Детальная и средняя модель

При моделировании линейно коммутируемых систем HVDC на основе преобразователя можно использовать два типа модели, в зависимости от области значений частот, которые будут представлены:

Подробная модель, такая как представленная в модели power_hvdc12pulse, включает детальное представление модуля конвертера с его силовым электронным тиристорным мостом и трансформатором конвертера. Эта модель хорошо подходит для наблюдения гармоник и динамических и переходных характеристик системы управления.

Модель среднего значения, такая как представленная здесь, где модуль преобразователя (мост и трансформатор) представлена эквивалентным источником напряжения, генерирующим мост среднего значения постоянным напряжением и источниками переменного тока, генерирующими основной компонент токов, поступающих в сеть. Эта модель не представляет гармоники, но динамика, вытекающая из взаимодействия системы управления и степени, сохранена. Эта модель позволяет использовать временной шаг, который выше, чем один из системы управления или сети. Однако оптимальная эффективность получаются при использовании того же временного шага регуляторов системы управления.

Описание

Соединение постоянного тока мощностью 1000 МВт (500 кВ, 2kA) используется для передачи степени от сети 500 кВ, 5000 МВА, 60 Гц к сети 345 кВ, 10 000 МВА, 50 Гц. Выпрямитель и инвертор являются средними моделями 12-импульсных преобразователей, представляющими два 6-импульсных тиристорных моста, соединенных последовательно. Выпрямитель и инвертор соединены между собой через распределенную линию параметров 300 км и два реактора сглаживания 0,5 H.

Преобразователь трансформатора линейным представлением является частью среднего блока модели. Преобразователи отводов трансформатора не моделируются, и фиксированные отводы приняты как входы модели. В выпрямителе отношение отводов (Nprimary/Nsecondary) составляет 0,9 (pu), а в инверторе - 0,96 (pu). Реактивная степень, требуемая преобразователями, обеспечивается набором конденсаторных блоков плюс 11-й, 13-й и высокочастотные фильтры на общей сложности 600 Мвар с каждой стороны. Обратите внимание, что, поскольку никакие гармоники не генерируются средней моделью конвертера, Mvar может быть полностью обеспечен блоками конденсаторов.

Два выключателя используются для устранения неисправностей на стороне переменного тока инвертора и стороне постоянного тока выпрямителя. Обратите внимание, что, поскольку тиристорные клапаны не присутствуют, 12-импульсный блок Firing Control больше не нужен в средней модели.

В каждом конвертере реализованы функции защиты постоянного тока. В выпрямителе защита от отказа постоянного тока обнаруживает и принудительно вводит угол задержки в область инвертора, чтобы гасить ток отказа. В инверторе управление предотвращения отказа коммутации будет обнаруживать отказы переменного тока и уменьшать максимальный предел угла задержки в порядок уменьшения риска отказа коммутации. Обратите внимание, что явление отказа коммутации невозможно в средней модели.

Чтобы помочь пользователю в идентификации условий, которые могут привести к этому явлению, предоставляется индикация из модели (CF_alarm сигнал, доступный от блока Bus Selector моделей выпрямителя и инвертора). Блоки Low AC Voltage Detection блокируют защиту от отказа постоянного тока при обнаружении падения переменного напряжения. Блок Master Control инициирует запуск и остановку конвертеров, а также увеличение и понижение текущих ссылок.

Описание систем управления представлено в Примере системы передачи HVDC Руководства пользователя. Выход (alpha_ord) порядка включения контроллера является входом средней модели.

Энергосистема и система управления дискретизированы на шаг расчета Ts = 50 нас. Раздел «Инициализация модели» модели автоматически устанавливает Ts = 50e-6 в рабочей рабочей области MATLAB ®. Это также устанавливает средний временной шаг модели Ts_avg равным Ts.

Симуляция

Система запрограммирована на запуск и достижение устойчивого состояния. Затем прикладывают шаги к ссылке току выпрямителя и к инвертору ссылки напряжение порядка чтобы наблюдать динамическую характеристику регуляторов. Наконец, инициируется последовательность остановки, чтобы отключить питание постоянного тока перед блокировкой преобразователей.

Запустите симуляцию, откройте возможности RECTIFIER и INVERTER (в Подсистеме сбора данных) и наблюдайте напряжение линии постоянного тока на трассировке 1 (1pu = 500 кВ) и ток линии постоянного тока (опорные и измеренные значения) на трассировке 2 (1pu = 2 кА).

Запуск и остановка

В главном блоке управления преобразователи разблокируются и запускаются путем усиления ссылки выпрямителя и инвертора.

При t = 0,02 с (то есть, когда преобразователи при разблокировке) ток ссылки растёт до минимального значения 0,1 пу за 0,3 с (0,33 пу/с). В конце этого первого наклона (t = 0,32 с) линия постоянного тока заряжается своим номинальным напряжением, и напряжение постоянного тока достигает установившегося состояния.

При t = 0,4 с уставочный ток растёт с 0,1 пу до 1 пу (2kA) за 0,18 с (5 пу/с). В конце этой стартовой последовательности (t = 0,58 с) постоянный ток достигает устойчивого состояния. ВЫПРЯМИТЕЛЬ затем управляет током, а ИНВЕРТОР управляет напряжением.

В установившемся состоянии углы включения альфа-стрельбы (трасса 3) составляют 17,7 степени и 144,5 степени соответственно на сторонах RECTIFIER и INVERTER. Обратите внимание, что в подробной модели эти следы (16,5 степени для выпрямителя и 143 степени для инвертора) являются не измеренными углами задержки включения, а соответствующими порядками регуляторов управления. В подробной модели углов включения меньше, потому что регуляторы должны продвигать порядки включения на два временных шагов порядка чтобы компенсировать задержки, вызванные взаимодействием входа напряжениями переменного тока и выходными импульсами включения 12-импульсного блока управления запуском. Значение гамма угла исчезновения является выходом средней модели. Он используется в INVERTER и показан на трассировке 5. В установившемся состоянии его значение составляет 23 степени.

Режим управления операцией (целое число от 0 до 6) показан в трассировке 4 (0 = заблокирован; 1 = Управление током; 2 = Регулирование напряжения; 3 = Альфа-минимальное ограничение; 4 = максимальное ограничение Альфа; 5 = Принудительный или постоянный альфа; 6 = Гамма-контроль).

На t = 1,4 с последовательность Stop инициируется увеличением тока до 0,1 pu.

На t = 1,6 с Принудительная Альфа в Выпрямителе гасит ток, а на Инверторе Принудительная Альфа снижает напряжение постоянного тока.

На t = 1,7 с импульсы блокируются в обоих конвертерах.

Переходная характеристика регуляторов тока и напряжения

Проверьте в главном элементе управления, что переключатель «Enable Ref. Current Step» находится в верхнем положении. Этот переключатель используется для приложения шага к ссылке напряжению. Также проверьте, что в элементе управления инвертора включен Шаг Ref.Voltage. Запустите симуляцию.

При t = 0,7 с, шаг -0,2 pu сначала применяется к опорному току (уменьшение с 1 pu до 0,8 pu) и при t = 0,8 с, уставочный ток сбрасывается к своему исходному значению 1 pu. Ток стабилизируется приблизительно за 0,1 секунды. Шаги также применяются к опорному напряжению инвертора (-0,1 пу/+ 0,1 пу при t = 1,0 с/1,1с).

Отказ линии постоянного тока на выпрямителе

Деактивируйте шаги, приложенные к ссылке тока и к ссылке напряжения в главном управлении и в управлении инвертором соответственно путем установки переключателей в более низкое положение.

Защита от отказа постоянного тока (DCPROT) в выпрямителе активируется по умолчанию. В блоке DC Fault измените, чтобы 1 100 коэффициент умножения во времени переключения, так что отказ теперь применяется в t = 0,7 s.

Уменьшите время остановки симуляции с 2 до 1,4 с. Откройте возможности FAULT, чтобы наблюдать ток отказа постоянного тока. Перезапустите симуляцию.

При отказе ток постоянного тока быстро увеличивается до 2,63 pu, и напряжение постоянного тока падает до нуля в выпрямителе. Это падение напряжений постоянного тока видим Ограничитель Зависящего от Напряжения Порядка Тока (VDCOL), который уменьшает уставочный ток до 0,3 pu в выпрямителе. В отказе продолжает циркулировать ток постоянного тока.

На t = 0,77 с угол включения выпрямителя альфа заставляется до 166 степеней защитой постоянного тока, потому что обнаруживается падение напряжения постоянного тока (VdL < 0,5 pu на протяжении более 70 мс). Выпрямитель теперь работает в режиме инвертора. Напряжение линии постоянного тока становится отрицательным, и энергия, сохраненная в линии, возвращается в сеть переменного тока, вызывая быстрое исчезновение тока отказа при его следующем пересечении нулем.

Альфа высвобождается при t = 0,82 с и нормальное постоянное напряжение и ток восстанавливаются приблизительно за 0,4 с.

Отказ от линии к земле переменного тока на инверторе

В блоке DC Fault измените коэффициент умножения 1 во времени переключения на 100, чтобы отказ DC теперь отключен. В блоке A-G Fault измените, чтобы 1 коэффициент умножения 100 во времени Switching, так что 6 переключается на отказ «линия - земля» теперь применяется в t = 0,7 с.

Подсистема обнаружения низкого напряжения переменного тока (LACVD) в предохранениях выпрямителя и инвертора и управление предотвращением отказа коммутации (CFPREV) в защите инвертора активируются по умолчанию.

Перезапустите симуляцию.

Обратите внимание, что колебания 120 Гц в напряжении постоянного тока и токах, которые обычно наблюдаются во время однофазного отказа с детализированной моделью, не существуют в средней модели. Действительно, только фундаментальные компоненты величин AC положительной последовательности значительны в средней модели. VDCOL не будет работать во время отказа. Система восстанавливается примерно через 0,2 с после устранения отказа (см. Измеренную степень постоянного тока Pd).

Ненормальная операция инвертора, вызванная неисправностью коммутации (CF) из-за отказов переменного тока, не правильно представлена средними уравнениями модели. Чтобы помочь пользователю идентифицировать такое условие, аварийный сигнал (CF_alarm) устанавливается каждый раз, когда прогнозируется начало CF.

Посмотрите на сигнал CF_alarm на инверторе, срабатывающий при t = 0,73 с. Откройте блок CF_alarm (внутри HVDC_CONV_AVG блока модели инвертора), чтобы изучить логику.

Просмотрите A_min_I сигнал возможностей PROTECTION INVERTER. Этот сигнал контролирует выход CFPREV блока Inverter Protection. Сигнал A_min используется, чтобы уменьшить предел угла задержки, порядок увеличить запас коммутации во время и после отказа.

Наконец, отключите защиту CFPREV, отменив выбор «ON State» в диалоговом окне CFPREV. Перезапустите симуляцию и наблюдайте различие во времени восстановления передачи постоянного тока.