Этот пример показывает подробную модель 48-Pulse, основанного на GTO, унифицированного контроллера расхода степени (500 кВ, 100 МВА).
Пьер Жиру; Гилберт Сибилл (Гидро-Квебек, IREQ)
Унифицированная Степень Контроллера потока (UPFC) используется для управления потоком степени в системе передачи 500 кВ. UPFC, расположенный на левом конце L2 линии 75 км, между шинами B1 и B2 500 кВ, используется для управления активными и реактивными степенями, протекающей через B2 шины, и управления напряжением на B1 шины. Он состоит из двух 100-MVA, трехуровневых, 48-импульсных преобразователей на основе GTO, одного, соединенного в шине B1 и одного, соединенного последовательно между шинами B1 и B2. Шунт и последовательные преобразователи могут обмениваться степенью через шину постоянного тока. Последовательный преобразователь может вводить максимум 10% номинального напряжения от линии до земли (28,87 кВ) последовательно с линейными L2.
Эта пара конвертеров может работать в трех режимах:
Унифицированный контроллер потоком степени (UPFC), при соединении шунта и последовательных преобразователей через шину постоянного тока. При открытии разъединителей между шинами постоянного тока шунта и последовательного преобразователя доступны два дополнительных режима:
Преобразователь шунта, работающий как статический синхронный компенсатор (STATCOM), управляющий напряжением в шине B1
Последовательный преобразователь, работающий как статический конденсатор синхронного ряда (SSSC), управляющий инжектированным напряжением, с сохранением инжектированного напряжения в квадратуре с током.
Режим работы, а также уставки напряжения и уставки мощности могут быть изменены с помощью блока «UPFC GUI».
Принцип операции гармонических нейтрализованных преобразователей объясняется в другом примере, озаглавленном «Трехфазный 48-импульсный преобразователь GTO». Эта power_48pulsegtoconverter модель доступна в библиотеке примеров Power Electronics Models. Когда два конвертера работают в режиме UPFC, преобразователь шунта работает как STATCOM. Он управляет напряжением B1 шины путем управления поглощенной или сгенерированной реактивной степенью, в то же время позволяя передавать активную степень последовательному преобразователю через шину постоянного тока. Изменение реактивной степени получается путем изменения напряжения шины постоянного тока. Четыре трехуровневых преобразователя шунта работают под постоянным углом проводимости (Sigma = 180-7,5 = 172,5 степени), таким образом генерируя квазисинусоидальную 48-ступенчатую форму напряжения. Первые значимые гармоники - 47-я и 49-я.
При работе в режиме UPFC величина последовательного инжектируемого напряжения изменяется путем изменения угла проводимости Sigma, поэтому генерирует более высокое содержание гармоник, чем преобразователь шунта. Как показано в этом примере, когда последовательный преобразователь работает в режиме SSSC, он генерирует «истинную» 48-импульсную форму волны.
Естественный поток степени через шину B2, когда нулевое напряжение генерируется последовательным преобразователем (нулевое напряжение на стороне конвертера четырёх трансформаторов), P = + 870 МВт и Q = -70 Мвар. В режиме UPFC можно изменять и величину, и угол фазы, и последовательно вводимое напряжение, таким образом позволяя управлять P и Q. Управляемая область UPFC получается путем поддержания впрыскиваемого напряжения до его максимального значения (0,1 pu) и изменения его угла фазы от нуля до 360 степеней. Чтобы увидеть получившуюся траекторию P-Q, дважды нажатие кнопки «Show UPFC Controllable Region» (Показать управляемую область UPFC). Любая точка, расположенная внутри эллиптической области PQ, может быть получена в режиме UPFC.
1. Управление степенью в режиме UPFC
Откройте меню блоков UPFC GUI. Графический интерфейс позволяет вам выбрать режим работы (UPFC, STATCOM или SSSC), а также ссылки Pref/Qref и/или Vref. Кроме того, в порядок наблюдения динамической характеристики системы управления графического интерфейса пользователя позволяет вам задать изменение шага любой ссылки значения в определенное время.
Убедитесь, что режим работы установлен на «UPFC (Power Flow Control)». Активные и реактивные ссылки степеней заданы в последних двух линий меню графического интерфейса пользователя. Первоначально Pref = + 8,7 pu/100MVA (+ 870 МВт) и Qref = -0,6 pu/100MVA (-60 Мвар). При t = 0,25 с Pref изменяется на + 10 pu (+ 1000 МВт). Затем при t = 0,5 с Qref изменяется на + 0,7 pu (+ 70 Mvar). Напряжение ссылки преобразователя шунта (заданное во 2-ую линию графического интерфейса пользователя) будет поддерживаться постоянным при Vref = 1 pu в течение всего симуляции (время шага = 0,3 * 100 > время остановки симуляции (0,8 сек). Когда UPFC находится в режиме управления степенью, изменения номинальной реактивной степени STATCOM и входного напряжения SSSC (заданные соответственно в 1-й и 3-й линиях GUI) не используются.
Запустите симуляцию за 0,8 сек. Откройте подсистему «Show Scopes». Наблюдайте на трассах 1 и 2 объема UPFC изменения P и Q. После переходного периода, длящегося приблизительно 0,15 с, достигается устойчивое состояние (P = + 8,7 pu; Q = -0,6 пу). Затем P и Q растут до новых настроек (P = + 10 pu Q = + 0,7 pu). Наблюдайте на трассах 3 и 4 результирующие изменения P Q на трех линиях электропередачи. Эффективность преобразователей шунта и последовательного преобразования можно наблюдать соответственно в возможностях STATCOM и SSSC. Если вы увеличиваете первую трассировку возможностей STATCOM, можно наблюдать 48-ступенчатую форму волны напряжения Vs, сгенерированную на вторичной стороне трансформаторов преобразователя шунта (желтый цвет trace ), наложенных на первичное напряжение Vp (пурпурный) и первичный ток Ip (голубой). Напряжение шины постоянного тока (трассировка 2) изменяется в 19kV-21kV области значений. Если вы увеличиваете первый трассировку возможностей SSSC, можно наблюдать инжектированные формы волны напряжения Vinj, измеренные между шинами B1 и B2.
2. Управление VAR в режиме STATCOM
В меню блоков GUI смените операцию на «STATCOM (Var Control)». Убедитесь, что для STATCOM заданы значения (1-я линия параметров, [T1 T2 Q1 Q2]) [0.3 0.5 + 0.8 -0.8]. В этом режиме STATCOM работает как переменный источник реактивной степени. Первоначально Q устанавливается в ноль, затем при T1 = 0,3 сек Q увеличивается до + 0,8 pu (STATCOM, поглощающий реактивную степень) и при T2 = 0,5 сек, Q обращается к -0,8 pu (STATCOM, генерирующий реактивную степень).
Запустите симуляцию и наблюдайте за динамической характеристикой STATCOM на осциллографе STATCOM. Масштабирование первого трассировки вокруг t = 0,5 с при изменении Q с + 0.8 pu на -0.8 pu. Когда Q = + 0,8 pu, ток, протекающий в STATCOM (голубой след), является отставанием напряжения (пурпурная трассировка), что указывает на то, что STATCOM поглощает реактивную степень. Когда Qref изменяется с + 0,8 до -0,8, сдвиг фазы тока относительно напряжения изменяется с 90 степеней с отставанием до 90 степеней, ведущих за один цикл. Это управление реактивной степенью получается путем изменения величины вторичного напряжения Vs, генерируемого преобразователем шунта, при сохранении его в фазе с шиной B1 напряжением Vp. Это изменение величины Vs выполняется путем управления напряжением шины постоянного тока. Когда Q изменяется с + 0,8 пу до -0,8 пу, Vdc (трасса 3) увеличивается с 17,5 кВ до 21 кВ.
3. Последовательный впрыск напряжения в режиме SSSC
В меню блоков GUI смените операцию на «SSSC (впрыск напряжения)». Убедитесь, что значение ссылок SSSC (3-и линии параметров) [Vinj_Initial Vinj_Final StepTime]) установлено на [0,0 0,08 0,3]. Начальное напряжение устанавливается равным 0 pu, затем при t = 0,3 с оно будет увеличено до 0,8 pu.
Запустите симуляцию и наблюдайте на осциллографе SSSC влияние инжектируемого напряжения на P и Q, протекающих в 3 линиях электропередачи. В отличие от режима UPFC, в режиме SSCC последовательный инвертор работает с постоянным углом проводимости (Sigma = 172,5 степени). Величина инжектируемого напряжения управляется путем изменения напряжения постоянного тока, которое пропорционально Vinj (3-й trace ). Также наблюдайте формы инжектируемых напряжений (1-ного trace ) и токов, протекающих через SSSC (2-й trace ). Напряжения и токи остаются в квадратуре, так что SSSC действует как переменная индуктивность или емкость.
