Описание

В этом примере идеальные переключатели и зигзагообразные фазы перемены трансформаторы используются для создания инвертора источника напряжения GTO-типа 100 MVA, 138 кВ. Этот тип конвертера используется в мощных (до 200 МВА) гибких системах передачи переменного тока (ФАКТЫ), которые используются для управления потоком степени в сетях передачи. Он может использоваться, например, для создания модели шунта или последовательного статического компенсатора (STATCOM или SSSC) или, с помощью двух таких конвертеров, комбинации шунта и последовательных устройств, известных как Unified Power Flow Controller (UPFC).

Инвертор, описанный в этом примере, является гармоническим нейтрализованным 48-импульсным преобразователем GTO, описанным в ссылке. Он состоит из четырех 3-фазных, 3-уровневых инверторов и четырех фазосдвигающих трансформаторов. Откройте подсистему «48-импульсный инвертор». Заметьте, что шина постоянного тока (Vdc = +/-9650 В) соединена с четырьмя 3-фазными инверторами. Четыре напряжения, генерируемые инверторами, подаются на вторичные обмотки четырех зигзагообразных фазосдвигающих трансформаторов, соединенных в Wye (Y) или Delta (D). Четыре первичные обмотки трансформатора соединены последовательно, и шаблоны импульсов преобразователя сдвинуты по фазе так, что четыре основных компонентов напряжения суммируются по фазе на основной стороне.

Каждый 3-уровневый инвертор генерирует три напряжения квадратной волны, которые могут быть + Vdc, 0, -Vdc. Длительность уровня + Vdc или -Vdc (Sigma) может быть скорректирована между 0 и 180 степенями от входа Sigma блока Righing Pulse Generator. Каждый инвертор использует Трехуровневый Мостовой блок, где указанные степени являются Идеальными Переключателями. В этой модели каждая ветвь инвертора использует 3 идеальных переключателя, чтобы получить 3 уровня напряжения (+ Vdc, 0, - Vdc). Эта простая модель моделирует поведение физического инвертора, где каждая ветвь состоит из 4 GTO, 4 антипараллельных диодов и 2 нейтральных зажимных диодов. Несмотря на это упрощенное расположение переключателя, модель все еще требует 4 импульса на руку, как в физической модели. Шаблон импульса, посылаемый на каждую ветвь 3-фазного инвертора, описан внутри генератора импульсов включения.

Можно также выбрать пары GTO/Diodes вместо идеальных коммутаторов в качестве степеней. Это позволило бы вам задать прямые падения напряжения для GTO и диодов и наблюдать токи, протекающие в GTO и диодах, с помощью блока Multimeter.

Сдвиги фазы, производимые вторичными дельта-соединениями (-30 степени) и первичными зигзагообразными соединениями (+ 7,5 степени для трансформаторов 1Y и 1D, и -7,5 степени для трансформаторов 2Y и 2D), позволяют нейтрализовать гармоники до 45-й гармоники, как объяснено ниже:

30-градусный сдвиг фазы между Y и D secondaries отменяет гармоники 5 + 12n (5, 17, 29, 41,...) и 7 + 12n (7, 19, 31, 43,...). Кроме того, 15-градусный сдвиг фазы между двумя группами трансформаторов (1Y и 1D ведущие на 7,5 градусов, 2Y и 2D отставание на + 7,5 градусов) позволяет отменить гармоники 11 + 24n (11, 35,...) и 13 + 24n (13, 37,...). Учитывая, что все 3n гармоник не передаются Y и D вторичными, первые гармоники, которые не отменяются трансформаторами, являются 23-й, 25-й, 47-й и 49-й. Путем выбора подходящего угла проводимости для 3-уровневых инверторов (сигма = 180 - 7,5 = 172,5 степени) 23-й и 25-й могут быть сведены к минимуму. Первыми значимыми гармониками являются 47-я и 49-я. Этот тип инвертора генерирует почти синусоидальную форму волны, состоящую из 48 шагов.

Инвертор работает в разомкнутом контуре при постоянном постоянном напряжении постоянного тока, поэтому угол напряжения (альфа), который обычно поддерживается близким к нулю, не используется. Можно просмотреть пример STATCOM (Подробная модель), который показывает операцию 48-импульсного GTO STATCOM в системе с обратной связью.

Первоначально инвертор работает без нагрузки. Затем при t = 0,025 с на клеммах 138-kV соединяется сопротивление 100 МВА.

Симуляция

Запустите симуляцию и наблюдайте следующие формы волны на блоке Scope:

Напряжения, генерируемые инвертором (трассировка 1), токи нагрузки (трассировка 2), фазо-нейтральное напряжение и фазно-фазовое напряжение одного из четырех инверторов (1Y), наложенных на трассу 3. Когда инвертор работает без нагрузки, можно наблюдать три 48-шаговые волны напряжения. Когда нагрузка включается, напряжение становится более плавным, потому что гармоники фильтруются реакциями утечек трансформатора.

После завершения симуляции откройте Powergui и выберите «FFT Analysis», чтобы отобразить спектр частот 0-4000 Гц сигналов, сохраненных в двух «psb48pulse_str» структуре. Выберите сигнал с меткой 'Vabc (pu)'. БПФ будет выполняться в 1-циклическом окне напряжения фазы А, начиная с t = 0,025-1/60 с (инвертор работает без нагрузки). Нажмите на отображение и наблюдайте частотный спектр.

Основной компонент Voltage (в pu), а также THD отображаются над окном спектра. Заметьте, что первые значимые гармоники - 47-я и 49-я (ок. 2%). Заметьте также, что 23 и 25 числа уменьшаются ниже 0,3%. В порядок оценки эффективности гармонической нейтрализации можно также наблюдать частотный спектр фазофазного напряжения, генерируемого каждым отдельным инвертором. Выберите входной параметр «Van Vab Converter 1Y» и номер сигнала 2 и нажмите Отображение. Заметьте, что THD в области значений 0-4000 Гц составляет 25%.

Можно также запустить другую симуляцию, задав различные значения сигмы на входе импульсного генератора. Можно проверить, что, порядок отменить конкретную гармонику n в фазофазном напряжении каждого отдельного преобразователя, значение Sigma (в степени) задается:

Проверьте также, что выбор Sigma = 180 степени эквивалентен использованию 2-уровневых преобразователей и что форма волны напряжения ухудшается до 24 импульсов.

Ссылка

Нарайн Г. Хингорани и Ласло Гюи, «Понимание ФАКТОВ», IEEE ® Press, 2000