Pierre Giroux Gilbert Sybille Перевод с английского Байдак АЯ UPFC (подробная модель)

Подробная модель объединенного регулятора потока мощности, основанного на 48 импульсных тиристорах типа GTO (500 кВ, 100 МВА).

Содержание:

Описание модели
Демонстрация

Описание модели.

Объединенный регулятор потока мощности (UPFC) используется для управления потоком мощности в электрической сети напряжением 500 кВ. UPFC расположен с левого конца 75-ти километровой линии между шинами В1 и В2 напряжением 500 кВ и используется для управления активной и реактивной мощностями, которые протекают через шину В2, при контроле напряжения на шине В1. Он состоит из двух 100 МВА конверторов, основанных на трехуровневых, 48-пульсных GTO тиристорах, один из которых подсоединен шунтирующе к шине В1, а второй подключен последовательно между шинами В1 и В2. Шунтирующий и последовательный преобразователи могут изменять мощность через шину постоянного тока. Последовательный преобразователь может увеличить значение номинального фазного напряжения максимально на 10% (28,87 кВ) при подключении к линии L2.

Эта пара преобразователей может работать в 3х режимах:

Режим Объединенного регулятора потока мощности (UPFC), когда шунтирующий и последовательный преобразователи соединены через шину постоянного тока. Когда отключены выключатели между шинами постоянного тока шунтирующего преобразователя, а последовательный преобразователь открыт, то возможны 2 дополнительных режима:
Шунтирующий преобразователь работает в качестве Статического синхронного компенсатора (STATCOM), контролируя напряжение на шине В1.
Последовательный преобразователь работает в качестве Статического синхронного последовательного преобразователя (SSSC), контролирующего входное напряжение, пока поддерживается входное напряжение в квадратуре с током.

Режим эксплуатации, также как и величины относительного напряжения и мощности может изменяться с помощью блока «UPFC GUI».

Принцип действия преобразователей, подавляющих высшие гармоники, объясняется в другой демонстрации под названием «Трехфазный 48-импульсный GTO преобразователь». Эта демонстрация (power_48pulsegtoconverter.mdl) доступна в библиотеке демонстраций «Power Electronic Models». Когда два преобразователя работают в UPFC режиме, шунтирующий преобразователь работает как STATCOM. Он контролирует напряжение на шине В1, управляя потреблением или генерацией реактивной мощности, что также позволяет передавать активную мощность к последовательному преобразователю через шину постоянного тока. Изменение реактивной мощности достигается изменением напряжения на шине постоянного тока. Четыре трехуровневых шунтирующих преобразователя работают при постоянном угле проводимости
(ς(сигма)=180-7,5=172,5^о), таким образом происходит генерация квазисинусоидального четырехуровневого импульса напряжения. Первыми значительными гармониками являются 47-я и 49-я.

Работая в UPFC режиме, величина последовательного входного напряжения меняется варьированием угла проводимости ς (сигма), поэтому генерация высших гармоник содержится в шунтирующем преобразователе. Как показано в этой демонстрации, когда последовательный преобразователь работает в SSSC режиме, то он генерирует действующий 48-импульсный сигнал.

Естественный поток мощности через шину В2 наблюдается когда нулевое напряжение генерируется последовательным пребразователем (нулевое напряжение на стороне преобразователя четырех преобразующих трансформаторов) и составляет Р = 870 МВт и Q = -70 Мвар. В UPFC режиме обе величины мощности и фаза угла, и последовательное входное напряжение могут изменяться, что позволяет контролировать Р и Q. Область управления UPFC получается поддержанием входного напряжения около максимального значения (0,1 о.е.) и изменением фазового угла от 0 до 360^о. Для того, чтобы увидеть результирующее изменение Р-Q щелкните 2 раза на «Show UPFC Controllable Region». Кадая точка, находящаяся внутри эллиптической области может быть получена в UPFC режиме.

Демонстрация

Контроль мощности в режиме UPFC

Откройте блок меню UPFC GUI. GUI позволяет выбрать режим работы (UPFC, STATCOM или SSSC) также как и настройки относительных мощностей Р*/Q* и/или относительного напряжения U*. Также, в целях наблюдения динамической устойчивости системы управления, GUI позволяет задать шаг изменения любого относительного значения в определенный момент времени.

Убедитесь в том, что режим работы выбран «UPFC (Power Flow Control)». Отношение активной и реактивной мощности в последних двух строках меню GUI. Изначально P*= +8.7 о.е. / 100 MВA (+870 MВт) and Q*=-0.6 о.е. / 100MВA (-60 Mвар). При t=0.25 с P* изменяется до +10 о.е. (+1000 МВт). Тогда в t=0.5 с Q* меняется до +7 о.е. (+70 Мвар). Относительное напряжение шунтирующего преобразователя (определяемого во второй строке меню GUI) будет держаться постоянным в U* = 1 о.е.. В течение всего моделирования время шага (Step Time) = 0,3*100 > конечного времени моделирования (Simulation stop time) 0,8 с. Когда UPFC в режиме контроля мощности, изменения в STATCOM относительного значения реактивной мощности и в SSSC входного напряжения (определяются соответственно первой и третьей строкой блока GUI) не используются.

Запустите модель на выполнение в течение 0,8с. Откройте подсистему «Показать экраны (Show Scopes)». Наблюдайте на зависимостях 1 и 2 экрана UPFC изменения Р и Q. После периода продолжительностью около 0,15 с. Установившийся режим достигнут (Р = +8,7 о.е., Q = -0,6 о.е.). После чего Р и Q возрастают к новым значениям (Р = +10 о.е., Q = +0,7 о.е.). Наблюдайте на зависимостях 3 и 4 изменения Р и Q на линиях электропередачи. Производительность шунтирующего и последовательно преобразователей можно наблюдать соответственно на экранах STATCOM и SSSC. Если приблизить первую зависимость экрана STATCOM, можно увидеть 48-ми уровневый сигнал напряжения US, генерируемый на вторичной стороне трансформаторов шунтирующего преобразователя (зависимость имеет желтый цвет), наложенный с основным напряжением UP (пурпурный цвет) и основным током IP (голубой цвет). Напряжение шины постоянного тока (зависимость 2) изменяется в пределах 19-21 кВ. Если приблизить первую зависимость экрана SSSC, то можно увидеть сигнал входного напряжения измеренного между шинами В1 и В2.
Предельный контроль в режиме STATCOM

В блоке меню GUI, измените режим работы в «STATCOM (Var Control)». Убедитесь, что ячейки STATCOM заполнены относительными значениями (1-я строка с переметрами [T1 T2 Q1 Q2]), заданными [0.3 0.5 +0.8 -0.8 ]. В этом режиме STATCOM работает как пременный источник реактивной мощности. Изначально Q приравнивается 0, тогда при T1=0.3 с Q увеличивается до -0,8 о.е. (STATCOM потребляет реактивную мощность) и во время T2=0.5 с Q изменяется до -0,8 о.е. (STATCOM генерирует реактивную мощность).

Запустите модель на выполнение и наблюдайте на экране STATCOM динамическую характеристику STATCOM. Приблизьте первую зависимость вокруг t=0.5 с, где Q изменяется от +0,8 о.е. до -0,8 о.е.. Когда Q = +0,8 о.е. ток, протекающий в STATCOM (зависимость имеет голубой цвет) отстает от напряжения (зависимость фиолетового цвета), видно, что STATCOM потребляет реактивную мощность. Когда Q* изменяется от +0,8 о.е. до -0,8 о.е. сдвиг фазового тока по отношению к напряжению изменяется от 90^о отставания до 90^о опережения в пределах одного периода. Управление реактивной мощностью достигается изменением величины вторичного напряжения Us, генерируемого шунтирующим преобразователем, пока он сохраняется в фазе с напряжением UР шины В1. Это изменение величины US выполняется контролем напряжения шины постоянного тока. Когда Q изменяется от +0,8 о.е. до -0,8 о.е., UDC (зависимость 3) возрастает с 17,5 до 21 кВ.
Ввод последовательного напряжения в режиме SSSC

В блоке меню GUI, измените режим работы в «SSSC (Voltage injection)». Убедитесь, что ячейки значений SSSC (третья строка параметров) [Vinj_Initial Vinj_Final StepTime] заданы как [0.0 0.08 0.3 ]. Начальное напряжение приравнивается 0 о.е., и в момент времени t=0.3 с оно возрастет до 0,8 о.е..

Запустите модель на выполнение и наблюдайте на экране SSSC воздействие от введенного напряжения на Р и Q, текущие через 3 линии электропередачи. В отличие от UPFC режима, в SSSC последовательный инвертор работает с постоянным углом проводимости ( ς(сигма)=172,5^о). Значение вводимого напряжения контролируется изменением напряжения шины постоянного тока, которое пропорционально UINJ (зависимость 3). Также, можно наблюдать сигнал введенного напряжения (зависимость 1) и тока, текущего через SSSC (зависимость 2). Напряжение и токи остаются в квадратуре, чтобы SSSC работал как переменная индуктивность или емкость.

Материалы по теме выпускной работы:

«UPFC (подробная модель)»

Авторы: Pierre Giroux, Gilbert Sybille (Hydro-Quebec, IREQ)

Перевод с английского: Байдак А. Я.

Источник: Инструкции по моделированию электротехнических систем в приложении Matlab R2008a (Demos/Simulink/SimPowerSystems/FACTS Models/UPFC(Detailed Model)).