Static Synchronous Series Compensator (Phasor Type)
Реализуйте фазорную модель трехфазного статического синхронного последовательного компенсатора
Описание
Static Synchronous Series Compensator (SSSC) - последовательное устройство семейства гибких систем передачи переменного тока (ФАКТЫ), использующее силовую электронику для управления степенью и улучшения демпфирования колебаний степени в степенях [1]. SSSC вводит напряжение Vs последовательно с линией электропередачи, где она соединена.
Однолинейная схема SSSC и его Блока системы управления
Поскольку SSSC не использует никаких активных источников питания, инжектируемое напряжение должно оставаться в квадратуре с током линии. Изменяя величину Vq введенного напряжения в квадратуре с током, SSSC выполняет функцию переменного компенсатора реактивного напряжения, или емкостного, или индуктивного.
Изменение инжектируемого напряжения осуществляется с помощью преобразователя напряжения (VSC), соединенного со вторичной стороны соединительного трансформатора. VSC использует принудительно коммутируемые степени (GTO, IGBT или IGCT), чтобы синтезировать V_conv напряжения от источника напряжения постоянного тока.
Конденсатор, подключенный на стороне постоянного тока VSC, действует как источник постоянного напряжения. Небольшая активная степень вытягивается из линии, чтобы сохранить заряд конденсатора и обеспечить потери трансформатора и VSC, так, чтобы впрыскиваемое напряжение Vs практически на 90 степени выходило из фазы с током I. В блоке системы управления Vd_conv и Vq_conv обозначить компоненты напряжения конвертера V_conv которые соответственно находятся в фазе и в квадратуре с током. 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 V_conv напряжения пропорционален напряжению Vdc. Поэтому Vdc должен варьироваться для управления впрыскиваемым напряжением.
VSC с использованием инверторов PWM на основе IGBT. Этот тип инвертора использует метод модуляции ширины импульса (PWM), чтобы синтезировать синусоидальную форму волны от постоянного напряжения с типичной частотой рубки несколько килогерц. Гармоники отменяются путем подключения фильтров на стороне переменного тока VSC. Этот тип VSC использует постоянное напряжение постоянного тока Vdc. V_conv напряжения изменяется путем изменения индекса модуляции ШИМ-модулятора.
Блок SSSC (Тип Фазора) моделирует SSSC на основе IGBT (фиксированное напряжение постоянного тока). Однако, поскольку детали инвертора и гармоник не представлены, его можно также использовать для моделирования SSSC на основе GTO в исследованиях стабильности на переходном этапе.
Система управления состоит из:
Запертый фазой цикл (PLL), который синхронизируется на компоненте положительной последовательности тока I. Выход PLL (поворачивают Θ =ωt) используется, чтобы вычислить прямую ось и компоненты квадратурной оси напряжений с тремя фазами AC и тока (маркированный как Vd, Vq или Id, IQ на диаграмме).
Системы измерения, измеряющие q- компонентов положительной последовательности напряжений переменного тока V1 и V2 (V1q и V2q), а также постоянное напряжение Vdc.
Регуляторы переменного и постоянного напряжения, которые вычисляют два компонентов напряжения преобразователя (Vd_conv и Vq_conv), необходимые для получения необходимого напряжения постоянного тока (Vdcref) и инжектированного напряжения (Vqref). Регулятору напряжения Vq помогает регулятор прямого типа питания, который предсказывает V_conv напряжение от измерения тока D.
Блок SSSC является фазорной моделью, которая не включает подробные представления силовой электроники. Вы должны использовать его с методом симуляции фазора, активированным блоком Powergui. 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 SSSC на электромеханические колебания и пропускную способность на основной частоте.
Параметры
Параметры SSSC сгруппированы в две категории: Power data и Control parameters. Используйте список Отобразить (Display), чтобы выбрать группу параметров, которую вы хотите визуализировать.
Вкладка «степень»
- Nominal voltage and frequency
Номинальное линейное напряжение в Vrms и номинальная системная частота в hertz. По умолчанию это
[ 500e3, 60 ].- Series Converter rating
Номинальный номинал последовательного преобразователя в VA и максимальное значение инжектируемого напряжения, V_conv на стороне VSC трансформатора (см. одинарную линию схему), в pu номинального напряжения от фазы до земли. По умолчанию это
[ 100e6, 0.1].- Series Converter impedance
Сопротивление положительной последовательности и индуктивность конвертера, в pu на основе номинальной оценки конвертера и номинального напряжения. R и L представляют сопротивление и индуктивность утечек соединительного трансформатора плюс сопротивление и индуктивность последовательно фильтрующих индуктивностей, соединенных на выходе VSC. По умолчанию это
[ 0.16/30, 0.16 ].- Series Converter initial current
Начальное значение фазора тока положительной последовательности (величина в pu и фаза в степенях). Если вы знаете начальное значение тока, соответствующего рабочей точке SSSC, вы можете задать его в порядок, чтобы начать симуляцию в установившемся состоянии. Если вы не знаете этого значения, можно оставить [0 0]. Система достигнет устойчивого состояния после короткого переходного периода. По умолчанию это
[0, 0].- DC link nominal voltage
Номинальное напряжение ссылки постоянного тока в вольтах. По умолчанию это
40000.- DC link total equivalent capacitance
Общая емкость ссылки постоянного тока в фарадах. Это значение емкости связано с рейтингом преобразователя SSSC и номинальным напряжением линии постоянного тока. Энергия, сохраненная в емкости (в джоулях), разделенной на рейтинг конвертера (в VA), является временной длительностью, которая обычно является частью цикла с номинальной частотой. Для примера, для параметров по умолчанию (C = 375 мкF, Vdc = 40 000 V, Snom = 100 MVA) это отношение составляет 3,0 мс, что представляет 0,18 цикл для частоты 60 Гц. Если вы измените значения по умолчанию номинального значения степени и постоянного напряжения, необходимо соответствующим образом изменить значение емкости.
По умолчанию это 375e-6.
Вкладка Контроллер
- Bypass Breaker
Определяет статус обхода, связанного с прерывателями в блоке через терминалы A1, B1, C1 и A2, B2, C2. Выберите один из
External Control(по умолчанию),OpenилиClosed. Если байпасный выключатель находится в внешнем управлении, Simulink® вход с именем Bypass появляется на блоке, что позволяет управлять состоянием выключателя байпаса от внешнего сигнала (0 или 1).- Injected voltage reference Vqref
Задайте квадратурный компонент напряжения, инжектируемого на стороне VSC последовательного трансформатора, в pu. По умолчанию это
0.05.- External
Когда External выбран, на блоке появляется вход Simulink с именем Vqef, позволяющий управлять напряжением ссылки от внешнего сигнала (в pu). Поэтому параметр Injected voltage reference Vqref недоступен. Значение по умолчанию сброшено.
- Maximum rate of change for Vqref
Максимальная скорость изменения напряжения Vqref, в pu/s. По умолчанию это
3.- Injected voltage regulator gains: [Kp Ki]
Усиления регулятора ПИ, который управляет инжектированным напряжением. Задайте пропорциональную составляющую Kp in (pu of Vq_conv )/( pu of V), и интегральную составляющую Ki, in (pu of Vq_conv )/( pu of V )/s, где V - ошибка напряжения Vq, а Vq_conv - квадратурная ось напряжения, генерируемого VSC.
По умолчанию это [0.03, 1.5]/8.Коэффициент усиления подачи вычисляется из параметров Series Converter impedance.
- Vdc regulator gains: [Kp Ki]
Усиления регулятора постоянного напряжения PI, который управляет напряжением на конденсаторе шины постоянного тока. Задайте пропорциональную составляющую Kp in (pu of Vd_conv )/Vdc и интегральную составляющую Ki, in (pu of Vd_conv )/Vdc/s, где Vdc - ошибка постоянного напряжения, а Vd_conv - компонент прямой оси напряжения, генерируемого конвертером. По умолчанию
это [0.1e-3, 20e-3].
Входы и выходы
A1 B1 C1Три входных терминала SSSC.
A2 B2 C2Три выходных терминала SSSC.
BypassЭтот вход видим, только когда параметр Bypass Breaker установлен в
External Control.Примените логический сигнал Simulink (0 или 1) к этому входу. Когда этот вход высок, байпасный выключатель закрывается.
VqrefЭтот вход видим только, когда проверяется Внешнее управление инжектированным напряжением параметра Vqref.
Примените сигнал Simulink, задающий опорное напряжение, в pu.
mВыходной вектор Simulink, содержащий 17 внутренних сигналов SSSC. Эти сигналы являются либо векторами напряжений и токов (комплексными сигналами), либо сигналами управления. К ним можно получить индивидуальный доступ с помощью блока Bus Selector. Они, по порядку:
Сигнал
Группа сигналов
Имена сигналов
Определение
1-3
Степень Vabc1 (cmplx)
Va1 (pu)
Vb1 (pu)
Vc1 (pu)Фазорные напряжения (от фазы до земли) Va, Vb, Vc на входных клеммах SSSC A1, B1, C1 (pu)
4
Степень
Vdc (V)
Постоянное напряжение (V)
5-7
Степень Vabc2 (cmplx)
Va2 (pu)
Vb2 (pu)
Vc2 (pu)Фазорные напряжения (от фазы до земли) Va, Vb, Vc на выходных клеммах SSSC A2, B2, C2 (pu)
8-10
Степень Vabc_Inj (cmplx)
Va_Inj (pu)
Vb_Inj (pu)
Vc_Inj (pu)Фазоры инжектируемых напряжений
Vs = V2-V1 (pu)11-13
Степень Iabc (cmplx)
Ia (pu)
Ib (pu)
Ic (pu)Токи фазора Ia, Ib, Ic, вытекающие из терминалов A2, B2, C2 (pu)
14
Контроль
Vqref (pu)
Опорное значение квадратурной оси
инжектированное напряжение (pu)15
Контроль
Vqinj (pu)
Измеренное инжектированное напряжение в квадратурной оси (pu)
16
Контроль
Id (pu)
Измеренный ток (pu)
17
Контроль
modindex
Индекс модуляции m ШИМ модулятора. Положительное число 0 < m < 1. m = 1 соответствует максимальному напряжению V_conv которое может генерироваться последовательным преобразователем без перенапряжения.
Примеры
Смотрите power_sssc пример, который иллюстрирует использование SSSC для демпфирования колебаний степени в системе 500 кВ, 60 Гц.
Ссылки
[1] Н. Г. Хингорани, Л. Гюги, "Понимание ФАКТОВ; Концепции и технология гибких систем передачи переменного тока, "IEEE® Книга прессы, 2000