Отказ линии постоянного тока на выпрямителе

Деактивизируйте шаги, выполняемые на репере тока и репере напряжения в главном управлении и в управлении инвертором соответственно, установив переключатели в более низкое положение.

Защита от отказов постоянного тока (DCPROT) в выпрямителе активирована по умолчанию. В блоке DC Fault (отказ постоянного тока) измените на 1 коэффициент умножения 100 за время переключения так, чтобы отказ теперь применялся при t = 0,7 с.

Сократите время остановки моделирования с 2 до 1,4 с. Откройте область FAULT для наблюдения за током отказа постоянного тока. Перезапустите моделирование.

При подаче отказа ток постоянного тока быстро увеличивается до 2,63 pu, и напряжение постоянного тока падает до нуля на выпрямителе. Это падение напряжения постоянного тока наблюдается с помощью ограничителя зависимого от напряжения тока (VDCOL), который уменьшает опорный ток до 0,3 pu в выпрямителе. Постоянный ток продолжает циркулировать в случае неисправности.

При t = 0,77 с альфа-угол срабатывания выпрямителя принудительно доводится до 166 градусов защитой постоянного тока, поскольку обнаруживается падение напряжения постоянного тока (VdL < 0,5 pu в течение более 70 мс). Выпрямитель теперь работает в инверторном режиме. Напряжение в линии постоянного тока становится отрицательным, и энергия, накопленная в линии, возвращается в сеть переменного тока, вызывая быстрое истечение тока повреждения при следующем пересечении нуля.

Альфа высвобождается при t = 0,82 с, и нормальное напряжение постоянного тока и ток восстанавливаются приблизительно через 0,4 с.

Отказ линии переменного тока на землю инвертора

В блоке «Отказ постоянного тока» измените коэффициент умножения 1 при переключении на 100, так чтобы отказ постоянного тока теперь был отключен. В блоке A-G Fault (отказ A-G) измените на 1 коэффициент умножения 100 в моменты времени переключения так, чтобы 6 циклов отказа линии к земле теперь применялись при t = 0,7 с.

Подсистема обнаружения низкого напряжения переменного тока (LACVD) в защитах выпрямителя и инвертора и управление предотвращением отказов коммутации (CFPREV) в защите инвертора активируются по умолчанию.

Перезапустите моделирование.

Следует отметить, что колебания 120 Гц в напряжении постоянного тока и токах, которые обычно наблюдаются при однофазном отказе с детальной моделью, не существуют в средней модели. Действительно, в средней модели значимы только фундаментальные компоненты величин переменного тока с положительной последовательностью. VDCOL не будет работать во время отказа. Система восстанавливается приблизительно через 0,2 с после устранения неисправности (см. измеренную мощность постоянного тока Pd).

Нештатная работа инвертора, возникающая в результате сбоя коммутации (CF) из-за отказов переменного тока, неправильно представлена средними уравнениями модели. Чтобы помочь пользователю в идентификации такого состояния, каждый раз, когда прогнозируется начало CF, устанавливается аварийный сигнал (CF_alarm).

Посмотрите на сигнал CF_alarm на инверторе, срабатывающий при t = 0,73 с. Откройте блок CF_alarm (внутри блока HVDC_CONV_AVG модели инвертора) для проверки логики.

Посмотрите на A_min_I сигнал области применения ЗАЩИТНОГО ИНВЕРТОРА. Этот сигнал контролирует выход блока защиты инвертора (CFPREV). Сигнал A_min используется для уменьшения предела угла задержки для увеличения запаса коммутации во время и после неисправности.

Наконец, деактивируйте защиту CFPREV, отменив выбор параметра «ON State» в диалоговом окне CFPREV. Перезапустите моделирование и проверьте разницу во времени восстановления передачи постоянного тока.