Источник: 1996 Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (May 26-29). The University of Calgary - 2500 University Dr. NW, Calgary, Alberta, CANADA.
Активный автоматический поток в линиях передачи может быть различен, используя обычный или тиристорный управляемый переключатель фазы последовательно с линией, которая вводит изменение фазы между посылкой и получением напряжений конца. Однако контроль изменения фазы может быть выполнен только в шагах в зависимости от сигналов, доступных в трансформаторе изменения фазы. Подход, чтобы получить непрерывный контроль изменения фазы, используя обычный трансформатор изменения сигнала и ширину импульса смодулировал доллар ac-ac, конвертер представлен в этой статье. Обсуждены операционные принципы, конструктивные соображения и другие практические проблемы. Преимущества и неудобства предложенного подхода относительно обычных подходов обсуждены.
Высокий капитал и социальные издержки сделали все более и более трудным строить новые линии передачи. В результате необходимо загрузить существующие линии к их тепловым пределам, чтобы поставлять увеличивающиеся грузы. Автоматическая передача на многих линиях в настоящее время ограничивается значительно ниже их тепловых пределов из-за пределов стабильности на линиях непосредственно, или на параллельных петлях. Увеличенный поток на параллельных петлях следует из факта, что ток делится между параллельными путями, основанными на относительном импедансе соответствующих путей, с небольшим количеством активного доступного контроля.
Установившийся автоматический поток часто управляется через дополнение конденсаторов серии или трансформаторов перемены фазы [1]. Эти устройства также увеличивают первый край стабильности колебания для системы. Однако они основаны на механическом переключении, и следовательно у них нет быстрого ответа, чтобы заглушить мощность или колебания напряжения после главного волнения. Новые устройства, основанные на автоматическом электронном переключении, были введены под Гибкими Системами Передачи AC (FACTS) программа [2,3]. Среди этих устройств управляемый регулятор угла относительного расположения тиристора [4], который добавляет тиристорные выключатели для того, чтобы управлять захватывающим трансформатором для обычного переключателя фазы. Эта статья исследует выбор на то, что он добавил быстрый ответ автоматического электронного базирующегося переключателя фазы, который будет использоваться в соединении с существующим переключателем фазы. Предложенный метод может использоваться как одинокий конвертер также.
Есть несколько методов, доступных, чтобы управлять автоматическим потоком по линии передачи.
Автоматическая передача может быть увеличена, увеличивая величины напряжения в одном или обоих концах линии. Это действие имеет тенденцию оказывать большее влияние на поток реактивной мощности, чем на потоке действительной мощности, и ограничено ограничениями изоляции. Однако, некоторое увеличение автоматического потока возможно, если источник напряжения шунта добавлен в середине линии. Этот источник регулирует напряжение середины, поглощая реактивную мощность, когда линия слегка загружена и поставляющий реактивную мощность, когда это в большой степени загружено.
Другой выбор состоит в том, чтобы уменьшить полный индуктивный реактанс линии через дополнение конденсаторов. Это действие увеличивает электрический ток через линию, таким образом, увеличивает и поток действительной мощности и реактивной мощности [1]. Конденсаторы серии видят широкое употребление в системах с длинными линиями передачи. Управляемые конденсаторы серии нескольких тиристоров были теперь осуществлены, чтобы ускорить ответ и избежать подсинхронных проблем резонанса [2,3].
Автоматический поток через линию может также управляться, изменяя фазы. Это может быть достигнуто, добавляя напряжение в линию, чтобы создать искусственное изменение фазы. Энергию создать это напряжение тянут с линии на трансформатор шунта. Это напряжение тогда изменено или через трансформатор регулирования угла относительного расположения или через автоматический электронный конвертер, как в объединенном автоматическом регуляторе потока (UPFC) [5].
Упрощенное схематичное сдвигающее устройство фазы показано на Рис. 1. Фракция различия напряжения в фазах C и B добавлена, чтобы поэтапно осуществить напряжение. Напряжение Vc - Vb находится в квадратуре с V, как показано на Рис. 2. Таким образом, результирующее напряжение на фазе A, V,' является фазой, перемещенной относительно оригинального напряжения V. Количество сдвига фазы, определено значением k, между 0 и 1. Обычно, это "усиление". k исходит из отношения поворотов шунта, подключён трансформатор (подключенная дельта), и различно, выбирая различные сигналы.
Рисунок 1 – Общий угловой трансформатор регулирования фазы
Максимальный сдвиг фазы, возможный с таким видом конфигурации: 60 ° с k = 1, и минимум - 0 ° с k =0
Рисунок 2 – Изменение фазы при регулирование трансформатора
Параметры настройки сигнала вообще различны, используя механические выключатели. Однако это может также быть сделано с помощью тиристоров [3,4,6,7]. Тиристоры обеспечивают способность изменить сигналы очень быстро, и имеют некоторую способность сгладить переход между параметрами настройки сигнала от острого перехода до постепенного изменения. Возможность добавляющих тиристоров на существующий трансформатор обсуждена в [7]. Несколько других конфигураций обсуждены в [6], с активным контролем усиления "k" добавленный в различных частях системы трансформатора регулирования.
Величина введенного напряжения определяет количество произведенного сдвига фазы. Эта величина может быть различна, если вывод шунта соединился, трансформатор подан в Ширину Импульса, смодулированную (PWM) ac-ac конвертер доллара [8,9]. Вывод конвертера - масштабированная версия входного напряжения. Подробная информация относительно операции PWM ac-ac конвертера доллара обеспечена в [8,9]. Рис. 3 показывается схема размещения системы.
Рисунок 3 – Изменение фазы с помощью регулятора
Поля с выключателями на Рис. 3 представляют мощные электронные выключатели, наиболее вероятно Изолированный Логический Вентиль Биполярный Транзистор Соединения (IGBT) с антипараллельным диодом. Конвертеры обеспечивают, способность изменятся. Напряжение относится к трансформатору по непрерывному диапазону от 0 до 1 за модуль, в свою очередь учитывая непрерывное изменение в углу фазы напряжения. Ограничивающий коэффициент - количество обращающегося электрического тока, текущего через угловой регулятор фазы. Как введенные увеличения фазы, также увеличивается количество электрического тока, текущего через выключатели. Большее текущее распространение через регулятор требует больших выключателей и увеличивает оценки MVA трансформаторов, увеличивая инсталляционную стоимость.
Расположение, показанное на Рис. 3, может быть применено как автономный угловой регулятор фазы, или это может быть установлено вместе с обычным угловым регулятором фазы с механическим изменением сигнала. Объединение обычного трансформатора смещения фазы со сдвигающим устройством фазы PWM создает гибридный угловой регулятор фазы. Этот сценарий мог вовлечь существующий трансформатор смещения фазы, или и трансформатор и сдвигающее устройство фазы могли быть установлены вместе. Обычный трансформатор смещения фазы обработает большие переходы в углу фазы. Сдвигающее устройство фазы PWM установлено по размеру, чтобы покрыть диапазон между механическими сигналами.
Обычный трансформатор смещения фазы производит изменение в дискретных переходах. Сдвигающее устройство фазы PWM могло использоваться, чтобы изменить угол фазы непрерывно и затем перейти назад к его первоначально более низкому углу. Сдвигающее устройство фазы PWM может также использоваться, чтобы уменьшить частоту механических изменений сигнала, чтобы уменьшить износ на механическом оборудовании. У сдвигающего устройства фазы PWM также есть способность к ответу быстро на беспорядки в системе, и обеспечивать активное демпфирование колебаний мощности.
Могут использоваться и другие конфигурации для PWM. Например, конвертер увеличения доллара мог использоваться, чтобы увеличить диапазон изменения производительности. Однако конвертер доллара будет адекватен для большинства обстоятельств. Подключение для конвертера могло также быть изменено, чтобы позволить способности полностью изменить полярность подключения трансформатора, подающего конвертер. Это обеспечивает способность уменьшиться мощности, которая возможно втекает вниз, чтобы обнулить, если достаточный сдвиг фазы доступен. При некоторых обстоятельствах мог быть полностью изменен поток мощности в строке. Однако это действительно требует, чтобы дополнительные выключатели полностью изменили подключение.
Простая испытательная система была создана, чтобы моделировать действие углового регулятора фазы, используя Электромагнитную Программу Переходных процессов (EMTP. Линия на 132 кВ, показанная в Рис. 4, передает 600 МВТ мощности от Busl до Bus2. У линии есть реактанс прогрессии строки 10Q, и сдвиг фазы потока мощности может быть увеличен, увеличивая угол. Это достигнуто помещая гибридный угловой регулятор фазы в Шину 1, как показано в Рис. 5.
Рисунок 4 – Схема в качестве примера
Рисунок 5 – Схема в качестве примера с гибридным сдвигающим устройством фазы
Реактивные компоненты мощности разработаны от спецификаций, таких как допустимое колебание напряжения, и максимум размаха электрического тока. Фильтры ввода и вывода, показанные вокруг конвертера в Рис. 3, уменьшают колебания. Проект трансформатора сделан, принимая во внимание номинальное напряжение выключателей. Выключатели включаются и выключаются импульсами логического вентиля с переменной производительностью. Два выключателя получают дополнительные импульсы логического вентиля таким образом, чтобы один выключатель провел, в то время как противоположный выключен. Производительность "1" соответствует наличию выключателя прогрессии в Рис. 3, проводящем все время, в то время как у производительности "0" есть проведение выключателя шунта (таким образом, никакое выходное напряжение не поставлено трансформатору прогрессии).
Есть ограничение на этот максимальный сдвиг фазы, так как величина результирующего напряжения также увеличивается наряду с этим. Результирующее напряжение ограничено, изолируя пределы приблизительно 1.05 за модуль, который ограничивает максимальный сдвиг фазы, который может быть введен. Расчетное значение максимального сдвига фазы для этого 5%-ого броска напряжения - 20 °, и производительность соответствует этому, 0. 18.
Система Рис. 5 моделировалась, используя EMTP. Рис. 6 показывает результаты моделирования, где производительность сползается от 0 до 0,18 первые графические измерения производительности
Рисунок 5 – Моделирование EMTP электрических токов строки (нижний след) с производительностью (главный след) изменялось от 0 до 0.18
более низкие. Результаты моделирования показывают только действие фазы PWM регулятора. Сползание производительности, показанной в числе, могло также использоваться, чтобы сгладить переход между обычным трансформатором смещения фазы и сигналами на обычном трансформаторе смещения фазы.
В этой статье был рассмотрен угловой регулятор фазы PWM. Он состоит из шунта, конвертера. Вывод конвертера введен в линию передачи через информатора прогрессии. Конвертер обеспечивает способность изменить величину напряжения прогрессии по непрерывному диапазону. Изменение величины приводит к непрерывно переменному сдвигу фазы.
Сдвигающее устройство фазы PWM может использоваться как автономный угловой регулятор. Оно обеспечивает способность быстро ответить на системные беспорядки и обеспечить демпфирование колебанию мощности. Сдвигающее устройство фазы PWM учитывает непрерывный диапазон углового изменения, и сглаживает переход между дискретными сигналами обычного трансформатора. Гибридная конфигурация позволяет оценкам конвертера для PWM ac-ac конвертер в сдвигающем устройстве фазы быть сохраненными на минимальном уровне, понижая стоимость сдвигающего устройства фазы PWM.
Эта работа представила фундаментальные понятия позади углового регулятора фазы PWM, показала возможную конфигурацию, и показала результаты моделирования EMTP операции конвертера.
[1] N. G. Hingorani, "High Power Electronics and Flexible AC Transmission Systems", IEEE Power Eng. Rev., July 1988.
[2] L. Gyugyi et al, "The Unified Power Flow Controller for Independent P and Q Flow Control in Transmission Systems" EPRIFACTS3, Baltimore, Maryland. Oct 1994.
[3] L. Gyugyi, "A Unified Power Flow Control Concept for flexible AC Transmission System" IEEPROCEEDINGS-C, Vol. 139, No. 4, July 1992.
[4] Gyugyi, L., " Dynamic Compensation of AC Transmission Lines by Solid-state Synchronous Voltage Sources," IEEE/ PES Summer Power Meeting, Paper No. 93 SM 434-lPWRD, Vancouver, B.C., Canada, July 1993.
[5] L. Gyugyi et al, "Advanced Static Var Compensator using GTO Thyristors for Utility Application," CIGRE paper 23-203, Symposium Paris, August 1990.
[6] C. Schauder et al., "Development of a 100 MVAR Static Condenser for Voltage Control of Transmission Systems ". IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 10, No. 3, July 1995.
[7] R. Mihalic, P. Zunko, and D. Povh, "Improvement of Transient Stability Using Unified Power How Controller ", IEEE PWRD 95 WM 269-1.
[5] L. Gyugyi et al, "Advanced Static Var Compensator using GTO Thyristors for Utility Application," CIGRE paper 23-203, Symposium Paris, August 1990.
[8] G.Venkatamanan, B.K. Jonson, and A. Sundaram, " An AC-AC Power Converter for Custom Power Applications," IEEE Power Engineering Society Winter Meeting. 96 Wm 088-5 PWRD, January 1996.
[9] S.Srinivasan and C. Venkataramanan, "A Comparative Evaluation of PWM AC-AC Converters", IEEE-PESC'95 Record, pp. 529-535, Atlanta, GA.