Этот пример показывает статический синхронный компенсатор (STATCOM), используемый для регулирования среднего напряжения на 500-kV линии электропередачи.
Пьер Жиру и Гибер Сибиль (Гидро-Квебек)
Статический синхронный компенсатор (STATCOM) является одним из ключевых устройств «ФАКТОВ». На основе преобразователя напряжения STATCOM регулирует напряжение системы путем поглощения или выработки реактивной степени. В отличие от статического компенсатора VAR (SVC) на основе тиристора, выходным током STATCOM (индуктивным или емкостным) можно управлять независимо от напряжения системы переменного тока.
Сетка степени состоит из двух 500-kV эквивалентов (соответственно 3000 MVA и 2500 MVA), соединенных 600-км линией электропередачи. Когда STATCOM не работает, «естественный» поток степени на линии электропередачи составляет 930 МВт от шины B1 к B3. STATCOM расположен в середине линии (шина B2) и имеет рейтинг +/- 100MVA. Эта STATCOM является фазорной моделью типичной трехуровневой PWM STATCOM. Если вы откроете диалоговое окно STATCOM и выберете «Display Power data», то увидите, что наша модель представляет STATCOM, имеющий номинальное напряжение постоянного тока 40 кВ с эквивалентной емкостью 375 uF. На стороне переменного тока его полное эквивалентное сопротивление составляет 0,22 pu на 100 MVA. Это сопротивление представляет реактивное сопротивление утечек трансформатора и фазы реактор моста IGBT фактического PWM STATCOM.
1. Динамический ответ STATCOM
Теперь мы проверим динамическую характеристику нашей модели. Откройте диалоговое окно STATCOM и выберите «Display Control parameters». Проверьте, что для параметра «Mode of операции» задано значение «Voltage regulation» (Регулирование напряжения) и выбран параметр «External control of ссылки voltage Vref» (Внешнее управление напряжением Vref). Кроме того, параметр «droop» должен быть установлен на 0,03, а параметр «Vac Regulator Gains» на 5 (пропорциональная составляющая Kp) и 1000 (интегральная составляющая Ki). Закройте блок диалогового окна STATCOM и откройте блок «Step Vref» (красный блок таймера, подключенный к входу «Vref» STATCOM). Этот блок должен быть запрограммирован, чтобы изменить ссылке напряжение Vref следующим образом: Первоначально Vref устанавливается на 1 pu; при t = 0,2 с Vref уменьшается до 0,97 пу; затем при t = 0,4 с Vref увеличивают до 1,03; и, наконец, на 0,6 с, Vref возвращается к 1 pu. Также убедитесь, что выключатель на шине не B1will работать во время симуляции (параметры «Переключение фаз A, B и C» не должны быть выбраны).
Запустите симуляцию и посмотрите на возможности «VQ_STATCOM». Первый график отображает сигнал Vref (пурпурный trace ) вместе с измеренным напряжением Vm положительной последовательности на шине STATCOM (желтый trace ). Второй график отображает реактивную степень Qm (желтый цвет trace ), поглощенный (положительное значение) или сгенерированный (отрицательное значение) STATCOM. Сигнал Qref (пурпурный trace ) не относится к нашей симуляции, потому что STATCOM находится в «Регулировании напряжения», а не в «Var Control».
Глядя на сигнал Qm, мы можем определить, что временная константа системы с обратной связью составляет около 20 мс. Эта временная константа зависит, в основном, от силы степени на шине B2 и от программируемых усилений регулятора Vac STATCOM. Чтобы увидеть влияние усилений регулятора, умножьте два усиления усилений регулятора Vac на два и повторите симуляцию. Следует наблюдать намного более быстрый ответ с небольшим перерегулированием.
Глядя на сигналы Vm и Vref, можно увидеть, что STATCOM не работает как идеальный регулятор напряжения (Vm не соответствует точно ссылка напряжению Vref). Это связано с падением регулятора (регулирующего уклон) на 0,03 пу. Для заданной максимальной емкостной / индуктивной области значений это падение используется для расширения линейной рабочей области значений STATCOM, а также для обеспечения автоматического совместного использования нагрузки с другими компенсаторами напряжения (если таковые имеются). Установите параметр падения равным 0, а коэффициент усиления регулятора напряжения равен 5 (Kp) и 1000 (Ki). Если затем вы запустите симуляцию, вы увидите, что измеренное напряжение Vm теперь идеально соответствует ссылке напряжению Vref.
2. STATCOM по сравнению с SVC в условии отказа
Теперь мы сравним нашу модель STATCOM с моделью SVC, имеющей ту же оценку (+/- 100 MVA). Если вы дважды кликнете по «SVC Power System» (пурпурный блок), вы увидите SVC, подключенный к степени, подобной степени, к которой подключен наш STATCOM. Удаленный отказ моделируется в обеих системах с помощью выключателя последовательно с импедансом отказа. Значение импеданса отказа было запрограммировано, чтобы получить 30% провисания напряжения на шине B2. Перед запуском симуляции вы сначала отключите блок «Step Vref», умножив временной вектор на 100. Затем вы запрограммируете выключатель, выбрав параметры «Switching of phase A, B and C» и проверьте, что выключатель запрограммирован (посмотрите на параметр «Transition times»), чтобы работать на t = 0,2 с в течение 10 циклов. Также проверьте, что выключатель внутри «SVC Power System» имеет одинаковые параметры. Наконец, установите падение STATCOM на его исходное значение (0,03 pu).
Запустите симуляцию и проверьте возможности «SVC vs STATCOM». Первый график отображает измеренное напряжение Vm в обеих системах (пурпурная трассировка для SVC). Второй график отображает измеренную реактивную степень Qm, сгенерированное SVC (пурпурным trace ) и STATCOM (желтым trace ). Во время 10-циклического отказа может наблюдаться ключевое различие между SVC и STATCOM. Реактивная степень, генерируемая SVC, составляет -0,48 pu, а реактивная степень, генерируемая STATCOM, составляет -0,71 pu. Затем мы видим, что максимальная емкостная степень, генерируемая SVC, пропорциональна квадрату системного напряжения (постоянная восприимчивость), в то время как максимальная емкостная степень, генерируемая STATCOM, уменьшается линейно с уменьшением напряжения (постоянный ток). Эта способность обеспечивать большую емкостную степень во время отказа является одним из важных преимуществ STATCOM по сравнению с SVC. В сложение STATCOM обычно показывает более быстрый ответ, чем SVC, потому что с преобразователем, подаваемым напряжением, STATCOM не имеет задержки, связанной с тиристорным зажиганием (в порядке 4 мс для SVC).
