Static Synchronous Compensator (Phasor Type)
Реализуйте фазорную модель трехфазного статического синхронного компенсатора
Описание
Блок Static Synchronous Compensator (Phasor Type) моделирует устройство шунтирования статического синхронного компенсатора (STATCOM) семейства Гибких систем передачи переменного тока (ФАКТЫ) с помощью силовой электроники для управления степенью и улучшения стабильности переходного процесса в степенях [1]. STATCOM регулирует напряжение на своем выводе, управляя количеством реактивной степени, вводимой или поглощаемой из степени. Когда напряжение системы низкое, STATCOM генерирует реактивную степень (емкость STATCOM). Когда напряжение системы высокое, она поглощает реактивную степень (индуктивную STATCOM).
Изменение реактивной степени осуществляется с помощью преобразователя напряжения (VSC), соединенного со вторичной стороны соединительного трансформатора. VSC использует принудительно коммутируемые степени (GTO, IGBT или IGCT), чтобы синтезировать напряжение, V2, от источника напряжения постоянного тока. Принцип операции STATCOM поясняется на рисунке ниже, который показывает активную и реактивную передачу степени между источниками V1 и V2. На этом рисунке V1 представляет напряжение системы, которым будут управлять, и V2 является напряжение, генерируемое VSC.
Принцип работы STATCOM
Эта модель представлена уравнением:
P = (V 1 V 2) sin δ/ X , Q = V 1 (V 1 – V 2 cos δ )/ X
где:
| Символ | Значение |
|---|---|
| <reservedrangesplaceholder0> 1 | Линия к линейному напряжению источника 1 |
| <reservedrangesplaceholder0> 2 | Линия к линейному напряжению источника 2 |
| X | Реактивное сопротивление соединительного трансформатора и фильтров |
| δ | Phase angle V 1 относителен V 2 |
В установившемся режиме напряжение, V2, которое генерируется VSC, находится в фазе с V1 ( Если V2 меньше V1, Q течет от V1 до V2 (STATCOM поглощает реактивную степень). На противоположном рисунке, если V2 выше V1, Q течет от V2 к V1 (STATCOM генерирует реактивную степень). Величина реактивной степени определяется:
Q = (V 1 (V 1 – V 2)) / X.
Конденсатор, подключенный на стороне постоянного тока VSC, действует как источник постоянного напряжения. В установившемся состоянии V2 напряжения должна быть фазе смещена немного позади V1 в порядок, чтобы компенсировать потери трансформатора и VSC и сохранить конденсатор заряженным. Для VSC могут использоваться две технологии VSC:
VSC с использованием преобразователей квадратной волны на основе GTO и специальных соединительных трансформаторов. Обычно четыре трехуровневых инвертора используются для создания 48-ступенчатой формы волны напряжения. Специальные соединительные трансформаторы используются для нейтрализации гармоник, содержащихся в квадратных волнах, генерируемых отдельными инверторами. В этом типе VSC основной компонент V2 напряжения пропорционален напряжению Vdc. Поэтому Vdc должен варьироваться, чтобы контролировать реактивную степень.
VSC с использованием инверторов PWM на основе IGBT. Этот тип инвертора использует метод модуляции ширины импульса (PWM), чтобы синтезировать синусоидальную форму волны от источника напряжения постоянного тока с типичной частотой рубки несколько килогерц. Гармонические напряжения отменяются соединительными фильтрами на стороне переменного тока VSC. Этот тип VSC использует постоянное напряжение постоянного тока Vdc. V2 напряжения изменяется путем изменения индекса модуляции ШИМ-модулятора.
Блок Static Synchronous Compensator (Phasor Type) моделирует STATCOM на основе IGBT (фиксированное напряжение постоянного тока). Однако, поскольку детали инвертора и гармоник не представлены, он может также использоваться для моделирования STATCOM на основе GTO в исследованиях стабильности на переходном этапе. Подробная модель STATCOM на основе GTO найдена в power_statcom_gto48p пример.
Рисунок ниже показывает однолинейную схему STATCOM и упрощённый блок ее системы управления.
Однолинейная схема STATCOM и его Блока системы управления
Система управления состоит из:
Фазовый цикл (ФАП), который синхронизируется с компонентом положительной последовательности трехфазного первичного напряжения, V1. Выходы ФАПЛ (угол и токи переменного тока (Vd, Vq или Id и Iq на схеме) используются для вычисления компонентов прямой и квадратурной осей трехфазного напряжения и токов переменного тока.
Системы измерения, измеряющие d и q компоненты напряжения положительной последовательности переменного тока, токи, которые будут управляться, и постоянное напряжение Vdc.
Внешний цикл регулирования, состоящий из регулятора переменного напряжения и регулятора постоянного напряжения. Выход регулятора переменного напряжения является ссылкой током Iqref для регулятора тока, где Iq - ток в квадратуре с напряжением, которое управляет реактивной степенью потоком. Выходом регулятора постоянного напряжения является ссылка ток Idref для регулятора тока, где Id - ток в фазе с напряжением, которое управляет активной степенью потоком.
Внутренний цикл регулирования тока, состоящий из регулятора тока. Регулятор тока управляет величиной и фазой напряжения, генерируемого преобразователем PWM (V2d и V2q) от опорных токов Idref и Iqref, генерируемых соответственно регулятором постоянного напряжения и регулятором переменного напряжения (в режиме управления напряжением). Регулятору тока помогает регулятор прямого типа, который предсказывает выходное V2 напряжение (V2d и V2q) от измерения V1 (V1d и V1q) и реактивное сопротивление утечки трансформатора.
Блок STACOM является фазорной моделью, которая не включает подробные представления силовой электроники. Вы должны использовать его с методом симуляции фазора, активированным путем установки параметра Simulation type блока Powergui равным Phasor. Он может использоваться в трехфазных степенях вместе с синхронными генераторами, двигателями, динамическими нагрузками и другими системами «ФАКТОВ» и «Возобновляемых источников энергии» для выполнения исследований устойчивости к переходным процессам и наблюдения влияния STATCOM на электромеханические колебания и пропускную способность на основной частоте.
Характеристика STATCOM V-I
STATCOM может работать в двух различных режимах:
В режиме регулирования напряжения (напряжение регулируется в пределах, как объяснено ниже)
В режиме управления var (реактивная степень STATCOM выхода поддерживается постоянным)
Когда STATCOM работает в режиме регулирования напряжения, он реализует следующую характеристику V-I:
Характеристика STATCOM V-I
Пока реактивный ток остается в пределах минимального и текущих значений (-Imax и Imax), налагаемых рейтингом преобразователя, напряжение регулируется при ссылке напряжении Vref. Однако обычно используется падение напряжения (обычно от 1% до 4% при максимальной выходной реактивной степени), и характеристика V-I имеет наклон, указанный на рисунке. В режиме регулирования напряжения характеристика V-I описывается следующим уравнением:
V = V ref + Xs I
где,
V | Положительное напряжение последовательности (pu) |
Я | Реактивный ток (pu/Pnom) (I > 0 указывает на индуктивный ток) |
Xs I | Увеличение или падение реактивного напряжения (pu/Pnom) |
Pnom | Трехфазная номинальная степень конвертера, заданная в диалоговом окне блока |
Различия между STATCOM и SVC
STATCOM выполняет ту же функцию, что и SVC. Однако при напряжениях, меньших, чем область значений нормального регулирования напряжения, STATCOM может генерировать больше реактивную степень, чем SVC. Это связано с тем, что максимальная емкостная степень, генерируемая SVC, пропорциональна квадрату системного напряжения (постоянная восприимчивость), в то время как максимальная емкостная степень, генерируемая STATCOM, уменьшается линейно с напряжением (постоянный ток). Эта способность обеспечивать более емкостную реактивную степень во время отказа является одним из важных преимуществ STATCOM по сравнению с SVC. В сложение STATCOM обычно показывает более быстрый ответ, чем SVC, потому что с VSC, STATCOM не имеет задержки, связанной с тиристорным запуском (в порядке 4 мс для SVC).
Порты
Вход
Выход
Сохранение
Параметры
Примеры моделей
Ссылки
[1] Н. Г. Хингорани, Л. Гюги, "Понимание ФАКТОВ; Концепции и технология гибких систем передачи переменного тока, "IEEE® Книга прессы, 2000.
См. также
Статический компенсатор переменной (тип фазора) | Унифицированный контроллер потока степени (тип фазора)