Документация

Введение

Пример, описанный в этом разделе, иллюстрирует применение программного Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems для исследования установившейся и динамической эффективности унифицированного контроллера степени (UPFC), используемого для снятия перегрузки степени в системе передачи.

Если вы не знакомы с UPFC, смотрите страницу с описанием для блока Unified Power Flow Controller (Phasor Type).

Описание степени

Однолинейная схема смоделированной степени показана в системе трансмиссии 500 кВ/230 кВ.

UPFC используется для управления потоком степени в системе передачи 500 кВ/230 кВ. Система, соединённая в цикл строения, состоит по существу из пяти шин (B1- B5), соединенных между собой через три линии электропередачи (L1, L2, L3) и два блока трансформаторов 500 kV/230 кВ Tr1 и Tr2. Два силовых объектов, расположенные в системе 230 кВ, генерируют в общей сложности 1500 МВт, которая передается на 500 кВ, эквивалентную 15000 МВА и нагрузку 200 МВт, подключенную к шине B3. Каждая модель объекта управления включает регулятор скорости, систему возбуждения, а также стабилизатор степени (PSS). При нормальной операции большая часть генерирующей мощности электростанции № 2 мощностью 1200 МВт экспортируется в эквивалент 500 кВ через два трансформатора 400 МВА, соединенных между шинами B4 и B5. В данном примере мы рассматриваем случай непредвиденности, когда доступны только два трансформатора из трех (Tr2 = 2 * 400 MVA = 800 MVA). Поток нагрузки показывает, что большая часть степени, произведенной установкой # 2, передается через блок трансформаторов 800 MVA (899 МВт из 1000 МВт) и что 96 МВт циркулирует в цикле. Поэтому Tr2 трансформатора перегружен на 99 МВА. Пример иллюстрирует, как UPFC может снять эту перегрузку степени. UPFC, расположенный в правом конце линии L2 используется для управления активными и реактивными степенями на шине B3 500 кВ, а также напряжением на шине B_UPFC. UPFC состоит из двух преобразователей 100 MVA, основанных на IGBT (один преобразователь шунта и один последовательный преобразователь, соединенный между собой через шину постоянного тока). Последовательный преобразователь может вводить максимум 10% номинального напряжения от линии до земли (28,87 кВ) последовательно с линейным L2.

Этот пример доступен в power_upfc модель. Загрузите эту модель и сохраните ее в рабочей директории как case2для дальнейшего изменения исходной системы.

Используя инструмент Machine Initialization блока Powergui, модель была инициализирована с объектами # 1 и # 2, генерирующими соответственно 500 МВт и 1000 МВт, и с UPFC вне обслуживания (выключатель байпаса закрыт). Результирующий расход степени, полученный в шинах B1- B5, индицируется на модели красными числами. Этот поток нагрузки соответствует потоку нагрузки, показанному на однолинейной схеме, в трансмиссии 500 кВ/230 кВ.

Управление потоком степени с помощью UPFC

Параметры UPFC приведены в диалоговом окне. Проверьте в параметрах данных о степени, что последовательный преобразователь имеет номинальное значение 100 MVA с максимальным впрыском напряжения 0,1 pu. Преобразователь шунта также имеет номинал 100 MVA. Также проверьте, в параметрах управления, что преобразователь шунта находится в режиме регулирования Напряжения и что последовательный преобразователь находится в режиме управления потоком степени. Активные и реактивные ссылки UPFC степеней установлены в пурпурных блоках, маркированных Pref (pu) и Qref (pu). Первоначально выключатель Bypass закрыт, и результирующий естественный расход степени на шине B3 составляет 587 МВт и -27 Мвар. Блок Pref запрограммирован с начальной активной степенью 5,87 pu, соответствующей естественной степени. Затем при t = 10 с Pref увеличивается на 1 pu (100 МВт), с 5,87 pu до 6,87 pu, в то время как Qref поддерживается постоянным при -0,27 pu.

Запустите симуляцию и посмотрите на возможности UPFC, как P и Q измерялись на шине, B3 следовать ссылочным значениям. Формы волны воспроизводятся ниже.

На t = 5 с, когда Байпасный выключатель открыт, естественная степень отводится от Байпасного выключателя к ветви серии UPFC без заметного переходного процесса. При t = 10 с степень увеличивается со скоростью 1 пу/с. Требуется одну секунду, чтобы степень увеличилась до 687 МВт. Это 100 МВт увеличение активной степени на шине B3 достигается путем впрыска последовательного напряжения 0,089 pu с углом 94 степеней. Это приводит к приблизительно 100 МВт снижению активной степени, протекающей через Tr2 (с 899 МВт до 796 МВт), которая теперь несет приемлемую нагрузку. Смотрите изменения активных степеней в шинах, B1 для B5 на возможностях VPQ Lines.

Управляемая область UPFC P-Q

Теперь откройте диалоговое окно UPFC и выберите Show Control parameters (последовательный преобразователь). Выберите Режим работы = Ручной впрыск напряжения. В этом режиме управления напряжение, генерируемое последовательным инвертором, управляется двумя внешними сигналами Vd, Vq мультиплексируется на входе Vdqref и генерируется в пурпурном блоке Vdqref. В течение первых пяти секунд выключатель Bypass остается закрытым, так что траектория PQ остается в точке (-27Mvar, 587 МВт). Затем, когда выключатель откроется, величина введенного последовательного напряжения растёт с 0,0094 до 0,1 pu. Через 10 с угол впрыскиваемого напряжения начинает изменяться со скоростью 45 o/с.

Запустите симуляцию и посмотрите на область UPFC сигналы P и Q, которые изменяются в соответствии с изменяющейся фазой инжектируемого напряжения. В конце симуляции дважды кликните по синему блоку с надписью «Double click to plot UPFC Controllable Region». Траектория реактивной степени UPFC как функции ее активной степени, измеренная в шине B3, воспроизведена ниже. Область, расположенная внутри эллипса, представляет управляемую область UPFC.

Управление потоком степени с использованием PST

Несмотря на то, что трансформатор сдвига фазы (PST) не так гибок, как UPFC, он, тем не менее, является очень эффективным средством для управления потоком степени, потому что он действует непосредственно на угол α фазы, как показано на Передаче Степени между Двумя Источниками Напряжения Без и с PST. PST является наиболее часто используемым устройством для управления потоком степени в степенях.

Теперь для управления потоком степени в вашей степени системе будет использоваться PST с блоком переключения отводов нагрузки (OLTC). Модель фазовращателя PST, используя дельту шестиугольная связь доступна в Simscape> Electrical> Specialized Power Systems> FACTS> Transformers библиотека. Для получения дополнительной информации об этом PST-соединении см. Three-Phase OLTC Phase Shifting Transformer Delta-Hexagonal (Phasor Type) страницы с описанием блока.

Удалите блок UPFC в модели, а также пурпурные блоки, управляющие UPFC. Также удалите подсистему Измерения и возможности применения UPFC. Добавьте Three-Phase OLTC Phase Shifting Transformer Delta-Hexagonal (Phasor Type) блок от Simscape> Electrical> Specialized Power Systems> FACTS> Transformers библиотека в Вашу модель. Подключите терминалы ABC к B_UPFC шине и соедините терминалы ABC к B3 шине. Теперь откройте диалоговое окно блока PST и измените следующие параметры:

Номинальная степень устанавливается на 800 MVA (максимальная ожидаемая передача степени через PST). Количество отводов устанавливается равным 20, так что разрешение сдвига фазы приблизительно 60/20 = 3 степени на шаг.

В степени естественный расход степени (без PST) от B_UPFC до B3 составляет P = + 587 МВт. Если V1and V2 в Передаче Мощности Между Двумя Источниками Напряжения Без и С PST представляют внутренние напряжения систем, соединенных соответственно с B_UPFC и B3, это означает, что угол Поэтому, согласно уравнению 2, для увеличения расхода степени с B_UPFC до B3, сдвиг фазы PST, относящийся к терминалам ABC, должен быть также положительным. Для этого типа PST отводы должны быть перемещены в отрицательном направлении. Это достигается путем передачи импульсов на вход Down переключателя отводов PST.

Положение отвода управляется передачей импульсов либо на вход Up, либо на вход Down. В нашем случае, поскольку нам нужно увеличить сдвиг фазы с нуля до положительных значений, мы должны отправить импульсы на вход Down. Скопируйте блок Pulse Generator и соедините его с входом Down PST. Откройте диалоговое окно блока и измените следующие параметры:

Поэтому каждые 5 секунд отводы будут перемещаться на один шаг в отрицательном направлении, и сдвиг фазы увеличится приблизительно на 3 степени.

Наконец, соедините Bus Selector блок с выходом m измерения PST. Откройте его диалоговое окно и выберите два следующих сигнала:

Соедините эти два сигнала с двумя входными возможностями, чтобы наблюдать положение отвода и сдвиг фазы во время симуляции. Установите время симуляции равным 25 s и запустите симуляцию.

На возможностях линий VPQ наблюдайте напряжения в шинах, B1 с B5 и активной и реактивной передачей степени через эти шины. Изменение положения крана, сдвиг PST фазы, и активная передача степени через шину B3 (степень через PST) и B4 (степень через Tr2 трансформатора) воспроизведены на рисунке ниже.

Каждое изменение отвода создает изменение угла фазы приблизительно 3 степени, приводящее к увеличению степени на 60 МВт через B3. В положении крана -2 степень через трансформатор Tr2 как уменьшилась с 900 МВт до 775 МВт, таким образом достигнув той же цели, что и UPFC для устойчивого управления. Вы можете получить лучшее разрешение в угле фазы и шагах степени путем увеличения количества ответвлений в OLTC.

Можно заметить, что дискретное изменение угла фазы вызывает перерегулирования и небольшие колебания в активной степени. Эти степени, которые являются типичными межоблачными электромеханическими колебаниями машин в силовых объектах 1 и 2, быстро демпфируются стабилизаторами (PSS) степени, подключенными к системам возбуждения.

Если вы отсоедините PSS от входа vstab системы возбуждения (расположенной в Reg_M1 и Reg_M2 подсистемах силовых объектов), вы реализуете влияние PSS на межсветное демпфирование колебаний. Активная степень через B3 с и без PSS воспроизводится ниже. Без PSS 1,2 Гц при демпфированных степенях явно неприемлемы.