Диссертация (Повышение управляемости фазоповоротных устройств с тиристорными коммутаторами), страница 9

Поэтому в качестве системы для эквивалентированиябыла использована эта широкораспространенная в электротехническом сообществеэнергосистема.Топология рассматриваемой сети соответствует 10-машинной энергосистеме, описанной в[67, 84, 90], приведена к номинальному напряжению 110 кВ (рисунок 1.13). При этом длины имарки проводов, мощность эквивалентных электростанций и уровни нагрузки также приведенык типовым параметрам электропередачи 110 кВ.41Рисунок 1.13 Топология энергосистемы с 10-ю генераторами и 39 шинамиДля проверки достоверности эквивалентирования использовалось два программныхкомплекса RastrWin и MATLAB&Simulink. Данные программные средства обладают различнымфункционалом, необходимым для проведения соответствующих исследований.

В частности,программный пакет RastrWin позволяет моделировать процессы в энергосистеме. А впрограммном пакете MATLAB&Simulink есть возможности исследования процессов в42полупроводниковых приборах и моделирования алгоритмов управления тиристорнымкоммутатором.Для проверки применимости предлагаемого подхода к эквивалентированию ЭЭС,необходимо провести верификацию данных параметров [56]. Верификация полученных данныхпроводится исходя из следующих умозаключений: если результаты расчета режима работы ФПУв двухмашинной модели энергосистемы будут совпадать с результатами расчетов в программномкомплексе RastrWin, то можно считать, что эта модель корректно отображает статическиехарактеристики рассматриваемой топологии энергосистемы. В топологии энергосистемы с 10машинами ФПУ установлено в начале линии 2–3.Параметры двухмашинной модели для 10-машинной энергосистемы в нормальном режимеследующие:||, кВ65.96, эл.

град.31.697||, кВ68.96, эл. град.−0.478, Ом−0.087, Ом37.5, Ом11.3, Ом20.8В таблице 1.3 приведены результаты моделирования работы ВЛ с ФПУ в нормальномрежиме в программных комплексах RastrWin и MATLAB&Simulink. Эти показателисвидетельствуют о том, что применение двухмашинной модели для расчета режима линии сустановленным ФПУ целесообразно, поскольку результаты расчета тока в ВЛ с установленнымФПУ, проведенные с применением двухмашинной модели энергосистемы, отличаются отрезультатов расчета полной энергосистемы не более чем на 0,187%, а результаты расчета полноймощности ВЛ – не более чем на 0,585%.Таблица 1.3 Сравнение результатов моделирования работы ВЛ с ФПУ в нормальномрежиме в программных комплексах RastrWin и MATLAB&Simulinkэл.

град., МВА,RastrWin,А,RastrWin,АMatlabδ|S|, %−1,2120,7 − 1 ∙ 41,8610120,577 − 41,762608,8570,1000,187−2,3116,2 − 1 ∙ 41,1588116,411 − 40,411587,8850,5850,019−3,4112 − 1 ∙ 39,2566112,217 − 39,072566,8650,2120,152−4,6107,5 − 1 ∙ 38,2544107,613 − 37,627543,8810,5120,021−5,7103,3 − 1 ∙ 36,3522103,367 − 36,317522,7680,2650,147ФПУ ,, МВА,Matlabδ,%Проведенный в ОАО «ЭНИН» [39] анализ значений параметров двухмашинной моделизамещения энергосистемы для различных топологий, учитывая нормальный и послеаварийныережимы работы, показал следующее:1.

фазовый сдвиг между напряжениямиприблизительно от 20 до 33 эл. град.;идля рассмотренных режимов составляет43отличаются не более чем на 15%;2. модули напряженийи3. сопротивленияимеют в основном индуктивный характер (X>>R);и4. могут наблюдаться отрицательные активные сопротивления в составе комплексныхсопротивленийи, что является лишь математическим выражением явления увеличенияактивной составляющей напряженияпри увеличении тока в линии.В рамках указанных ограничений на параметры двухмашинной модели энергосистемыпринято проводить исследование для следующего диапазона параметров:1.

параметрыисточниканапряженияостаютсянеизменнымиисоставляют= 65959.9731.697 эл. град.;2. величина амплитуды источникаварьируется от 79290 В до 107274 В, а фазы – от 11.697до −1.303 эл. град.;3. сопротивления линии выбраны фиксированными и равными= −0.087 + 37.526и= 11.322 + 20.761 .В процессе переключения из одной ступени регулирования в другую при использованииалгоритма управления с переключением в нуле тока ТК ФПУ последовательно оказывается внесколькихрежимах:полнофазномсимметричном,неполнофазномсимметричном,полнофазном несимметричном, неполнофазном симметричном, полнофазном несимметричном,неполнофазном симметричном и вновь в полнофазном симметричном.Для анализа электромагнитных процессов в этих режимах работы ФПУ необходиморазработать аналитические модели.

При этом для полнофазных режимов работы ФПУ создаетсямодифицированнаямодель,котораяпредставляетсобойсовокупностьаналитическихвыражений всех напряжений и токов во всех узлах и ветвях схемы, в отличие от предыдущегопредставления, при котором исходная система уравнений решалась численными методами,предложенными в [34]. Для неполнофазных режимов работы ФПУ в данном диссертационномисследовании разрабатываются новые аналитические модели.Аналитические модели, с одной стороны, не учитывают такие эффекты, как внутреннеесопротивление собственного трансформатора, внутреннее сопротивление тиристоров, время ихотпирания и демпферные цепи, однако они позволяют определить, при каких сочетанияхосновных параметров ФПУ и энергосистемы будут наиболее сильно проявляться перегрузки потоку и перенапряжения как в энергосистеме, так и на тиристорах.Предыдущие исследования по ФПУ с ТК проводились средствами имитационногомоделирования.

В ранее разработанной имитационной модели ФПУ [34; 46] для подтвержденияправильности (верификации) разработанных аналитических моделей необходимо заменить блоксистемы управления на новый, реализующий алгоритм управления с переключением в нуле тока44ТК. При удовлетворительном совпадении результатов, полученные аналитические моделирассматриваются как пригодные для использования.Также необходимо провести валидацию аналитической модели на физическом макете (ФМ)ФПУ [34]. Кроме того, на ФМ ФПУ необходимо провести исследования по реализации алгоритмауправления с переключением в нуле тока ТК и его быстродействию. Физический макет ФПУобладает следующими основными техническими характеристиками: Номинальная проходная мощность 20 кВА; Питание стенда от трехфазной сети переменного тока 380 В с частотой 50 Гц; Номинальный ток 30 А; Количество ступеней регулирования: 31; Максимальный формируемый фазовый сдвиг ±40 эл. град.; Дискретность изменения фазы выходного напряжения 2,67 эл. град.; Напряжение первичной обмотки ШТ 220 В; Действующие значения напряжений вторичных обмоток ШТ составляют для МТК1…МТК410 В, 20 В, 40 В и 80 В соответственно, то есть соотносятся в пропорции 1:2:4:8.Физический макет позволяет провести эксперимент в схеме «сеть – ФПУ – нагрузка».

Приэтом нагрузка может быть активно-индуктивной. Также экспериментальная установка позволяетподключать параллельную линию, как показано в [61].Созданные аналитические модели позволят обобщить данные, зависящие от множествавходных параметров, которые определяют режимы работы коммутатора. С помощьюполученных данных можно рассчитать различные топологии ТК с учетом показателейнадежности и разработать методику выбора конфигурации тиристорного коммутатора прииспользовании алгоритма управления с переключением в нуле тока ТК.1.8 Имитационная модель системы управления тиристорнымкоммутатором при использовании алгоритма управленияс переключением в нуле токаИмитационная модель, используемая для исследований, реализована в программном пакетеMatlab&Simulink и представляет собой эквивалентную двухмашинную модель энергосистемы сустановленным полупроводниковым ФПУ с симметричным регулированием (рисунок 1.14).Имитационная модель ФПУ с симметричным регулированием (блок TCPST) состоит изимитационных моделей ШТ, СТ, ТК и системы управления.

Имитационные модели СТ и ТКбыли разработаны в [46], а имитационная модель ШТ, учитывающая взаимные индуктивностивторичных обмоток разработана в [34]. Однако поскольку в данном исследовании отключениепроисходит в нуле тока, взаимные индуктивности не оказывают влияния на протекание45процессов выключения тока в одной из фаз ТК. Таким образом модели ШТ, предложенные в [34]и [46] для данной работы равноценны. Были поставлены эксперименты на модели в Matlab иполучены соответствия данных, поэтому в дальнейшем использовалась модель без учетавзаимных индуктивностей, которая является значительно более простой и обсчитываетсябыстрее.Рисунок 1.14 Имитационная двухмашинная модель энергосистемы с установленным ФПУв программном пакете Matlab&SimulinkПараметры СТ и ШТ приведены в таблице 1.4.

Также следует отметить, что в базовоймодели используются идеальные вентили.Таблица 1.4 Параметры имитационной модели СТ и ШТНаименование параметраЗначение параметраСериесный трансформаторНоминальные напряжения:– сетевой обмотки (фазное)22,9 кВ– вентильной обмотки (линейное)19,8 кВТиповая мощность:54000 кВАШунтовой трансформаторНоминальные напряжения:– сетевой обмотки (линейное)110 кВсекций вентильной обмотки (фазное):– первой секции747 В– второй секции1493 В– третьей секции2986 В– четвертой секции5972 ВТиповая мощность:54000 кВААвтором данной диссертационной работы разработана новая имитационная модельсистемы управления, осуществляющая регулирование согласно предложенному алгоритмууправления с переключением ТК в нуле тока с оптимальной последовательностью переключенияфаз.