Статический компенсатор VAR на основе тиристора
Введение
Пример, описанный в этом разделе, иллюстрирует применение программного Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems для исследования статической и динамической эффективности статического компенсатора (SVC) в системе передачи. SVC - это шунтируемое устройство семейства Гибких систем передачи переменного тока (ФАКТЫ), использующее силовую электронику. Он регулирует напряжение путем генерирования или поглощения реактивной степени. Если вы не знакомы с SVC, смотрите документацию по Static Var Compensator (Phasor Type) блокам, которая описывает принцип операции SVC.
Static Var Compensator (Phasor Type) блок Simscape> Electrical> Specialized Power Systems> FACTS библиотека является упрощенной моделью, которая может моделировать любую топологию SVC. Можно использовать его с типом симуляции фазора блока Powergui для изучения динамической эффективности и переходной устойчивости степеней. Из-за низких частот электромеханических колебаний в крупных степенях (обычно от 0,02 Гц до 2 Гц) этот тип исследования обычно требует времен симуляции 30-40 секунд или более.
Модель SVC, описанная в этом примере, является скорее подробной моделью конкретной топологии SVC (с использованием тиристорно-управляемого реактора (TCR) и тиристорно-коммутируемых конденсаторов (TSC)) с полным представлением степени электроники. Этот тип модели требует дискретной симуляции в фиксированных временных шагах (50 мкс в этом случае), и он обычно используется для изучения эффективности SVC в гораздо меньшей временной области значений (несколько секунд). Типичные приложения включают оптимизацию системы управления, влияние гармоник, переходных процессов и напряжений на компоненты степени во время отказов.
Описание SVC
Однолинейная схема смоделированного SVC показана на однолинейной схеме SVC. Он представляет SVC 300 Mvar, подключенный к системе передачи 735 кВ.
Этот пример доступен в power_svc_1tcr3tsc модель. Загрузите эту модель и сохраните ее в рабочей директории как case2 для дальнейшего изменения исходной системы. Эта модель показана на модели SPS SVC 300 Mvar на степени 735 кВ (power_svc_1tcr3tscs).
Однолинейная схема SVC
SPS Модель 300 Mvar SVC на степени 735 кВ (power_svc_1tcr3tscs)
Степени SVC
SVC состоит из соединительного трансформатора 735 kV/16 кВ, 333 MVA, одного банка TCR 109 Mvar и трех блоков TSC 94 Mvar (TSC1 TSC2 TSC3), соединенных на вторичной стороне трансформатора.
Переключение TSCs в и вне позволяет дискретное изменение вторичной реактивной степени от нуля до 282 Mvar емкости (на 16 кВ) на шаги 94 Mvar, в то время как управление фазой TCR позволяет непрерывное изменение от нуля до 109 Mvar индуктивности. Принимая во внимание реактивное сопротивление утечек трансформатора (0,15 pu), эквивалентная чувствительность SVC, видимая с первичной стороны, может изменяться постоянно от -1,04 pu/100 MVA (полностью индуктивная) до + 3,23 pu/100 Mvar (полностью емкостная).
Контроллер SVC контролирует основное напряжение и отправляет соответствующие импульсы на 24 тиристоры (6 тиристоров на трехфазный банк), чтобы получить восприимчивость, необходимую регулятору напряжения.
Каждый трехфазный банк соединяется в дельте так, что во время нормальной сбалансированной операция гармоники трипплена с нулевой последовательностью (3, 9,...) остаются захваченными внутри дельты, таким образом уменьшая гармоническую инжекцию в степень.
Система степени представлена индуктивным эквивалентом (уровень короткого замыкания 6000 МВА) и 200-MW нагрузкой. Внутреннее напряжение эквивалентной системы может изменяться с помощью блока Three-Phase Programmable Voltage Source, чтобы наблюдать динамическую реакцию SVC на изменения напряжения системы.
Система управления SVC
Модели контроллеров SVC
Система управления SVC состоит из следующих четырех основных модулей:
Система измерений измеряет основное напряжение положительной последовательности. Эта система использует дискретный метод расчета Фурье, чтобы оценить основное напряжение в однотактном рабочем среднем окне. Модуль измерения напряжения управляется циклом фазовой автоподстройки (ФАП), чтобы учесть изменения частоты системы.
Voltage Regulator использует ПИ-регулятор, чтобы регулировать основное напряжение при ссылке напряжении (1.0 pu задано в SVC Контроллера блочном меню). Падение напряжения включено в регулирование напряжения, чтобы получить V-I характеристику с наклоном (0,01 pu/100 MVA в этом случае). Поэтому, когда рабочая точка SVC изменяется с полностью емкостной (+ 300 Mvar) на полностью индуктивную (-100 Mvar), напряжение SVC изменяется между 1-0.03 = 0.97 pu и 1 + 0.01 = 1.01 pu.
Модуль распределения использует первичную чувствительность Bsvc, вычисленную регулятором напряжения, чтобы определить угол включения TCR α и состояние (вкл/выкл) трех ветвей TSC. Угол включения α как функция восприимчивости TCR BTCR реализован интерполяционной таблицей из уравнения
где BTCR является восприимчивостью TCR в pu от номинальной реактивной степени TCR (109 Mvar)
Модуль включения состоит из трех независимых подсистем, по одной для каждой фазы (AB, BC и CA). Каждая подсистема состоит из ФАП, синхронизируемой по линейному вторичному напряжению, и импульсного генератора для каждой из ветвей TCR и TSC. Импульсный генератор использует угол включения α и состояние TSC, поступающее из модуля распределения, чтобы генерировать импульсы. Запуск ветвей TSC может быть синхронизирован (один импульс посылается при положительных и отрицательных тиристорах на каждом цикле) или непрерывным. Синхронизированный режим включения обычно является предпочтительным способом, потому что он уменьшает гармоники быстрее. Убедитесь, что в диалоговом окне Firing Unit выбран режим Синхронизированный запуск.
Статическая и динамическая эффективность SVC
Теперь наблюдайте установившиеся формы волны и динамическую характеристику SVC, когда напряжение системы изменяется. Запустите симуляцию и наблюдайте форму волны на блоке SVC Scope. Эти формы волны воспроизведены ниже.
Формы волны, иллюстрирующие динамическую характеристику SVC на шаги напряжения системы
Первоначально напряжение источника устанавливается на уровне 1.004 pu, в результате чего напряжение 1.0 pu на клеммах SVC, когда SVC не работает. Поскольку ссылка напряжение Vref установлена на 1.0 pu, SVC первоначально плавает (нуль току). Эта рабочая точка получена с TSC1 в эксплуатации и TCR почти при полной проводимости (α = 96 степени).
При t = 0,1 с напряжение внезапно увеличивается до 1,025 pu. SVC реагирует путем поглощения реактивной степени (Q = -95 Mvar), чтобы вернуть напряжение к 1.01 pu. 95% времени урегулирования составляет приблизительно 135 мс. При этой точке все TSC находятся вне обслуживания, и TCR почти в полной проводимости (α = 94 степени).
На t = 0,4 с напряжение источника внезапно понижается до 0,93 пу. SVC реагирует, генерируя 256 Mvar реактивной степени, таким образом увеличивая напряжение до 0,974 pu.
На данной точке три TSC находятся в эксплуатации, и TCR поглощает приблизительно 40% своей номинальной реактивной степени (α = 120 степени ).
Наблюдайте на последнем следе возможностей, как TSC последовательно включаются и отключаются. Каждый раз, когда TSC включается угол α TCR изменяется со 180 степеней (без проводимости) до 90 степени (полная проводимость). Наконец, на t = 0,7 с напряжение увеличивается до 1,0 пу, и реактивная степень SVC уменьшается до нуля.
Можно открыть подсистему Signal & Scopes, чтобы наблюдать дополнительные формы волны. Напряжение и ток TCR в AB ветви, а также тиристорные импульсы отображаются на возможностях AB TCR. Рисунок ниже изменяет масштабирование трех циклов, когда угол включения α составляет 120 степени.
Статическое напряжение и ток в TCR AB
Осечки TSC1
Окончательное исследование примера имитирует осечку TSC.
Каждый раз, когда TSC выключается, напряжение остается заблокированным на конденсаторах TSC. Если вы смотрите на TSC1 возможностей Misfiring внутри подсистемы Signals & Возможностей, можно наблюдать напряжение TSC1 (первый trace ) и ток TSC1 (второй trace ) для ветви AB. Напряжение на положительном тиристоре (тиристор, проводящий положительный ток) показано на третьем маршруте, и импульсы, отправленные на этот тиристор, показаны на четвертом маршруте. Заметьте, что положительный тиристор запускается при максимальном отрицательном напряжении TSC, когда напряжение клапана является минимальным.
Если по ошибке импульс включения не передается в нужное время, в клапанах TSC можно наблюдать очень большие перегрузки. Смотрите внутри блока SVC Controller, как можно моделировать осечки на TSC1. Блок Timer и блок OR используются, чтобы добавить импульсы к нормальным импульсам, поступающим от модуля включения.
Откройте меню блок и удалите 100 коэффициент умножения. Теперь таймер запрограммирован, чтобы послать импульс осечки, длящийся один шаг расчета в момент времени t = 0,121 с.
Перезапустите симуляцию. Формы волны, наблюдаемые на TSC1 возможности, воспроизводятся ниже.
Напряжения и ток TSC, возникающие в результате опалубки на TSC1
Заметьте, что импульс осечки посылается, когда напряжение клапана является максимальным положительным сразу после блокировки TSC. Этот тиристорный осечка производит большой тиристорный сверхток (18 кА или в 6,5 раз больше номинального пикового тока). Также сразу после блокировки тиристора тиристорное напряжение достигает 85 кВ (в 3,8 раза больше номинального пикового напряжения). Для предотвращения таких перегрузок и перенапряжений тиристорные клапаны обычно защищаются металлическими разрядниками оксида (здесь не моделируются).