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.
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)
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.
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.
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
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).
