D-STATCOM (Детальная модель)
Этот пример показывает подробную модель распределения STATCOM.
Пьер Жиру; Гилберт Сибилл (Гидро-Квебек, IREQ)
Детальная и средняя модель
При моделировании основанных на VSC систем преобразования энергии в Специализированных Степенях можно использовать два типа моделей, в зависимости от области значений частот, которые будут представлены: подробная модель и средняя модель.
Подробная модель (дискретная), такая как та, что представлена в этом примере. Детальная модель включает детальное представление степени электронных IGBT-конвертеров. В порядок достижения приемлемой точности с частотой переключения 1680 Гц, используемой в этом примере, модель должна быть дискретизирована на относительно небольшом временном шаге (5 микросекунд). Эта модель хорошо подходит для наблюдения гармоник и динамической эффективности системы управления в относительно короткие периоды времени (обычно от сотен миллисекунд до одной секунды).
Модель среднего значения (дискретная), такая как представленная в модели power_dstatcom_avg в библиотеке примеров «ФАКТОВ». В этом типе модели IGBT Voltage-Sourced Converter (VSC) представлены эквивалентными источниками напряжения, генерирующими переменное напряжение, усредненное в течение одного цикла частоты переключения. Эта модель не представляет гармоники, но динамика, вытекающая из взаимодействия системы управления и степени, сохранена. Эта модель позволяет использовать намного большие временные шаги (обычно 50 микросекунд), таким образом позволяя моделировать несколько секунд.
Кроме того, третий тип модели может использоваться для симуляции на больших временных системах координат: модели фазора. Этот тип модели недоступен для D-STATCOM, но он доступен для STATCOM, аналогичного устройства, в модели power_statcom.mdl.
Описание
Для регулирования напряжения в Распределение 25-kV сети используется распределение синхронный компенсатор (D-STATCOM). Два фидера (21 км и 2 км) передают степень на нагрузки, соединенные в шинах B2 и B3. Шунтируемый конденсатор используется для коррекции коэффициента степени на шине B2. Нагрузка 600-V, соединенная с шиной B3 через 25kV/600V трансформатор, представляет собой объект, поглощающий постоянно изменяющиеся токи, подобный дуговой печи, таким образом создавая мерцание напряжения. Величина тока нагрузки модулируется на частоте 5 Гц так, что ее видимая степень изменяется приблизительно между 1 МВА и 5,2 МВА, сохраняя при этом 0,9 запаздывающий коэффициент степени. Это изменение нагрузки позволит вам наблюдать способность D-STATCOM уменьшать мерцание напряжения.
D-STATCOM регулирует напряжение B3 шине путем поглощения или выработки реактивной степени. Эта реактивная передача степени осуществляется через реактивное сопротивление утечек соединительного трансформатора путем генерирования вторичного напряжения в фазе с первичным напряжением (сторона сети). Это напряжение обеспечивается ШИМ-инвертору с питанием от напряжения. Когда вторичное напряжение ниже, чем напряжение шины, D-STATCOM действует как реактивная степень поглощения индуктивности. Когда вторичное напряжение выше, чем напряжение шины, D-STATCOM действует как конденсатор, генерирующий реактивную степень.
D-STATCOM состоит из следующих компонентов:
трансформатор 25kV/1.25kV связи, который обеспечивает связь между инвертором ШИМ и сетью.
а ШИМ-инвертор с питанием от напряжения состоящая из двух мостов IGBT. Эта конфигурация с двумя инверторами создает меньше гармоник, чем одинарный мост, что приводит к меньшим фильтрам и улучшенному динамическому отклику. В этом случае частота модуляции инвертора составляет 28 * 60 = 1,68 кГц, так что первые гармоники будут около 3,36 кГц.
Демпфированные фильтры LC, соединенные на выходе инвертора. Сопротивления, соединенные последовательно с конденсаторами, обеспечивают коэффициент качества 40 при 60 Гц.
конденсатор на 10 000 микрофарадов, действующий как источник напряжения постоянного тока для инвертора
регулятор напряжения, который управляет напряжением на шине B3
импульсный генератор ШИМ с частотой модуляции 1,68 кГц
сглаживающие фильтры, используемые для сбора напряжения и тока.
Контроллер D-STATCOM состоит из нескольких функциональных блоков:
a Фазы Locked Цикла (PLL). ФАПЛ синхронизируется с основополагающим напряжением первичных напряжений трансформатора.
две системы измерений. Блоки Vmeas и Imeas вычисляют компоненты d-оси и q-оси напряжений и токов, выполняя преобразование abc-dq в синхронной ссылке, определяемой sin (wt) и cos (wt), предоставляемой ФАПЛ.
внутренний цикл регулирования тока. Этот цикл состоит из двух пропорционально-интегральных (PI) контроллеров, которые управляют токами d-оси и q-оси. Выходами контроллеров являются напряжения Vd и Vq, которые должен сгенерировать инвертор PWM. Напряжения Vd и Vq преобразуются в фазные напряжения Va, Vb, Vc, которые используются для синтеза напряжений PWM. Ссылка q поступает от внешнего цикла регулирования напряжения (в автоматическом режиме) или от ссылки, введенной Qref (в ручном режиме). Ссылка Id поступает от регулятора напряжения постоянного тока.
внешний цикл регулирования напряжения. В автоматическом режиме (регулируемое напряжение) ПИ-контроллер поддерживает основное напряжение равной ссылкой значению, заданному в диалоговом окне системы управления.
контроллер постоянного напряжения, который сохраняет постоянное напряжение ссылка равным его номинальному значению (Vdc = 2,4 кВ).
Электрическая схема дискретизирована с использованием шага расчета Ts = 5 микросекунд. Контроллер использует больший шаг расчета (32 * Ts = 160 микросекунд).
Симуляция
1. Динамическая характеристика D-STATCOM
Во время этого теста переменная нагрузка будет поддерживаться постоянной, и вы будете наблюдать динамическую реакцию D-STATCOM на шаги изменения напряжения источника. Проверяйте, что модуляция переменной нагрузки не находится в обслуживании (Время модуляции [Ton Toff] = [0,15 1] * 100 > Время остановки симуляции). Программируемый Источник Напряжения используется, чтобы модулировать внутреннее напряжение 25-kV эквивалента. Напряжение сначала программируется на уровне 1.077 pu, чтобы сохранить D-STATCOM первоначально плавающим (B3 напряжение = 1 pu и опорное напряжение Vref = 1 pu). Три шага запрограммированы на 0,2 с, 0,3 с и 0,4 с, чтобы последовательно увеличить напряжение источника на 6%, уменьшить его на 6% и вернуть его к исходному значению (1,077 пу).
Запустите симуляцию. Наблюдайте за Scope1 напряжением фазы А и формами тока D-STATCOM, а также сигналами контроллера на Scope2. После переходного процесса, длящегося приблизительно 0,15 сек, достигается установившееся состояние. Первоначально напряжение источника таково, что D-STATCOM неактивен. Он не поглощает и не обеспечивает реактивную степень сети. При t = 0,2 с напряжение источника увеличивается на 6%. D-STATCOM компенсирует это увеличение напряжения путем поглощения реактивной степени от сети (Q = + 2,7 Mvar на дорожке 2 Scope2). При t = 0,3 с напряжение источника уменьшается на 6% от значения, соответствующего Q = 0. D-STATCOM должен генерировать реактивную степень, чтобы поддерживать напряжение 1 pu (изменения Q от + 2.7 MVAR до -2.8 MVAR). Обратите внимание, что когда D-STATCOM изменяется с индуктивной на емкостную операцию, индекс модуляции инвертора PWM увеличивается с 0,56 до 0,9 (трассировка 4 Scope2), что соответствует пропорциональному увеличению напряжения инвертора. Реверсирование реактивной степени очень быстро, около одного цикла, как наблюдается на токе D-STATCOM (пурпурный сигнал на дорожке 1 Scope1).
2. Смягчение мерцания напряжения
Во время этого теста напряжение программируемого источника напряжения будет оставаться постоянным, и вы включите модуляцию переменной нагрузки, чтобы можно было наблюдать, как D-STATCOM может уменьшить мерцание напряжения. В блочном меню программируемого источника напряжения измените параметр «Time Variation of» на «None». В меню блоков Переменная Загрузка установите параметр Modulation Timing равным [Ton Toff] = [0.15 1] (удалите 100 коэффициент умножения). Наконец, в контроллере D-STATCOM смените параметр «Режим работы» на «Регулирование Q» и убедитесь, что ссылка реактивной степени Qref (2-я линия параметров) установлена на нуль. В этом режиме D-STATCOM плавает и не выполняет никакой коррекции напряжения.
Запустите симуляцию и наблюдайте за Scope3 изменениями P и Q на шине B3 (1-ый trace ), а также за напряжениями на шинах B1 и B3 (трассировка 2). Без D-STATCOM B3 напряжение изменяется между 0,96 pu и 1,04 pu (изменение +/- 4%). Теперь в контроллере D-STATCOM смените параметр «Режим работы» на «Регулирование напряжения» и перезапустите симуляцию. Обратите внимание на Возможности 3, что колебание напряжения на шине B3 теперь уменьшается до +/- 0,7%. D-STATCOM компенсирует напряжение путем инжекции реактивного тока, модулируемого на 5 Гц (трасса 3 из Scope3) и изменяющегося между емкостем 0,6 пу, когда напряжение низкое, и индуктивным 0,6 пу, когда напряжение высокое.