Перевод справки пакета SimPowerSystems программы Matlab / powersysSmall

Подсистема последовательного Compensation1 (компенсатора №1) / фазы А

Подсистема Energy & Gap firing (электропотребления и системы управления искрозащитным устройством)

Подсистема последовательного Compensation1 (компенсатора №1)

Рисунок 2-3: Модуль последовательного компенсатора

101

Модель трехфазного трансформатора учитывающего насыщение

Откройте диалоговое окно 300 MVA 735/230 кВ Transformer (трансформатора) и увидите, что характеристика насыщения ток-поток установлена

[0 0; 0.0012 1.2; 1 1.45] в о.е.

Эти данные — значения тока и потока в точках 1, 2, и 3 из кусочнолинейной аппроксимации кривой потока, показанной на рисунке 2-4.

Рисунок 2-4: Модель трансформатора учитывающего насыщение

Зависимость потока от тока аппроксимирована двумя прямыми (смотри рисунок 2-4). Точка перегиба, начало насыщения — 1.2 о.е. Первая прямая соответствуетхарактеристике намагничивания в линейной области (для потоков меньше 1.2 о.е). Напряжение равное 1о.е. и индуктивный ток намагничивания равный 0.001 / 1 = 0.001 о.е., соответствуют0.1 % потерям реактивной мощности.

102

Основные потери в железе (активные потери мощности) определены сопротивлением намагничивания Rm=1000 о.е., соответствует0.1% потерь при номинальном напряжении.

Наклон характеристики насыщения в насыщаемой области - 0.25 о.е. Здесь происходитсуммирование реактивное сопротивление утечки первичной обмотки трансформатора (L1=0.15 о.е.), и реактивное сопротивление воздушного сердечника трансформатора, приведенного к первичной обмотке трансформатора (0.4 о.е./300 МВА).

Начальные условия потокораспределения и установившееся состояние

Для получения требуемого режима работы вашей системы case1, Вы должны initialize (инициализировать) вашу схему для выбора желаемого потокораспределения. Используйте утилиту load flow (потокораспределение) powergui, чтобы получить 1500 МВтактивной мощности на выходе машины, при напряжении на зажимах 1 о.е. (13.8 кВ).

Откройте powergui. Вменю Tools (инструменты), выберите Load Flow and Machine Initialization (инициализация машин и потокораспределение). Появится новое окно. Вверхнем правом поле написано имя единственной машины, находящейся в вашейсистеме, 6·350·МВА13.8 кВ. Тип шины должен быть PV Generator (PV генератор), и желаемое напряжение должно быть уже установлено на значение по умолчанию (номинальное напряжение 13800 В). Вполе Active Power (активная мощность), введите 1500e6 (1500 МВт) — желаемую выходную мощность. Нажмите на кнопку Execute Load Flow (вычислить потокораспределение). Как только load flow (потокораспределение) рассчитается, векторы AB и BC напряжений двигателя, также как и токи, фазы Аи Вмодифицируются в левом поле. Требуемая механическая мощность управления машиной отображена в ваттах и в о.е, требуемое напряжение возбуждения E отображено в о.е..

Pмех: 1.5159e9 Вт[0.72184 о.е.] E/Uв: 1.0075 о.е.

Обратите внимание на то, что блоки constant (констант), содержащие эти два значения уже связаны с входами Pm и E блока двигателя. Если Вы откроете диалоговое окно двигателя, Вы увидите, что начальные условия (начальное отклонение скорости dw=0; внутренний угол theta, амплитуды токов и их фазы) были автоматически добавлены в последнею строку.

Как только load flow (потокораспределение) рассчитается, Вы можете получить соответствующие напряжения и токи различных шин. Вменю

Tools (инструменты), выберите Steady State Voltages and Currents (устано-

вившиеся значения напряжений и токов). Вы можете наблюдать, например, вектор напряжения фазы Ана шинах B1, B2 и B3, входной ток линии 1 на шине B1.

103

B1/Va: 6.088e5 V; 18.22 градусов B2/Va: 6.223e5 V; 9.26 градусов B3/Va: 6.064e5 V; 2.04 градусов B1/Ia: 1560 A; 30.50 градусов

Активная мощность фазы Ана входе линии 1 равна

Pa =Ua Ia cos(ϕa )= 608.82 кВ 1.562кА cos(30.50 −18.22)= 464 МВт

Общая активная мощность для этих трех фаз равна 464·3=1392 МВт.

Переходной процесс короткого замыкания в линии

Для уменьшения времени моделирования, Вам надо discretize (дискретизировать) вашу электрическую схему. Обратите внимание на то, что, ваша система case1 содержитблок Discrete System (дискретная система). Типовое время (sample time) определено в диалоговом окне блока как переменная Ts. Это типовое время Ts также используется в блоке Discrete-Time Integrator (интегратор для дискретного времени) подсистемы Energy & Gap firing (электропотребление и система управления искрозащитным устройством).

Вокне MATLAB определяютпеременную

Ts=50e-6;

Проверьте, что параметры моделирования установлены следующим образом.

Stop time (время остановки моделирования): 0.2;

Solver options Type (опции решающего устройства): Fixed-step; discrete (no continuous state);

Fixed step size (фиксированный размер шага): Ts;

Фазное короткое замыкание на Линии 1

Проверьте, что блок короткого замыкания запрограммирован для line-to- ground (фазного) короткого замыкания по фазе A. Запустите моделирование, и смотрите на кривые на трех scopes (измерителях). Эти кривые представлены на рисунке 2-5.

104

Моделирование начинается для установившегося режима. Впервом периоде t=1, происходитline-to-ground (фазное) короткое замыкание, и ток короткого замыкания достигает10 кА(график 3). Втечение короткого замыкания, ток MOV (график 5) и энергия, рассеянная в MOV, (график 6), с каждым полупериодом, увеличиваются к 13 МДж. На t=5 периоде реле защиты линии сработают, и выключатели CB1 и CB2 разомкнуться (см. три линейных тока на графике 2), электропотребление при этом, останется постоянной равной 13 МДж. Поскольку максимальное электропотребление не превышаетпорог в 30 МДж, искрозащитное устройство не срабатывает. При отключении выключателя, ток короткого замыкания снижается к маленькому значению, и последовательные конденсаторы начинаютразряжаться через закороченный участок схемы, реактивное сопротивление шунтируется. Ток короткого замыкания гасится в первом прохождении через нуль после того, как замкнулсявыключатель короткого замыкания (период t=6). Тогда последовательный конденсатор остановитразряжаться, и его разность потенциалов останется на значении около 220 кВ(график 4).

Трехфазное короткое замыкание на Линии 1

Откройте диалоговое окно блока 3-Phase Fault (трехфазный короткозамыкатель). Отметьте галочками Phase B Fault (замыкание фазы В) и Phase С Fault (замыкание фазы С), так, чтобы Вы теперь имели трехфазное короткое замыкание.

Перезапустите моделирование. Кривые показаны на рисунке 2-6.

106

Обратите внимание на то, что в течение короткого замыкания энергия, рассеянная в MOV (график 6) растетбыстрее, чем в случае однофазного короткого замыкания. Энергия достигаетпорогового уровня в 30 МДж после трех периодов, до одного периода перед размыканием выключателей линии. Врезультате, срабатываетискрозащитное устройство и конденсатор (график 4) быстро разряжается до нуля, через схему демпфирования.

Частотный анализ

Одна специфическая характеристика последовательных компенсаторов систем — существование квазисинхронных режимов (полюса и нули полного сопротивления системы ниже фундаментальной частоты). Могутпроисходить опасные резонансы, если механические периодические режимы валов гидротурбины / генератора находятся около нолей полного сопротивления устройства. Также, высокие квазисинхронные напряжения из-за полюсов полного сопротивления в квазисинхронных частотах будутвозбуждать трансформаторы до насыщения. Насыщение трансформатора из-за квазисинхронных напряжений иллюстрировано в конце этого показательного примера. Увеличение вращающего момента тепловой машины иллюстрировано на другом примере (см. файл psbthermal.mdl).

Теперь измерьте полное сопротивление положительной последовательности против частоты, замеченной на шине B2.

Мы уже объяснили в разделе 2, главы «Обучающая программа», как блок Impedance Measurement (измеритель полного сопротивления) позволяет Вам вычислять полное сопротивление линейной цепи по ее модели statespace (состояние-пространство). Однако вашасистема case1 содержитнесколько нелинейных блоков (машина и трансформатор, учитывающий насыщение). Если Вы подключите блок Impedance Measurement (измеритель полного сопротивления) к вашейсистеме, все нелинейные блоки будутигнорироваться. Это правильно для трансформатора, но Вы получили бы полное сопротивление системы с отключенным двигателем. Поэтому перед измерением полного сопротивления, Вы должны заменить блок двигателя эквивалентным линейным блоком, имеющим то же самоеполное сопротивление.

Удалите блок Simplified Synchronous Machine (упрощенная синхронная машина) из вашей схемы case1, изамените его блоком Inductive source with neutral (индуктивный источник с нейтралью) из трехфазной библиотеки powerlib_extras. Откройте диалоговое окно блока, и установите такие параметры, чтобы получить то же самоезначение полного сопротивления (L=0.22 о.е. / (6·350 МВА) Quality factor (качественный коэффициент)=15) следующим образом.

Voltage magnitude (V):13.8e3/sqrt (3) ·sqrt (2)

Phase angle: 0 Frequency (Hz): 60

Source resistance (Ohms): 13.8^2/ (6·350) ·0.22/15 Source inductance (H): 13.8^2/ (6·350) ·0.22/ (2·pi·60)

108

Сохраните вашу измененную схему под именем case1Zf.

Откройте библиотеку Measurements (измерений) powerlib, и скопируйте блок Impedance Measurement (измеритель полного сопротивления) в вашу модель. Этотблок содержитисточник тока и измеритель напряжения, которые будутиспользоваться, для измерения полного сопротивления. Подключите два входа этого блока между фазой Аи фазой B шины B2. Измерение полного сопротивления между двумя фазами даетдвойную положительную последовательность полного сопротивления. Поэтому Вы должны установить коэффициент1/2 в блокеImpedance Measurement (измеритель полного сопротивления), чтобы получить правильное значение полного сопротивления. Откройте диалоговое окно блока Impedance Measurement (измеритель полного сопротивления), и установите Multiplication factor (коэффициентумножения) — 0.5.

Теперь откройте powergui. Вменю Tools (инструменты) выберете Impedance vs Frequency Measurement (полное сопротивление в функции измеренной частоты). Откроется новое окно, показывая имя вашего блока измеритель полного сопротивления. Заполните диапазон частоты, напечатав 0:500. Выберите линейные масштабы, чтобы отобразить график амплитуды в функции частоты. Отметьте галочкой кнопку Save data to workspace (сохранить данные в рабочее пространство), и введите имя переменной - Zcase1, которое будетсодержать полное сопротивление в функции частоты. Нажмите на кнопку Display.

Когда вычисление закончится, появится график амплитуды и фазы в функции частоты. Если Вы отметили галочку сохранить данные в рабочее пространство, то Вы будите иметь переменную в рабочем пространстве по имени Zcase1. Это матрица, имеющая два столбца, содержащая частоту в столбце 1 и комплекс полного сопротивления в столбце 2.

Полное сопротивление в функции частоты (амплитуда и фаза) показаны на рисунке 2-7.

109