Диссертация (Исследование возможности и разработка способов применения накопителей энергии различного типа для противоаварийного управления при больших возмущениях в энергосистеме), страница 7

2.7 Схема замещения исследуемой модели энергосистемы с накопителем энергииРежим 2: двухфазное короткое замыкание на землю на отходящей линии220 кВ (точка К2 на рис. 2.7). Данный режим характеризуется снижением напряжения,однако не настолько глубоким, как в режиме 1 и предназначен для оценкивозможности работы накопителя в условиях неглубокого снижения напряжения.Режим 3: отключение линии, связывающей генератор с системой врезультате однофазного короткого замыкания, отключаемого быстродействующейзащитой и последующим успешным автоматическим повторным включением.Данный режим характеризуется кратковременным снижением и быстрымвосстановлением напряжения.

Предназначен для оценки работы накопителя принапряжениях, близких к номинальному.2.4.Описание используемых программных средств и моделей элементовМоделирование рассматриваемых накопителей энергии, а также элементов сети(таких как: генератор, высоковольтная линия, трансформатор, система) проводилось в ПКMatlab (в среде Simulink). Данный программный пакет обладает широкимивозможностями моделирования электроэнергетических систем и содержит в себебольшой набор готовых элементов. Моделирование процессов в электроэнергетическихсетях в среде Simulink осуществляется следующим образом: из отдельных блоков, каждый41из которых представляет отдельный элемент системы, собирается моделируемая схема.Каждый из блоков содержит систему дифференциальных уравнений или структурнуюсхему, описывающих состояние каждого из элементов сети в любой момент времени.Моделирование осуществляется последовательным итеративным вычислением каждогоиз блока модели, с параллельным выводом результатов.

В качестве результатовмоделирования выступают графические зависимости контролируемых параметров.Дляпредложенной структурной схемы модели энергосистемы с накопителем энергии (см. рис.2.6) разработана ее расчетная модель в ПК Matlab. Модель приведена на рис.

2.8. Нижеприведено описание основных элементов модели энергосистемы с накопителем энергии.Модель генератораМодель генератора представлена блоком Synchronous Generator pu изстандартной библиотеки Simulink [77]. Электрическая модель генераторапредставлена синхронной машиной с демпферными обмотками (две обмотки в осиq и одна в оси d) и описывается следующей системой уравнений Парка-Горева [78]:Ψ+ Ψq + = − ;ΨΨd −− = ;Ψ+ = ;1+ 1 1 = 1 = 0;1+ 1 1 = 1 = 0;2+ 2 2 = 2 = 0;(2.4)где Ψd,q – потокосцепление в обмотках статора в соответствующих осях; s –активное сопротивление обмотки статора; – скорость вращения ротора; , –напряжение обмотки статора в соответствующих осях; – напряжение обмоткивозбуждения; , – ток обмотки статора в соответствующих осях; 1 , 1 , 2 –напряжения демпферных обмоток в соответствующих осях; 1 , 1 , 2 –активное сопротивление демпферных обмоток; 1 , 1 , 2 – потокосцеплениедемпферных обмоток; 1 , 1 , 2 – ток демпферных обмоток.42КонтрольпараметровТурбина, регуляторчастоты вращенияТрансформаторНагрузка Н2СистемаМодель КЗНагрузка Н1Система возбуждения,регулятор возбуждения43ТрансформаторсвязиСФУ №2Контроль параметровПолупроводниковыйпреобразователь №2СФУ №1КонтрольпараметровПолупроводниковыйпреобразователь №1НакопительРис.

2.8 Исследуемая модель энергосистемы с накопителем в ПК Matlab.Данной системе уравнений соответствует схема, приведенная на рис. 2.2.Рис. 2.9 Схема замещения синхронного генератораКак видно из уравнений, данная модель является полной пятиконтурноймоделью, учитывающей переходные процессы как в обмотке ротора, так и вобмотке статора.Механическая часть генератора описывается уравнением движения ротора[79]:Δ() =1 ∫ ( − );2 0 (2.5)() = () + 0.где , – скорость вращения и приращение скорости вращения ротора; 0 –начальная скорость вращения ротора; – момент инерции ротора; –механический момент турбины (разгоняющий момент); – электрический моментгенератора (момент сопротивления).Модель возбудителя и системы возбуждения синхронного регулятораВ качестве регулятора возбуждения принята модель, входящая встандартную библиотеку Simulink и описанная в [80], без учета насыщениямагнитной цепи возбудителя.Основными элементами регулятора являются регулятор напряжения ивозбудитель, передаточные функции которых приведена ниже [79]:а1 + ()1= () + е () =(2.6)44где – выходное напряжение регулятора; () – преобразование Лапласа дляфункции регулятора напряжения; а , – коэффициент усиления и постояннаяинерции регулятора соответственно; – напряжение возбуждения; () –преобразование Лапласа для функции напряжения возбудителя; , е –коэффициент усиления и постоянная инерции возбудителя соответственно; –комплексная переменная, которая является аргументом функции-изображения припреобразовании Лапласа.Модель турбины с регулятором скорости вращенияМодель турбины с регулятором основана на модели, входящей встандартную библиотеку Simulink и предложенной в [81], и состоит из следующихэлементов: регулятора пропорционального действия; модель реле скорости вращения; модель сервомотора, управляющего открытием клапанов турбины.Модель полупроводникового преобразователяПолупроводниковый преобразователь состоит из двух преобразовательныхгрупп.

Каждая из групп содержит шесть фазных вентилей и два буферных, которыесоставляют две группы (анодную и катодную). Вентили представляют собой блокIGBT из стандартной библиотеки Simulink [79].Каждый вентиль управляется собственным сигналом, подаваемым отсистемы фазного управления. При наличии импульсного сигнала на управляющемвходе, IGBT переходит в открытое состояние, при пропадании сигнала –закрывается, т.е.

реализуется полностью управляемый вентиль (с принудительнойкоммутацией).Реализация преобразовательной группы вентилей приведена на рис. 2.10 исоответствует рис. 2.5 (схеме преобразовательной группы трехфазного мостовогополупроводникового преобразователя с буферными вентилями).Взависимостиоттипаподключаемогокполупроводниковомупреобразователю накопителя энергии (т.е.

при изменении режима работы45полупроводникового преобразователя: режим источника тока или источниканапряжения), группы полупроводникового преобразователя подключаются либопоследовательно накопителю энергии, либо параллельно.Модель системы фазового управления группами полупроводниковыхпреобразователейНа модель системы фазового управления возлагается функция формированиясигналов для преобразовательных групп. В случае работы накопителя в режимеисточника тока сигналы на оба плеча преобразователя подаются идентичные, вслучае режима источника напряжения – в соответствии с законом (2.1).Реализация системы фазового управления в ПК Matlab приведена на рис.2.11.Входы подключениятрехфазной цепи снулевым проводомВход управляющихсигналов для вентилейИзмерения от отдельныхвентилей (не используется)Катодная группавентилейИзмерения от отдельныхвентилей (не используется)Анодная группавентилейВыходы подключения цепей постоянного токаРис.

2.10 Модель группы вентилей в ПК Matlab.46РасчетчастотыИзмерениенапряженияВходы уставокуглам открытияпоПодблок расчетаимпульсовВходытрехфазной сетиФильтрацияФормированиемассива импульсовимпульсовдляФормированиямассива синусоиддля расчетаимпульсовРис. 2.11 Реализация системы фазового управления в ПК MatlabВход напряженияи частотыРасчет текущегоуглаВходы уставок поуглам открытияАлгоритм формированияимпульсаВыход импульсафазного вентиляа)Выход импульсабуф. вентиляВходы уставок поуглам открытияВход напряженияВыход импульсафазного вентиляб)Выход импульсабуф.

вентиляАлгоритмформированияимпульсаРис. 2.12 Реализация подблоков системы фазового управления: а) блок Pulse_Thyr,б) блок Generate_pulse47Дляисключения«самораскачивания»системыуправленияиз-завозникающих высокочастотных искажений (в результате коммутации вентилей),измеряемое напряжение предварительно фильтруется.Сравнение формы импульсов, формируемых разработанной системой сграфиками импульсов в [1] позволяют сделать вывод о согласовании расчетныхрезультатов с результатами, приведенными в литературе, таким образомдостигается достоверность в моделировании системы фазового управления.Модель системы управления накопителем [16]В задачу системы управления входит определение требуемой величинымощности, подлежащей потреблению (выдаче) и расчет углов открытияполупроводниковых преобразователей.Врамкахреализацииданнойзадачинеобходимоопределитьконтролируемую величину.

Очевидно, что контролируемой величиной должнабыть величина, непосредственно характеризующая динамику движения роторагенератора в переходном процессе. Такой величиной является – угол между ЭДСгенератора и напряжением системы (для двухмашинной схемы замещения).Достижение данной величиной значения 180° служит прямым признакомнарушения динамической устойчивости генератора [82]. Однако контроль даннойвеличины представляется затруднительным в связи с тем, что угол недоступендля непосредственного измерения [82].Таким образом, необходимо контролировать некий параметр, косвеннохарактеризующий движение ротора генератора в переходном процессе. Вприменяемых в настоящее время комплексах противоаварийной автоматикеконтролируется либо сброс мощности, либо снижение напряжения прямойпоследовательности [28].

Очевидно, что напряжение прямой последовательностине является полностью информативным параметром, так как не дает информациюо доаварийной загрузке блока, которая является важным критерием для расчетауправляющего воздействия.Таким образом, наиболее целесообразной величиной для контроля и расчетауправляющего воздействия на накопитель энергии для предотвращения нарушения48динамической устойчивости без отключения генератора представляется активнаямощность генератора [83].Как уже было показано выше, мощность, передаваемая или получаемая изсети,определяетсяугломоткрытиявентилейполупроводниковогопреобразователя.

Таким образом, система управления должна либо получатьизмерения текущей загрузки генератора от выносных датчиков, либо иметьподключение непосредственно к цепям измерительных трансформаторов тока инапряжения (см. рис. 2.13, а).СГТТТк сетиТНСистемауправленияСТPсброс→α,αба)α,αбСистемафазовогоуправленияПП1ПП2α,αб→б)От СГБлок расчетамощностиПусковой органФиксация сбросао .е .СГPPусто .е .Pсбросtусто .е .PсбросPнакPнакБлок расчета угловоткрытия вентилей  Pнак    arccos  662UIТ d  б  , бК ТПНакопительUотТ,Idнакопителя– углы открытия фазных вентилей;– углы открытия буферных вентилей;– напряжение сетевой обмотке трансформаторасвязи;– выпрямленный ток нагрузки (преобразователя);– активная мощность сброса СГ(с учетом синхронизирующего момента);– задание по активной мощности накопителя;– текущая мощность СГ;Рис.