Основанный на тиристоре статический компенсатор Var
Введение
Пример, описанный в этом разделе, иллюстрирует приложение программного обеспечения Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems, чтобы изучить установившиеся и динамические характеристики статического компенсатора var (SVC) в системе передачи. SVC является устройством шунта Гибких Систем Передачи AC (FACTS) семейство, использующее силовую электронику. Это регулирует напряжение путем генерации или поглощения реактивной мощности.
Из-за низких частот электромеханических колебаний в больших энергосистемах (обычно 0,02 Гц к 2 Гц), этот тип исследования обычно требует времен симуляции 30–40 секунд или больше.
Модель SVC, описанная в этом примере, является скорее подробной моделью конкретной топологии SVC (использующий управляемый тиристором реактор (TCR) и тиристорные переключаемые конденсаторы (TSCs)) с полным представлением силовой электроники. Этот тип модели требует дискретной симуляции на фиксированных временных шагах (50 мкс в этом случае), и это обычно используется для изучения эффективности SVC на намного меньшей области значений времени (несколько секунд). Типовые приложения включают оптимизацию системы управления, удар гармоник, переходные процессы и усилия на компонентах степени во время отказов.
Описание SVC
Однострочную схему смоделированного SVC показывают на Однострочной Схеме SVC. Это представляет 300 Mvar SVC, соединенный в системе передачи на 735 кВ.
Этот пример доступен в power_svc_1tcr3tsc модель. Загрузите эту модель и сохраните ее в вашей рабочей директории как case2 позволить дальнейшие модификации исходной системе. Эту модель показывают на Модели SPS 300 Mvar SVC на Энергосистеме на 735 кВ (power_svc_1tcr3tscs).
Однострочная схема SVC
Модель SPS 300 Mvar SVC на Энергосистеме на 735 кВ (power_svc_1tcr3tscs)
Компоненты степени SVC
SVC состоит из 735 кВ / 16 кВ, 333 MVA связывающийся трансформатор, одни 109 банков Mvar TCR и три 94 банка Mvar TSC (TSC1 TSC2 TSC3), соединенный на вторичной стороне трансформатора.
Переключение TSCs в и позволяет дискретное изменение вторичной реактивной мощности от нуля до 282 емкостных Mvar (на уровне 16 кВ) шагами 94 Mvar, тогда как регулировка фазы TCR позволяет непрерывное изменение от нуля до 109 индуктивных Mvar. Учитывая реактивное сопротивление утечки трансформатора (0.15 pu), эквивалентная реактивная проводимость SVC, замеченная по первичной стороне, может варьироваться постоянно от-1.04 pu/100 MVA (полностью индуктивный) к +3.23 pu/100 (полностью емкостным) Mvar.
Контроллер SVC контролирует первичное напряжение и отправляет соответствующие импульсы в эти 24 тиристора (6 тиристоров на трехфазный банк), чтобы получить реактивную проводимость, требуемую регулятором напряжения.
Каждый трехфазный банк соединяется в дельте так, чтобы во время нормальной сбалансированной операции нулевая последовательность tripplen гармоники (3-й, 9-й...) осталась захваченной в дельте, таким образом уменьшая гармоническую инжекцию в энергосистему.
Энергосистема представлена индуктивным эквивалентом (6000 уровней короткого замыкания MVA) и загрузка на 200 МВт. Внутреннее напряжение эквивалентной системы может варьироваться посредством блока Three-Phase Programmable Voltage Source, чтобы наблюдать динамический ответ SVC на изменения в системном напряжении.
Система управления SVC
Модели контроллеров SVC
Система управления SVC состоит из следующих четырех основных модулей:
Система измерения измеряет положительную последовательность первичное напряжение. Эта система использует дискретный метод расчета Фурье, чтобы оценить основное напряжение по одному циклу рабочее среднее окно. Модуль измерения напряжения управляется фазовой подстройкой частоты (PLL), чтобы учесть изменения системной частоты.
Регулятор напряжения использует регулятор PI, чтобы отрегулировать первичное напряжение при ссылочном напряжении (1.0 pu, заданные в меню блока SVC Controller). Свисание напряжения включено в регулирование напряжения, чтобы получить характеристику V-I с наклоном (0.01 pu/100 MVA в этом случае). Поэтому, когда рабочая точка SVC изменяется от полностью емкостного (+300 Mvar) к полностью индуктивному (-100 Mvar), напряжение SVC варьируется между 1-0.03=0.97 pu и 1+0.01=1.01 pu.
Модуль распределения использует первичную реактивную проводимость Bsvc, вычисленный регулятором напряжения, чтобы определить угол включения TCR α и состояние (вкл\выкл) трех ветвей TSC. Угол включения α в зависимости от реактивной проводимости TCR BTCR реализован интерполяционной таблицей от уравнения
где BTCR является реактивной проводимостью TCR в pu расчетной реактивной мощности TCR (109 Mvar)
Увольнение Модуля состоит из трех независимых подсистем, один для каждой фазы (AB, BC и CA). Каждая подсистема состоит из PLL, синхронизируемого на от линии к линии вторичное напряжение и импульсный генератор для каждой из ветвей TSC и TCR. Импульсный генератор использует угол включения α и состояние TSC, прибывающее из Модуля Распределения, чтобы сгенерировать импульсы. Увольнение ветвей TSC может синхронизироваться (один импульс отправляется в положительных и отрицательных тиристорах в каждом цикле), или непрерывный. Синхронизируемый режим увольнения обычно является предпочтительным методом, потому что это уменьшает гармоники быстрее. Проверьте, что Синхронизируемый режим увольнения был выбран в диалоговом окне Firing Unit.
Установившиеся и динамические характеристики SVC
Теперь наблюдайте установившиеся формы волны и динамический ответ SVC, когда системное напряжение будет варьироваться. Запустите симуляцию и наблюдайте формы волны относительно блока SVC Scope. Эти формы волны воспроизводятся ниже.
Формы волны, иллюстрирующие SVC динамический ответ на системные шаги напряжения
Первоначально исходное напряжение установлено в 1.004 pu, приводящих к 1,0 pu напряжениям на терминалах SVC, когда SVC является не работающим. Как ссылочное напряжение Vref установлен в 1.0 pu, SVC первоначально плавает (обнулите текущий). Эта рабочая точка получена с TSC1 в обслуживании и TCR почти при полной проводимости (α = 96 градусов).
При t=0.1s напряжении внезапно увеличен до 1.025 pu. SVC реагирует путем поглощения реактивной мощности (Q =-95 Mvar), чтобы возвратить напряжение 1.01 pu. 95%-е время урегулирования составляет приблизительно 135 мс. В этой точке все TSCs являются не работающими, и TCR почти при полной проводимости (α = 94 градуса).
В t=0.4 s исходное напряжение внезапно понижен к 0.93 pu. SVC реагирует путем генерации 256 Mvar реактивной мощности, таким образом увеличения напряжения до 0.974 pu.
В этой точке три TSCs работают, и TCR поглощает приблизительно 40% своей номинальной реактивной мощности (α =120 градусов).
Наблюдайте относительно последней трассировки осциллографа, как TSCs последовательно включены и выключены. Каждый раз, когда TSC переключается на TCR α, угол изменяется от 180 градусов (никакая проводимость) до 90 градусов (полная проводимость). Наконец, в t=0.7 s напряжение увеличен до 1.0 pu, и реактивная мощность SVC уменьшена нуля.
Можно открыть подсистему Signal & Scopes, чтобы наблюдать дополнительные формы волны. Напряжение TCR и текущий в AB ветви, а также импульсах тиристоров отображено на осциллографе AB TCR. Рисунок ниже масштабирует на трех циклах, когда угол включения α является 120 градусами.
Установившееся напряжение и текущий в AB TCR
Давание осечку TSC1
Итоговое тематическое исследование симулирует дающий осечку TSC.
Каждый раз, когда TSC выключен, напряжение остается захваченным через конденсаторы TSC. Если вы смотрите на TSC1, Дающий осечку осциллограф в подсистеме Signals & Scope, можно наблюдать напряжение TSC1 (первый trace) и ток TSC1 (второй trace) для AB ветви. Напряжение через положительный тиристор (тиристор, проводящий положительный ток), показывают на третьей трассировке, и импульсы, отправленные в этот тиристор, показывают на четвертой трассировке. Заметьте, что положительный тиристор запущен в максимальное отрицательное напряжение TSC, когда напряжение клапана минимально.
Если по ошибке импульс увольнения не отправляется в нужное время, очень большие сверхтоки могут наблюдаться при клапанах TSC. Посмотрите в блоке SVC Controller для того, как давание осечку может быть симулировано на TSC1. Блок Timer и блок OR используются, чтобы добавить импульсы в нормальные импульсы, прибывающие из Модуля Увольнения.
Откройте меню блока Timer и удалите 100 коэффициентов умножения. Таймер теперь запрограммирован, чтобы отправить дающий осечку импульс, длящийся один шаг расчета во время t = 0,121 с.
Перезапустите симуляцию. Формы волны, наблюдаемые относительно TSC1, Дающего осечку осциллограф, воспроизводятся ниже.
Напряжения TSC и текущий следующий из давания осечку на TSC1
Заметьте, что дающий осечку импульс отправляется, когда напряжение клапана максимально положительный сразу после того, как TSC блокировался. Это тиристорное давание осечку производит большой тиристорный сверхток (18 кА или 6.5 раз номинальный максимальный ток). Кроме того, сразу после того, как тиристор блокировался, тиристорное напряжение достигает 85 кВ (3.8 раза номинальное пиковое напряжение). Чтобы предотвратить такие сверхтоки и повышенные напряжения, тиристорные клапаны обычно защищаются металлическими окисными разрядниками (не симулированный здесь).