Описание

Унифицированный контроллер потока питания (UPFC) используется для управления потоком питания в системе передачи 500 кВ. UPFC, расположенный на левом конце 75-километровой линии L2, между шинами 500 кВ B1 и B2, используется для управления активной и реактивной мощностью, протекающей по шине B2, при этом контролируя напряжение на шине B1. Состоит из двух 100-MVA, трехуровневых, 48-импульсных преобразователей на базе ГТО, одного подключенного в шунте по шине B1 и одного подключенного последовательно между шинами B1 и B2. Шунт и последовательные преобразователи могут осуществлять обмен энергией через шину постоянного тока. Последовательный преобразователь может вводить не более 10% номинального напряжения линии на землю (28,87 кВ) последовательно с линейными L2.

Эта пара преобразователей может работать в трех режимах:

Режим работы, а также опорное напряжение и значения опорной мощности могут быть изменены с помощью блока «UPFC GUI».

Принцип работы гармонических нейтрализованных преобразователей объясняется в другом примере под названием «Трёхфазный 48-импульсный преобразователь GTO». Эта модель power_48pulsegtoconverter доступна в библиотеке примеров Power Electronics Models. Когда два преобразователя работают в режиме UPFC, шунтирующий преобразователь работает как STATCOM. Он управляет напряжением B1 шины, управляя поглощаемой или генерируемой реактивной мощностью, а также обеспечивая передачу активной мощности к последовательному преобразователю через шину постоянного тока. Изменение реактивной мощности достигается изменением напряжения шины постоянного тока. Четыре трехуровневых шунтирующих преобразователя работают при постоянном угле проводимости (Sigma = 180-7,5 = 172,5 градуса), таким образом генерируя квазисинусоидальную 48-ступенчатую форму сигнала напряжения. Первые значимые гармоники - 47-я и 49-я.

При работе в режиме UPFC величина последовательного инжектируемого напряжения изменяется путем изменения угла проводимости Сигма, таким образом генерируя более высокое гармоническое содержание, чем шунтирующий преобразователь. Как показано в этом примере, когда последовательный преобразователь работает в режиме SSSC, он генерирует «истинный» 48-импульсный сигнал.

Естественный поток энергии через шину B2, когда нулевое напряжение генерируется последовательным преобразователем (нулевое напряжение на стороне преобразователя четырех преобразовательных трансформаторов) составляет P = + 870 МВт и Q = -70 Мвар. В режиме UPFC можно изменять как величину и фазовый угол, так и последовательное инжектируемое напряжение, таким образом позволяя управлять P и Q. Управляемая область UPFC получается путем поддержания инжектируемого напряжения до его максимального значения (0,1 pu) и изменения его фазового угла от нуля до 360 градусов. Чтобы увидеть результирующую траекторию P-Q, дважды щелкните значок «Show UPFC Controlllable Region» (Показать управляемую область UPFC). Любая точка, расположенная внутри эллиптической области PQ, может быть получена в режиме UPFC.

Моделирование

1. Управление питанием в режиме UPFC

Откройте меню блока UPFC GUI. Графический интерфейс пользователя позволяет выбрать режим работы (UPFC, STATCOM или SSSC), а также опорные мощности Pref/Qref и/или настройки опорного напряжения Vref. Также, чтобы наблюдать динамический отклик системы управления, GUI позволяет задать шаговое изменение любого опорного значения в конкретный момент времени.

Убедитесь, что режим работы установлен в «UPFC (Power Flow Control)». Опорная активная и реактивная мощности указаны в последних двух строках меню GUI. Первоначально Pref = + 8,7 pu/100MVA (+ 870 МВт) и Qref = -0,6 pu/100MVA (-60 Мвар). При t = 0,25 с Преф изменяется на + 10 pu (+ 1000 МВт). Затем при t = 0,5 с значение Qref изменяется на + 0,7 pu (+ 70 Mvar). Опорное напряжение шунтирующего преобразователя (указанное во 2-й строке GUI) будет поддерживаться постоянным на уровне Vref = 1 pu в течение всего моделирования (Step Time = 0,3 * 100 > Время остановки моделирования (0,8 сек). Когда UPFC находится в режиме управления мощностью, изменения опорной реактивной мощности STATCOM и введенного напряжения SSSC (указанные соответственно в 1-й и 3-й линиях GUI) не используются.

Запустите моделирование в течение 0,8 сек. Откройте подсистему «Показать области». Наблюдать на трассах 1 и 2 объема УПФУ изменения P и Q. После переходного периода продолжительностью приблизительно 0,15 с достигается установившееся состояние (P = + 8,7 pu; Q = -0,6 pu). Затем P и Q переходят к новым установкам (P = + 10 pu Q = + 0,7 pu). Наблюдайте на трассах 3 и 4 результирующие изменения в P Q на трех линиях передачи. Рабочие характеристики шунтирующего и последовательного преобразователей можно наблюдать соответственно в областях STATCOM и SSSC. Если вы увеличиваете первый след области STATCOM, вы можете наблюдать 48-ступенчатую форму сигнала напряжения Vs, генерируемую на вторичной стороне трансформаторов шунтирующего преобразователя (желтая дорожка), наложенных на первичное напряжение Vp (пурпурный) и первичный ток Ip (голубой). Напряжение шины постоянного тока (трасса 2) изменяется в 19kV-21kV диапазоне. Если вы увеличиваете первую трассировку области действия SSSC, вы можете наблюдать вдуваемые волны напряжения Vinj, измеренные между шинами B1 и B2.

2. Управление VAR в режиме STATCOM

В меню блока GUI измените режим работы на «STATCOM (Var Control)». Убедитесь, что значения ссылок STATCOM (1-я строка параметров, [T1 T2 Q1 Q2]) установлены в [0,3 0,5 + 0,8 -0,8]. В этом режиме STATCOM работает как переменный источник реактивной мощности. Первоначально Q устанавливается в ноль, затем при T1 = 0,3 с Q увеличивается до + 0,8 pu (поглощающая реактивная мощность STATCOM) и при T2 = 0,5 с Q изменяется на -0,8 pu (генерирующая реактивная мощность STATCOM).

Выполните моделирование и просмотрите динамический отклик STATCOM в области применения STATCOM. Увеличьте первую трассировку вокруг t = 0,5 сек, когда Q изменяется с + 0,8 pu на -0,8 pu. Когда Q = + 0,8 pu, ток, протекающий в STATCOM (голубая дорожка), является запаздывающим напряжением (пурпурная дорожка), что указывает на то, что STATCOM поглощает реактивную мощность. Когда Qref изменен с +0.8 до-0.8, текущее изменение фазы относительно напряжения изменяется от 90 градусов, отстающих до 90 градусов, ведущих в одном цикле. Это управление реактивной мощностью достигается изменением величины вторичного напряжения Vs, генерируемого шунтирующим преобразователем, при сохранении его в фазе с напряжением Vp B1 шины. Это изменение величины Vs выполняется путем управления напряжением шины постоянного тока. При изменении Q с + 0,8 pu до -0,8 pu, Vdc (след 3) увеличивается с 17,5 кВ до 21 кВ.

3. Последовательный ввод напряжения в режиме SSSC

В меню блока GUI измените режим работы на «SSSC (впрыск напряжения)». Убедитесь, что значения ссылок SSSC (3-я строка параметров) [Vinj_Initial Vinj_Final StepTime]) установлены в [0,0 0,08 0,3]. Исходное напряжение устанавливается равным 0 pu, затем при t = 0,3 сек оно будет повышаться до 0,8 pu.

Выполните моделирование и проверьте в объеме SSSC влияние впрыскиваемого напряжения на P и Q, протекающие в 3 линиях передачи. В отличие от режима UPFC, в режиме SSCC последовательный инвертор работает с постоянным углом проводимости (Sigma = 172,5 градусов). Величина инжектируемого напряжения регулируется изменением напряжения постоянного тока, которое пропорционально Vinj (3-й след). Кроме того, следует наблюдать за волнами инжектируемых напряжений (1-я дорожка) и токами, протекающими через SSSC (2-я дорожка). Напряжения и токи остаются в квадратуре, так что SSSC работает как переменная индуктивность или емкость.