Static Synchronous Compensator (Phasor Type)

Реализуйте модель фазовращателя трехфазного статического синхронного компенсатора

расширьте все на странице

Описание

Блок Static Synchronous Compensator (Phasor Type) моделирует статический синхронный компенсатор (STATCOM) устройство шунта Гибких Систем Передачи AC (FACTS) семейство, использующее силовую электронику, чтобы управлять потоком энергии и улучшить переходную устойчивость относительно энергосистем [1]. STATCOM регулирует напряжение на своем терминале путем управления суммой реактивной мощности, введенной в или поглощенный от энергосистемы. Когда системное напряжение является низким, STATCOM производит реактивную энергию (емкостный STATCOM). Когда системное напряжение высоко, оно поглощает реактивную мощность (индуктивный STATCOM).

Изменение реактивной мощности выполняется посредством Полученного напряжением конвертера (VSC), соединенного на вторичной стороне связывающегося трансформатора. VSC использует принудительно коммутируемые электронные устройства степени (GTOs, IGBTs или IGCTs), чтобы синтезировать напряжение, V2, из источника напряжения постоянного тока. Принцип операции STATCOM объяснен на рисунке ниже, который показывает передачу активной и реактивной мощности между источниками V1 и V2. В этом рисунке V1 представляет системное напряжение, которым будут управлять, и V2 является напряжением, сгенерированным VSC.

Работа принципом STATCOM

Эта модель представлена уравнением:

P = (V 1 V 2) sin δ / X , Q = V 1 (V 1 – V 2, потому что δ) / X

где:

СимволЗначение
V 1 Линия к линейному напряжению источника 1
V 2 Линия к линейному напряжению источника 2
X Реактивное сопротивление соединительного трансформатора и фильтров
δ Phase angle V 1 относительно V 2

В операции устойчивого состояния, напряжении, V2, который сгенерирован VSC, совпадает с V1 (δ = 0), так, чтобы только реактивная мощность текла (P=0). Если V2 ниже, чем V1, Q течет из V1 к V2 (STATCOM поглощает реактивную мощность). На реверсе, если V2 выше, чем V1, Q течет из V2 к V1 (STATCOM производит реактивную энергию). Суммой реактивной мощности дают:

Q = (V 1 (V 1 – V 2)) / X.

Конденсатор, соединенный на стороне DC VSC, действует как источник напряжения постоянного тока. В устойчивом состоянии напряжение V2 должен быть фазой, переключенной немного позади V1 для того, чтобы компенсировать трансформатор и потери VSC и сохранить конденсатор заряженным. Две технологии VSC могут использоваться для VSC:

  • VSC использование основанных на GTO инверторов прямоугольной волны и специальных соединительных трансформаторов. Обычно четыре трехуровневых инвертора используются, чтобы создать форму волны напряжения с 48 шагами. Специальные соединительные трансформаторы используются, чтобы нейтрализовать гармоники, содержавшиеся в прямоугольных волнах, сгенерированных отдельными инверторами. В этом типе VSC основном компоненте напряжения V2 пропорционален напряжению Vdc. Поэтому Vdc должен варьироваться, чтобы управлять реактивной мощностью.

  • VSC использование основанных на IGBT инверторов PWM. Этот тип инвертора использует метод Модуляции длительности импульса (PWM), чтобы синтезировать синусоидальную форму волны из источника напряжения постоянного тока с типичной прерывающей частотой некоторых килогерц. Гармонические напряжения отменяются путем соединения фильтров в стороне AC VSC. Этот тип VSC использует фиксированное напряжение постоянного тока Vdc. Напряжение V2 варьируется путем изменения индекса модуляции модулятора PWM.

Блок Static Synchronous Compensator (Phasor Type) моделирует основанный на IGBT STATCOM (зафиксированное напряжение постоянного тока). Однако, когда детали инвертора и гармоник не представлены, он может также использоваться, чтобы смоделировать основанный на GTO STATCOM в переходных исследованиях устойчивости. Подробная модель основанного на GTO STATCOM найдена в power_statcom_gto48p пример.

Рисунок ниже показывает однострочную схему STATCOM и упрощенную блок-схему его системы управления.

Однострочная схема STATCOM и его блок-схема системы управления

Система управления состоит из:

  • Фазовая подстройка частоты (PLL), которая синхронизируется на компоненте положительной последовательности трехфазного первичного напряжения, V1. Выход PLL (угол Θ =ωt) используется для расчета прямая ось и компоненты квадратурной оси AC трехфазное напряжение и токи (помеченный как Vd, Vq или Id и IQ на схеме).

  • Системы измерения, измеряющие d и q компоненты напряжения положительной последовательности AC, токи, которыми будут управлять, и напряжение постоянного тока Vdc.

  • Внешний цикл регулирования, состоящий из регулятора напряжения переменного тока и регулятора напряжения постоянного тока. Выходом регулятора напряжения переменного тока является ссылочный текущий Iqref для текущего регулятора, где IQ является током в квадратуре с напряжением, которое управляет потоком реактивной мощности. Выходом регулятора напряжения постоянного тока является ссылочный текущий Idref для текущего регулятора, где ID является током в фазе с напряжением, которое управляет потоком активной мощности.

  • Внутренний цикл действующего постановления, состоящий из текущего регулятора. Текущий регулятор управляет величиной и фазой напряжения, сгенерированного конвертером PWM (V2d и V2q) от токов ссылки Idref и Iqref, произведенных соответственно регулятором напряжения постоянного тока и регулятором напряжения переменного тока (в режиме управления напряжения). Текущему регулятору помогает регулятор прямого типа канала, который предсказывает напряжение V2 выход (V2d и V2q) от измерения V1 (V1d и V1q) и реактивное сопротивление утечки трансформатора.

Блок STACOM является моделью фазовращателя, которая не включает подробные представления силовой электроники. Необходимо использовать его с методом симуляции фазовращателя, активированным путем установки параметра Simulation type блока Powergui к Phasor. Это может использоваться в системах трехфазного питания вместе с синхронными генераторами, двигателями, динамическими нагрузками, и другими FACTS и системами Возобновляемой энергии, чтобы выполнить переходные исследования устойчивости и наблюдать удар STATCOM на электромеханических колебаниях и способности передачи на основной частоте.

Характеристика STATCOM V-I

STATCOM может управляться в двух различных режимах:

  • В режиме регулирования напряжения (напряжение отрегулировано в определенных рамках, как объяснено ниже),

  • В режиме управления var (реактивная мощность STATCOM выход сохранен постоянным),

Когда STATCOM управляется в режиме регулирования напряжения, он реализует следующую характеристику V-I:

STATCOM V-I характеристика

Пока реактивное текущее пребывание в минимальных и минимальных текущих значениях (-IMAX и IMAX) наложенный оценкой конвертера, напряжение отрегулировано при ссылочном напряжении Vref. Однако свисание напряжения обычно используется (обычно между 1% и 4% в максимальной реактивной мощности выход), и характеристике V-I указали на наклон на рисунке. В режиме регулирования напряжения характеристика V-I описана следующим уравнением:

V = V касательно + Xs I

где,

V

Положительное напряжение последовательности (pu)

I

Реактивный ток (pu/Pnom) (I> 0 указывает на индуктивный ток),

Xs I

Клонитесь или наклоните реактивное сопротивление (pu/Pnom)

Pnom

Трехфазная номинальная степень конвертера задана в диалоговом окне блока

Различия между STATCOM и SVC

STATCOM выполняет ту же функцию как SVC. Однако при напряжениях ниже, чем нормальная область значений регулирования напряжения, STATCOM может произвести больше реактивной энергии, чем SVC. Это - то, вследствие того, что максимальная емкостная энергия, произведенная SVC, пропорциональна квадрату системного напряжения (постоянная реактивная проводимость), в то время как максимальная емкостная энергия, произведенная STATCOM, уменьшается линейно с напряжением (постоянный ток). Эта способность обеспечить больше емкостной реактивной мощности во время отказа является одним важным преимуществом STATCOM по SVC. Кроме того, STATCOM обычно показывает более быстрый ответ, чем SVC, потому что с VSC, STATCOM не имеет никакой задержки, сопоставленной с увольнением тиристора (в порядке 4 мс для SVC).

Порты

Входной параметр

развернуть все

Сигнал прохождения отключить STATCOM в виде логического. Когда этот вход высок, STATCOM отключается, и его система управления отключена. Используйте этот вход, чтобы реализовать упрощенную версию системы защиты.

Simulink® вход сигнала напряжения внешней ссылки.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, на вкладке Controller, выбирают External.

Вывод

развернуть все

Измерения, возвращенные как вектор с 16 элементами из внутренних сигналов STATCOM. Эти сигналы являются любой напряжением и текущими фазовращателями (комплексные сигналы) или управляющие сигналы. К ним можно индивидуально получить доступ при помощи блока Bus Selector. Они в порядке:

Сигнал

Группа сигнала

Имена сигнала

Определение

1-3

Степень Vabc (cmplx)

Va_prim (pu) Vb_prim (pu)
Vc_prim (pu)

Напряжения Phasor (фаза, чтобы основываться) Va, Vb и Vc на первичных терминалах STATCOM (pu)

4-6

Степень Iabc (cmplx)

Ia_prim (pu)
Ib_prim (pu) Ic_prim (pu)

Текущий Ia Phasor, Ib и Ic, текущий в STATCOM (pu)

7

Степень

Vdc (V)

Напряжение постоянного тока (V)

8

Управление

Vm (pu)

Значение положительной последовательности измеренного напряжения (pu)

9

Управление

Vref (pu)

Ссылочное напряжение (pu)

10

Управление

Qm (pu)

Реактивная мощность STATCOM. Положительное значение указывает на индуктивную операцию.

11

Управление

Qref (pu)

Ссылочная реактивная мощность (pu)

12

Управление

ID (pu)

Компонент прямой оси текущих (активный ток) текущий в STATCOM (pu). Положительное значение указывает на активную мощность, текущую в STATCOM.

13

Управление

IQ (pu)

Компонент квадратурной оси текущих (реактивный ток) текущий в STATCOM (pu). Положительное значение указывает на емкостную операцию.

14

Управление

Idref (pu)

Ссылочное значение компонента прямой оси текущего течения в STATCOM (pu)

15

Управление

Iqref (pu)

Ссылочное значение компонента квадратурной оси текущего течения в STATCOM (pu)

16

Управление

modindex

Индекс модуляции, m, модулятора PWM. Положительное число, таким образом, что 0 <m <1. m=1 соответствует максимальному напряжению V2, который может быть сгенерирован VSC без перемодуляции.

Сохранение

развернуть все

Специализированный электрический порт сохранения сопоставлен с электрическим терминалом фазы A.

Специализированный электрический порт сохранения сопоставлен с электрическим терминалом фазы B.

Специализированный электрический порт сохранения сопоставлен с электрическим терминалом фазы C.

Параметры

развернуть все

Степень

Номинальная линия к линейному напряжению в Vrms и номинальная системная частота в герц.

Номинальная степень конвертера в ВА.

Сопротивление положительной последовательности и индуктивность конвертера, в pu, на основе номинальной степени и номинальных напряжений. R и L представляют сопротивление и индуктивность утечки связывающегося трансформатора и сопротивление и индуктивность серийных индукторов фильтрации, соединенных в VSC выход.

Начальное значение положительной последовательности текущий фазовращатель (с величиной в pu и фазе в градусах). Если вы знаете начальное значение текущего соответствия рабочей точке STATCOM, можно задать его, чтобы запустить симуляцию в устойчивом состоянии. Если вы не знаете это значение, можно уехать [0 0]. Система достигнет установившийся после короткого переходного процесса.

Номинальное напряжение DC соединяется в вольтах.

Общая емкость DC соединяется в фарадах. Это значение емкости связано с оценкой STATCOM, и с DC соединяют номинальное напряжение. Энергия, сохраненная в емкости (в джоулях) разделенный на STATCOM, оценивающий (в ВА), является длительностью времени, которая обычно является частью цикла на номинальной частоте. Например, для параметров по умолчанию, (где C =375 мкФ, Vdc =40 000 В и Snom =100 MVA) это отношение, (C⋅Vdc2/2)/Snom, 3,0 мс, который представляет 0,18 цикла для частоты на 60 Гц. Если вы изменяете значения по умолчанию номинальной номинальной мощности и напряжения постоянного тока, необходимо изменить значение емкости соответственно.

Контроллер

Задает режим работы STATCOM.

Ссылочное напряжение, в pu, используемом регулятором напряжения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Mode на Voltage regulation и снимите флажок External.

Когда External выбран, входной порт Simulink под названием Vref появляется на блоке, позволяя вам управлять ссылочным напряжением от внешнего сигнала (в pu). Параметр Reference voltage Vref поэтому отключен.

Максимальная скорость изменения ссылочного напряжения, в pu/s, когда напряжение внешней ссылки используется.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Mode на Voltage regulation.

Наклоните реактивное сопротивление в pu, который задает наклон характеристики V-I.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Mode на Voltage regulation.

Усиления регулятора PI напряжения переменного тока. Задайте пропорциональную составляющую Kp, который вычисляется (pu I) / (pu V). Задайте интегральную составляющую, Ки, который вычисляется как (pu I) / (pu V)/s, где V ошибка напряжения переменного тока и я - выход регулятора напряжения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Mode на Voltage regulation.

Ссылочная реактивная мощность, в pu, когда STATCOM находится в Var Control режим.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Mode на Var Control.

Максимальная скорость изменения ссылочной реактивной мощности, в pu/s.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Mode на Var Control.

Усиления регулятора PI напряжения постоянного тока, который управляет напряжением через DC, соединяют шиной конденсатор. Задайте пропорциональную составляющую, Kp, который вычисляется (pu I)/Vdc. Интегральная составляющая, Ки, вычисляется как (pu I)/Vdc/s, где Vdc является ошибкой напряжения постоянного тока, и я - выход регулятора напряжения.

Усиления внутреннего цикла действующего постановления. Задайте пропорциональную составляющую, Kp, который вычисляется как (pu V) / (pu I). Интегральная составляющая, Ки, вычисляется как (pu V) / (pu I)/s. Канал вперед получает, Kf, вычисляется как (pu V) / (pu I), где V выход V2d или V2q текущего регулятора, и я - ID или IQ текущая ошибка.

Для оптимальной эффективности канал прямое усиление должно быть установлено в реактивное сопротивление конвертера (в pu) данный параметром L в параметре Converter impedance [R(pu),L(pu)].

Примеры модели

STATCOM (Phasor Model)

STATCOM (модель Phasor)

Статический Синхронный Компенсатор (STATCOM) используется для регулирования напряжения средней точки на линии электропередачи на 500 кВ.

Ссылки

[1] Н. Г. Хингорэни, Л. Гюгий, “Изучая FACTS; Концепции и технология гибких систем передачи AC”, IEEE® Нажмите книгу, 2000.

Смотрите также

|

Введен в R2006a

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте