Unified Power Flow Controller (Phasor Type)
Реализуйте модель фазовращателя трехфазного объединенного контроллера потока энергии
Описание
Объединенный контроллер потока энергии (UPFC) является самым универсальным членом Гибких Систем Передачи AC (FACTS) семейство, использующее силовую электронику, чтобы управлять потоком энергии на энергосистемах [1]. UPFC использует комбинацию контроллера шунта (STATCOM) и серийного контроллера (SSSC), соединенный через общую шину DC как показано на рисунке ниже.
Однострочная схема UPFC и схема Phasor напряжений и токов
Эта топология FACTS обеспечивает намного больше гибкости, чем SSSC для управления линией активная и реактивная мощность, потому что активная мощность может теперь быть передана с конвертера шунта на серийный конвертер через шину DC. Вопреки SSSC, где введенное напряжение По сравнению с ограничивается остаться в квадратуре с линией, текущей я, введенное напряжение По сравнению с может теперь иметь любой угол относительно текущей линии. Если величина введенного напряжения По сравнению с сохранена постоянной и если его угол фазы ϕ относительно V1 варьируется от 0 градусов до 360 градусов, местоположение, описанное к концу векторного V2 (V2=V1+Vs), является кругом как показано на схеме фазовращателя. Когда ϕ варьируется, сдвиг фазы δ между напряжениями, V2 и V3 в этих двух концах строки также варьируются. Из этого следует, что и активной мощностью P и реактивной мощностью Q переданный в одном конце строки можно управлять. Управляемая область UPFC в плоскости P-Q является областью, заключенной эллипсом, как показано на рисунке ниже.
Управляемая область для 100 MVA UPFC, Связанного на 500 кВ, 200-километровой линии
Этот рисунок был получен с 100 MVA UPFC, управляющим активной и реактивной мощностью в одном конце 500 кВ, 200-километровой линии электропередачи. Следующие параметры использовались:
Строка: длина = 200 км; реактивное сопротивление = 0,35 Ω / км
Системное напряжение: бесконечные источники на 500 кВ V1 и V3; V1=1.0 pu, 0 градусов; V3 = 1.0 pu, −7.22 степени
Ряд и оценка конвертера шунта: 100 MVA
Серийный конвертер: номинал ввел напряжение = 10% номинального напряжения линии к земле (28,9 кВ); импеданс (реактивное сопротивление утечки трансформатора и фильтры) = 0.15 pu
С V3, изолирующим V1 7,22 градусами, естественный поток энергии без компенсации составляет 450 МВт или 50% загрузки импеданса скачка линии (SIL=900 MW). С введенным напряжением По сравнению с = 0.1 pu может быть получена любая рабочая точка в большем эллипсе, и активная мощность может варьироваться приблизительно +/-300 МВт.
Кроме того, чтобы позволить управление линии активная и реактивная мощность, UPFC обеспечивает дополнительную степень свободы. Его конвертер шунта, действующий в качестве STATCOM, управляет напряжением V1 путем поглощения или производства реактивной энергии.
Оба ряд и конвертеры шунта используют Полученный напряжением конвертер (VSC), соединенный на вторичной стороне связывающегося трансформатора. VSCs используют принудительно коммутируемые электронные устройства степени (GTOs, IGBTs или IGCTs), чтобы синтезировать напряжение из источника напряжения постоянного тока. Общий конденсатор, соединенный на стороне DC VSCs, действует как источник напряжения постоянного тока. Две технологии VSC могут использоваться для VSCs:
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 основной компонент напряжения пропорционален напряжению Vdc. Поэтому Vdc должен варьироваться для управления введенным напряжением.
VSC использование основанных на IGBT инверторов PWM. Этот тип инвертора использует метод Модуляции длительности импульса (PWM), чтобы синтезировать синусоидальную форму волны от напряжения постоянного тока с типичной прерывающей частотой некоторых килогерц. Гармоники отменяются путем соединения фильтров в стороне AC VSC. Этот тип VSC использует фиксированное напряжение постоянного тока Vdc. Напряжение варьируется путем изменения индекса модуляции модулятора PWM.
Блок UPFC (Phasor Type) моделирует основанный на IGBT UPFC. Однако, когда детали инвертора и гармоник не представлены, он может также использоваться, чтобы смоделировать основанный на GTO UPFC в переходных исследованиях устойчивости.
Система управления
Конвертер шунта действует в качестве STATCOM. Для описания его системы управления обратитесь к Статическому Синхронному Компенсатору (Тип Phasor). Таким образом, конвертер шунта управляет напряжением переменного тока на своих терминалах и напряжении шины DC. Это использует двойной цикл регулирования напряжения: внутренний текущий цикл управления и внешний контур, регулирующий напряжения переменного и постоянного тока.
Управление последовательной ветви отличается от SSSC. В SSSC две степени свободы серийного конвертера используются, чтобы управлять напряжением постоянного тока и реактивной мощностью. В случае UPFC эти две степени свободы используются, чтобы управлять активной мощностью и реактивной мощностью. Упрощенную блок-схему серийного конвертера показывают ниже.
Упрощенная блок-схема серийной системы управления конвертера
Серийный конвертер может действовать или в управлении потоком энергии (автоматический режим) или в ручном режиме инжекции напряжения. В режиме управления степени измеренная активная мощность и реактивная мощность по сравнению со ссылочными значениями, чтобы произвести P и ошибки Q. Ошибка P и ошибка Q используются двумя регуляторами PI, чтобы вычислить соответственно компоненты Vq и Vd напряжения, которое будет синтезироваться VSC. (Vq в квадратуре с V1 управляет активной мощностью, и Vd в фазе с V1 управляет реактивной мощностью). В ручном режиме инжекции напряжения не используются регуляторы. Ссылочные значения введенного напряжения Vdref и Vqref используются, чтобы синтезировать напряжение конвертера.
Блок UPFC является моделью фазовращателя, которая не включает подробное представление силовой электроники. Необходимо использовать его с методом симуляции фазовращателя, активированным блоком Powergui. 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 UPFC на электромеханических колебаниях и способности передачи на основной частоте.
Параметры
Параметры UPFC сгруппированы в трех категориях: Power data, Control parameters (shunt converter), и Control parameters (series converter). Используйте поле списка Display, чтобы выбрать, какую группу параметров вы хотите визуализировать.
Вкладка степени
- Nominal voltage and frequency
Номинальная линия к линейному напряжению в Vrms и номинальная системная частота в герц. Значением по умолчанию является
[ 500e3, 60 ].- Shunt Converter rating
Номинальная оценка конвертера шунта в ВА. Значением по умолчанию является
100e6.- Shunt Converter impedance
Сопротивление положительной последовательности R и индуктивность L конвертера шунта, в pu на основе номинальной оценки конвертера и номинального напряжения. R и L представляют сопротивление и индуктивность утечки трансформатора шунта плюс сопротивление и индуктивность серийных индукторов фильтрации, соединенных в VSC выход. Значением по умолчанию является
[ 0.22/30, 0.22 ].- Shunt Converter initial current
Начальное значение положительной последовательности текущий фазовращатель (Величина в pu и Фазе в градусах). Если вы знаете начальное значение шунта текущее соответствие рабочей точке UPFC, можно задать его для того, чтобы запустить симуляцию в устойчивом состоянии. Если вы не знаете это значение, можно уехать [0 0]. Система достигнет установившийся после короткого переходного процесса. Значением по умолчанию является
[0, 0 ].- Series Converter rating
Оценки серийного конвертера в ВА и максимальном значении введенного напряжения V_conv на стороне VSC трансформатора (см. однолинейную схему), в pu номинального напряжения фазы к земле. Значением по умолчанию является
[ 100e6, 0.1].- Series Converter impedance
Сопротивление положительной последовательности и индуктивность конвертера, в pu, на основе номинальной мощности конвертера и напряжения. R и L представляют сопротивление и индуктивность утечки серийного трансформатора плюс сопротивление и индуктивность серийных индукторов фильтрации, соединенных в VSC выход. Значением по умолчанию является
[ 0.16/30, 0.16 ].- Series Converter initial current
Начальное значение положительной последовательности текущий фазовращатель (Величина в pu и Фазе в градусах). Если вы знаете начальное значение ряда текущее соответствие рабочей точке UPFC, можно задать его для того, чтобы запустить симуляцию в устойчивом состоянии. Если вы не знаете это значение, можно уехать [0 0]. Система достигнет установившийся после короткого переходного процесса. Значением по умолчанию является
[ 0 0].- DC link nominal voltage
Номинальное напряжение DC соединяется в вольтах. Значением по умолчанию является
40000.- DC link total equivalent capacitance
Общая емкость DC соединяется в фарадах. Это значение емкости связано с оценками конвертера UPFC, и с DC соединяют номинальное напряжение. Энергия, сохраненная в емкости (в джоулях) разделенный на номинальную мощность конвертера (в ВА), является длительностью времени, которая обычно является частью цикла на номинальной частоте. Например, для параметров по умолчанию, (C=750 µF, Vdc=40 000 В, Snom=100 MVA) это отношение 6,0 мс, который представляет 0,36 цикла для частоты на 60 Гц. Если вы изменяете значения по умолчанию номинальной номинальной мощности и напряжения постоянного тока, необходимо изменить значение емкости соответственно. Значением по умолчанию является
750e-6.
Шунтируйте вкладку конвертера
- Mode
Задает режим работы конвертера шунта. Выберите
Voltage regulation(значение по умолчанию) илиVar Control.- Reference voltage Vref
Этот параметр не включен, когда параметр Mode устанавливается на
Var Control.Ссылочное напряжение, в pu, используемом регулятором напряжения. Значением по умолчанию является
1.00.- External
Когда External выбран, Simulink® введите назвал Vref, появляется на блоке, позволяя вам управлять ссылочным напряжением от внешнего сигнала (в pu). Параметр Reference voltage Vref поэтому недоступен. Значение по умолчанию очищено.
- Maximum rate of change of reference voltage
Этот параметр не включен, когда параметр Mode устанавливается на
Var Control.Максимальная скорость изменения ссылочного напряжения, в pu/s, когда напряжение внешней ссылки используется. Значением по умолчанию является
0.1.- Droop
Этот параметр не включен, когда параметр Mode устанавливается на
Var Control.Наклоните реактивное сопротивление, в pu/shunt оценке конвертера Snom, задав наклон характеристики V-I. Значением по умолчанию является
0.03.- Vac Regulator gains: [Kp Ki]
Этот параметр не включен, когда параметр Mode устанавливается на
Var Control.Усиления регулятора PI напряжения переменного тока. Задайте пропорциональную составляющую Kp в (pu I) / (pu V), и интегральная составляющая Ки, в (pu I) / (pu V)/s, где V ошибка напряжения переменного тока, и я - выход регулятора напряжения. Значением по умолчанию является
[5, 1000].- Reactive power setpoint Qref
Этот параметр не включен, когда параметр Mode устанавливается на
Voltage regulation.Ссылочная реактивная мощность, в pu, когда конвертер шунта находится в
Var Controlрежим. Значением по умолчанию является0.- Maximum rate of change of reactive power setpoint
Этот параметр не включен, когда параметр Mode устанавливается на
Voltage regulation.Максимальная скорость изменения ссылочной реактивной мощности, в pu/s. Значением по умолчанию является
2.- Vdc Regulator gains: [Kp Ki]
Усиления регулятора PI напряжения постоянного тока, который управляет напряжением через DC, соединяют шиной конденсатор. Задайте пропорциональную составляющую Kp в (pu I)/Vdc, и интегральная составляющая Ки, в (pu I)/Vdc/s, где Vdc является ошибкой напряжения постоянного тока, и я - выход регулятора напряжения. Значением по умолчанию является
[0.1e-3, 20e-3].- Current Regulators gains: [Kp Ki]
Усиления внутреннего цикла действующего постановления. Значением по умолчанию является
[0.5, 25]/3.Задайте пропорциональную составляющую Kp в (pu V) / (pu I), интегральная составляющая Ки, в (pu V) / (pu I)/s, где V выход d или q текущего регулятора, и я - ID или IQ текущая ошибка.
Текущему регулятору помогает прямой регулятор канала. Канал вперед получает в (pu V) / (pu I), реактивное сопротивление конвертера шунта (в pu) данный параметром L в импедансе конвертера Шунта [R L] параметры.
Серийная вкладка конвертера
- Bypass Breaker
Задает состояние обходного прерывателя, соединенного в блоке через терминалы A1, B1, C1 и A2, B2, C2. Выберите
External Controlоткрытый(значение по умолчанию) илиClosed. Если обходной прерыватель находится во внешнем управлении, вход Simulink под названием Обход появляется на блоке, позволяя управлять состоянием обходного прерывателя от внешнего сигнала (0 или 1).- Mode
Задает серийный режим работы конвертера. Выберите
Power flow control(значение по умолчанию) илиManual voltage injection.- Reference powers
Этот параметр не включен, когда параметр Mode устанавливается на
Manual voltage injection.Задайте значения ссылок в pu. Значением по умолчанию является
[5.87 -0.27].- External
Когда External выбран, вход Simulink под названием PQref появляется на блоке, позволяя вам управлять активными и реактивными мощностями от внешнего сигнала (в pu). Параметр Reference powers поэтому недоступен. Значение по умолчанию очищено. Когда External выбран, вход Simulink под названием Vdqref появляется на блоке, позволяя вам управлять введенным напряжением от внешнего сигнала (в pu). Параметр Reference voltages поэтому недоступен.
- Maximum rate of change of reference powers
Этот параметр не включен, когда параметр Mode устанавливается на
Manual voltage injection.Задайте максимальную скорость изменения Pref и Qref в pu/s. Значением по умолчанию является
1.- Power Regulator gains: [Kp Ki]
Этот параметр не включен, когда параметр Mode устанавливается на
Manual voltage injection.Усиления регуляторов PI, которые управляют активной мощностью линии и реактивной мощностью. Задайте пропорциональную составляющую Kp в (pu Vdq) / (pu PQ), и интегральная составляющая Ки, в (pu Vdq) / (pu PQ)/s, где Vdq является Vd, или Vq ввел напряжение, и PQ является P или ошибкой напряжения Q. Значением по умолчанию является
[0.025, 1.5].- Reference voltages
Этот параметр не включен, когда параметр Mode устанавливается на
Power flow control.Задайте прямую ось и компоненты квадратурной оси напряжения, введенного на стороне VSC серийного трансформатора в pu. Значением по умолчанию является
[0.05, 0.05].- Maximum rate of change for references voltages
Этот параметр не включен, когда параметр Mode устанавливается на
Power flow control.Задайте максимальную скорость изменения напряжений Vdref и Vqref в pu/s. Значением по умолчанию является
0.2.
Вводы и выводы
A1 B1 C1Три входных терминала UPFC.
A2 B2 C2Три выходных терминала UPFC.
TripПримените Simulink логический сигнал (0 или 1) к этому входу. Когда этот вход высок, конвертер шунта отключается, и серийный конвертер исключен. Кроме того, когда сигнал прохождения высок, шунт и серийные системы управления отключены. Используйте этот вход, чтобы реализовать упрощенную версию системы защиты.
BypassЭтот вход отображается только, когда Обходной параметр Прерывателя устанавливается на
External Control.Примените Simulink логический сигнал (0 или 1) к этому входу. Когда этот вход высок, обходной прерыватель закрывается.
VdqrefЭтот вход отображается только, когда Внешнее управление введенного напряжения параметр Vdref _Vqref проверяется.
Примените Simulink векторизованный сигнал, задающий ссылочные напряжения Vdref и Vqref в pu.
PQrefЭтот вход отображается только, когда Внешнее управление Pref ссылок степени _Qref параметр проверяется.
Примените Simulink векторизованный сигнал, задающий ссылочные степени Pref и Qref в pu.
mВыходной вектор Simulink, содержащий 34 внутренних сигнала UPFC. Эти сигналы являются любой напряжением и текущими фазовращателями (комплексные сигналы) или управляющие сигналы. К ним можно индивидуально получить доступ при помощи блока Селектора Шины. Они в порядке:
Сигнал
Группа сигнала
Имена сигнала
Определение
1-3
Степень Vabc1 (cmplx)
Va1 (pu)
Vb1 (pu)
Vc1 (pu)Напряжения Phasor (фаза, чтобы основываться) Va, Vb, Vc на терминалах A1, B1, C1 входа UPFC (pu)
4-6
Степень Iabc_SH (cmplx)
Ia_SH (pu)
Ib_SH (pu)
Ic_SH (pu)Текущий Ia Phasor, Ib, Ic, текущий в конвертер шунта (pu)
7
Степень
Vdc (V)
Напряжение постоянного тока (V)
8-10
Степень Vabc2 (cmplx)
Va2 (pu)
Vb2 (pu)
Vc2 (pu)Напряжения Phasor (фаза, чтобы основываться) Va, Vb, Vc в UPFC терминалы A2, B2, C2 выхода (pu)
11-13
Степень Vabc_Inj (cmplx)
Va_Inj (pu)
Vb_Inj (pu)
Vc_Inj (pu)Phasors введенных напряжений
Vs=V2-V1 (pu)14_16
Степень Iabc_SE (cmplx)
Ia_SE (pu)
Ib_SE (pu)
Ic_SE (pu)Текущий Ia Phasor, Ib, Ic, текущий в серийном трансформаторе от ABC1 до ABC2 (pu)
17
Управление
(Шунт)Vm (pu)
Значение положительной последовательности измеренного напряжения (pu)
18
Управление
(Шунт)Vref (pu)
Ссылочное напряжение (pu)
19
Управление
(Шунт)Qm (pu)
Шунтируйте реактивную мощность конвертера. Положительное значение указывает на индуктивную операцию.
20
Управление
(Шунт)Qref (pu)
Ссылочная реактивная мощность (pu)
21
Управление
(Шунт)ID (pu)
Компонент прямой оси текущих (активный ток) текущий в конвертер шунта (pu). Положительное значение указывает на активную мощность, текущую в конвертер шунта.
22
Управление
(Шунт)IQ (pu)
Компонент квадратурной оси текущих (реактивный ток) текущий в конвертер шунта (pu). Положительное значение указывает на емкостную операцию.
23
Управление
(Шунт)Idref (pu)
Ссылочное значение компонента прямой оси текущего течения в конвертер шунта (pu)
24
Управление
(Шунт)Iqref (pu)
Ссылочное значение компонента квадратурной оси текущего течения в конвертер шунта (pu)
25
Управление
(Шунт)modindex
Индекс m модуляции конвертера шунта модулятор PWM. Положительное число 0 <m <1. m=1 соответствует максимальному напряжению, которое может быть сгенерировано VSC без перемодуляции.
26
Управление
(Ряд)P (pu)
Измеренная активная мощность, вытекающая из терминалов A2, B2, C2 (pu)
27
Управление
(Ряд)Q (pu)
Измеренная реактивная мощность, вытекающая из терминалов A2, B2, C2 (pu)
28
Управление
(Ряд)Pref (pu)
Ссылочная активная мощность (pu)
29
Управление
(Ряд)Qref (pu)
Ссылочная реактивная мощность (pu)
30
Управление
(Ряд)Vd_conv (pu)
Прямая ось ввела напряжение на стороне VSC серийного трансформатора (pu)
31
Управление
(Ряд)Vq_conv (pu)
Квадратурная ось ввела напряжение на стороне VSC серийного трансформатора (pu)
32
Управление
(Ряд)Vdref (pu)
Ссылочное значение прямой оси
введенное напряжение (pu)33
Управление
(Ряд)Vqref (pu)
Ссылочное значение квадратурной оси
введенное напряжение (pu)34
Управление
(Ряд)
modindex
Индекс m модуляции серийного конвертера модулятор PWM. Положительное число 0 <m <1. m=1 соответствует максимальному напряжению V_conv, который может быть сгенерирован серийным конвертером без перемодуляции.
Примеры
Смотрите power_upfc пример, который иллюстрирует использование управления UPFC, включает 500 кВ, 60 Гц, система.
Ссылки
[1] Н. Г. Хингорэни, Л. Гюгий, “Изучая FACTS; Концепции и Технология Гибких Систем Передачи AC”, книга Нажатия IEEE, 2000
Смотрите также
Статический синхронный компенсатор (тип Phasor), статический синхронный серийный компенсатор (тип Phasor)