Gelişmiş ileri beslemeli birleşik güç akışı denetleyicisine dayalı güç koordineli kontrol
Birleşik Güç Akışı Kontrolörü (UPFC) şu anda en gelişmiş esnek AC iletim teknolojisidir.İletim hattının güç akışının esnek kontrolü, hat empedansını değiştirme, iletim kapasitesini geliştirme ve şebekenin eşzamansız rezonansını bastırma gibi çok sayıda işlevi vardır. Akademisyenler tarafından kapsamlı araştırma.
UPFC sistemi, bir DC kondansatör aracılığıyla bağlanan bir seri yan dönüştürücü ve bir paralel taraflı dönüştürücüden oluşur. Güç akışı kontrolünü gerçekleştirirken, gönderen uç AC bara voltajını ve ara DC kapasitör voltajını sabit tutmak gerekir, aksi takdirde sistem performansının düşmesine ve hatta korumanın kapanmasına neden olur. Literatür, UPFC güç akış kontrolü sırasında güç dengesini analiz etmekte ve paralel ve seri taraflardaki aktif ve reaktif gücün dengesizliği nedeniyle kontrol sürecinde aşırı gerilim oluşacağına işaret etmektedir.Paralel yan dönüştürücülerin ve değişim serilerinin reaktif güç kontrol fonksiyonunun iyileştirilmesi için önerilmiştir. Güç akışı kontrol hızı. Literatür, şu anda yaygın olarak UPFC kullanılmaktadır, bu kontrol, kontrol etkisini iyileştirmek için paralel dönüştürücü kontrol döngüsünün üzerine bindirilen ileri besleme olarak seri taraf dönüştürücü aktif güç ve reaktif güç akışı ayar değerlerini kullanır. Ancak ileri besleme yöntemi, denetleyici gecikmesinin etkisini dikkate almaz. UPFC'de seri ve paralel taraf dönüştürücülerin aktif ve reaktif güçleri arasındaki etkileşimin literatür ve ayrıntılı analizi. Literatür esas olarak kontrol kuplajının derecesinin kantitatif ifadesine odaklanır ve iyileştirme yöntemlerini içermez Literatürdeki reaktif güç koordineli kontrol, uzak hat terminal voltajının PMU aracılığıyla ölçülmesini gerektirir.
UPFC sisteminin DC kapasitör voltajı ve gönderici uç AC voltajı üzerindeki etkisini iyileştirmek için, bu makale, gelişmiş ileri beslemeyi üst üste getiren ve paralel dönüştürücü kontrol aktif ve reaktif güç kontrol döngülerindeki dinamik süreci azaltan gelişmiş bir güç koordineli kontrol stratejisi önermektedir. DC kapasitör voltajı ve gönderen uç AC voltajının aşırı voltajı. RT-LAB platformunda, UPFC'li yüksek voltajlı güç iletim sisteminin bir döngü içi donanım simülasyon modeli oluşturulur ve sonuçlar bu yöntemin etkinliğini doğrular.
1 UPFC güç dengesi analizi
UPFC sisteminin yapı blok şeması Şekil 1'de gösterildiği gibidir. Bunlar arasında, Vdc kapasitör voltajı, VS ve VR gönderme ve alma uçlarındaki voltaj vektörleridir, V1 ve V2 UPFC bağlantısının her iki ucundaki voltaj vektörleridir, Ps + jQs kaynak çıkış gücü ve Psh + jQsh paralel dönüştürücüdür ve Hat anahtarlama gücü, Pse + jQse, seri dönüştürücü ile hat arasındaki anahtarlama gücüdür, Pline + jQline alınan alıcı güçtür, IS kaynak tarafındaki giriş akımı vektörüdür, Ish paralel dönüştürücü çıkış akımı vektörüdür ve Iline, hat akımı vektörüdür.
UPFC sistemi güç akışı kontrol modunda çalışırken, paralel dönüştürücü tarafında sabit bir dahili DC bara voltajı Vdc ve AC bara voltajı V1'in sabit bir genliğini korumak gerekir. V1'i voltaj referans noktası olarak alın ve d-q koordinat sisteminin d eksenini V1'e, yani v1, q = 0'a yönlendirin. Eşit güçlü dq dönüşümünü kullanarak, kaynak tarafındaki reaktif güç Qs hesaplama formülü şöyledir:
Gönderen uç voltajın VS genellikle sabit bir genliğe sahip olduğu kabul edilir ve reaktif akım, endüktans Ls'de bir voltaj düşüşü üretecektir.Güç akışı değiştiğinde V1 noktasında aynı genliği korumak için, is, q0 sağlanmalıdır. Formül (2) 'ye göre, sadece ish, q olduğunda bilinebilir.
-ise, q is, q0'ı garanti edebilir. Yani, gönderen ucun voltaj genliğini değişmeden korumak için, hattın tüm reaktif gücü UPFC sisteminin paralel tarafı VSC1 tarafından sağlanır.
Ardından, UPFC sisteminin aktif güç dengesini analiz edin. Seri ve paralel yan dönüştürücülerin reaktif gücü DC kondansatör C'den geçmez, sadece çalışma gücü kondansatör C aracılığıyla değiştirilir. UPFC'nin dahili kaybını göz ardı ederek, DC kondansatör voltajının denklemi:
Denklemden (3), DC bara kapasitör gerilimini sabit tutmak için, paralel dönüştürücünün çıkış aktif gücü Psh'nin seri taraf dönüştürücünün giriş aktif gücü Pse'ye eşit olması gerektiğini, aksi takdirde DC kapasitör geriliminin dalgalanacağını bilmek kolaydır.
2 Önerilen gelişmiş aktif / reaktif güç koordineli kontrol stratejisi
UPFC sisteminin güç koordineli kontrolü paralel taraf dönüştürücü kontrolü ile gerçekleştirilir Geleneksel güç koordineli kontrol yöntemi Şekil 2'de gösterilmektedir. Kontrol stratejisi, çift döngülü bir kontrol yapısıdır Dış döngü, DC kapasitör voltajı dış döngüsü ve gönderici uç AC voltajı dış döngüsü ve iç döngü, çapraz bağlanmış indüktör akımı iç döngüdür.
Konvansiyonel koordineli kontrol yöntemi, ileri besleme olarak dönüştürülecek ve DC voltaj kontrol hızını hızlandırmak için indüktör akımı d ekseninin referans değeri olarak DC voltaj dış döngü PI kontrolörünün çıkışı ile üst üste bindirilecek seri tarafı DC akım idc'yi 1 kullanır. Benzer şekilde, hat reaktif güç akışının referans değeri dönüşümü ileri besleme miktarı olarak kullanılır ve gönderen uç voltajın dış döngü PI kontrol çıkışının çıkışı, endüktör akımı q ekseninin referans değeri olarak üst üste bindirilir, bu da gönderen uç voltajın kontrol hızını hızlandırır. Son olarak, dönüştürücünün üç fazlı tahrik sinyali Ssh (a, b, c) elde edilir.
Bununla birlikte, ileri besleme yöntemi, PI denetleyici gecikmesinin ve endüktansın etkilerini göz ardı eder ve akımı gerçek zamanlı olarak telafi edemez ve güç koordinasyonunun kontrol etkisini azaltır.
Şekil 1 ve Şekil 2 ile birleştirildiğinde, indüktör akımının aktif kontrol döngüsü ve reaktif güç kontrol döngüsünün transfer fonksiyonu blok diyagramları sırasıyla Şekil 3 (a) ve Şekil 3 (b) 'de gösterilmektedir.
Aktif kontrol döngüsünün ileri beslemesini analiz ederken, ileri besleme noktası d'den kapasitör akım noktası c'ye transfer işlevi:
Formülde kiP ve kiI, sırasıyla paralel taraftaki VSC indüktör akımının iç döngüsünün orantılı ve integral katsayılarıdır.
Denklemden (4), sadece endüktans Lsh yeterince küçük olduğunda ve PI kontrolör kazancı yeterince büyük olduğunda, transfer fonksiyonunun birim ileri besleme olarak yaklaştırılabileceği görülebilir. Aslında, mevcut filtreleme gereksinimleri nedeniyle, Lsh yeterince küçük olamaz ve PI denetleyicisinin kazancı, kontrol kararlılığının etkisi nedeniyle yeterince büyük olamaz. Bu nedenle, bu koordineli kontrol benimsendiğinde, birim ileri besleme gerçekleştirilemez. Yani, kontrolör kazancı ve endüktanstan etkilenen idc2 idc1 takibinde belirli bir gecikme olur ve bu gecikme DC kapasitör voltajının dalgalanmasına neden olur. Bu amaçla, bu makale, Şekil 3 (a) 'da noktalı çizgi ile gösterildiği gibi, gelişmiş bir aktif güç ileri besleme kontrol stratejisinin benimsenmesini önermektedir. Bu yöntem, PI denetleyicisinin etkisini önlemek için ileri besleme noktasını gerilim düğümüne b hareket ettirir Ek olarak, endüktansın ileri besleme üzerindeki etkisini azaltmak için endüktans ve diferansiyel s eklenir.
Bu yazıda ileri besleme yönteminin d noktasından c'ye aktarım işlevi:
İyileştirilmiş aktif ileri beslemeye benzer şekilde, birim geri beslemesini gerçekleştirmek için paralel endüktans ve diferansiyel terim s eklenir ve ileri besleme noktası a noktasından b noktasına geri itilir.
3 RT-LAB donanım içinde döngü simülasyon analizi
Topoloji olarak Şekil 4 kullanılarak bu yazıda yöntemin etkinliğini doğrulamak için laboratuvardaki mevcut RT_LAB platformu üzerine 500 kV yüksek gerilim güç iletim sistemi simülasyon modeli oluşturulmuştur. Şekil 4'teki jeneratör modelinin referans modeli olan G1 ve G2 jeneratörleri, IEEE TYPE ST1A uyarma sistemi dahil olmak üzere buhar türbinleri tarafından tahrik edilmektedir, G1 ve G2 jeneratörlerinin anma gücü 1000 MW, G1 için verilen aktif çıkış 500 MW ve G2 verilmiştir. Ayarlanan aktif çıkış 900 MW'tır. Gevşeme düğümü, empedanslı üç fazlı bir voltaj kaynağı ile değiştirilir. Seri tarafı VSC, literatürdeki çapraz ayırma kontrol yöntemini benimser.
Sistem başlangıçta çalışırken, UPFC sistemi baypas durumundadır ve hat akışını kontrol etmez. Sistemin ilk enerji akışı: Jeneratör G1 aktif gücü 499 MW, reaktif güç 29 MVar; jeneratör G2 aktif gücü 899 MW, reaktif güç 92 MVar; L1 hattından akan aktif güç -95 MW (akış yönü) G1), reaktif güç 27 MW, hat L2'den (UPFC şubesi) geçen aktif güç 589 MW ve reaktif güç -27 MVar'dır.
Tasarım güç akışı kontrolünün iki simülasyon senaryosu ve üç fazlı arıza, bu yazıda önerilen kontrol yöntemini doğrular.
3.1 Trend kontrol senaryosu
Verilen güç akışı kontrol senaryosu şudur: UPFC, L2 hattından akan güç akışını değiştirmek için 7 sn'de güç akışı kontrolü gerçekleştirir Pline = 598 MW, Qline = -7 MVar olarak ayarlayın, yani orijinal güç akışına 100 MW aktif güç ve 20 MVar reaktif güç ekleyin. . 15 sn'de, ilk güç akışı durumunu geri yüklemek için Pline = 498 MW ve Qline = -27 MVar'a sıfırlayın. Anahtar simülasyon dalga formu Şekil 5'te gösterilmektedir. Bunlar arasında Şekil 5 (a), L2 hattının aktif gücüdür; Şekil 5 (b), hattın reaktif gücüdür (noktalı çizgi referans değerdir ve rampa dalgası ile verilmiştir); Şekil 5 (c) 'deki düz çizgi, UPFC paralel VSC'nin aktif gücüdür. Güç, kesik çizgi reaktif güçtür; Şekil 5 (d) 'deki düz çizgi UPFC serisi VSC'nin aktif gücüdür ve kesikli çizgi reaktif güçtür.
Şekil 5 (a) ve Şekil 5 (b) 'den görülebileceği gibi, bu belgedeki kontrol yöntemi hat güç akışını etkili bir şekilde kontrol edebilir ve belirli bir değeri izlemek için hat çıkış gücünü ayarlayabilir. Şekil 5 (c) ve Şekil 5 (d) 'deki aktif güç eğrileri karşılaştırıldığında, seri-taraf dönüştürücünün çıkış aktif gücünün, paralel-yan dönüştürücünün aktif güç eğrisi ile temelde aynı olduğu görülebilir. Şekil 5 (b) ve Şekil 5 (c) 'deki reaktif güç eğrileri karşılaştırıldığında, hat değişiminin reaktif gücünün temelde paralel-taraf dönüştürücünün çıkış reaktif gücü ile aynı olduğu görülebilir. Bu, Bölüm 1'deki UPFC sistemi aktif ve reaktif güç dengesinin analizini doğrular.
Bu makaledeki yöntemi geleneksel koordineli kontrol yöntemiyle karşılaştırarak, UPFC'nin paralel tarafındaki DC bara voltajı ve AC voltajının eğrileri Şekil 6'da gösterilmektedir. Şekil 6'daki noktalı çizgi, geleneksel koordineli kontrol yöntemidir ve düz çizgi, bu makaledeki geliştirilmiş yöntemdir.
Şekil 6'dan, geleneksel koordineli kontrol yöntemi ile karşılaştırıldığında, güç akışı değiştiğinde, bu yöntemin DC bara geriliminin aşırı geriliminin önemli ölçüde azaldığı görülebilir. Konvansiyonel koordineli kontrol kullanılırken, DC barasının maksimum aşırı gerilimi 1 kV'a yakındır, bu yazıda yöntemin aşırı gerilimi 0,5 kV'a düşürülür. Benzer şekilde, UPFC'nin paralel tarafındaki AC veri yolunun aşırı gerilimi, 20 kV'den 10 kV'nin altına, önemli ölçüde iyileştirilmiştir. Bununla birlikte, bu yazıda yöntemde diferansiyel kontrolün tanıtılması nedeniyle, ayarlama sürecinde hafif bir hızlı dalgalanma bileşeni vardır.
3.2 Üç fazlı arıza senaryosu
Şekil 4'teki arıza noktasında gösterilen yerde üç fazlı bir kısa devre arızası ayarlanmıştır, kısa devre başlama zamanı 10 sn ve kısa devre süresi 20 ms'dir. Bu yazıda yöntemin simülasyon dalga formu Şekil 7'de gösterilmektedir ve şekil düzenlemesi Şekil 5 ile tutarlıdır.
Şekil 7'den, arıza süresi boyunca, kısa devre arızası nedeniyle UPFC hattının iletim ucundaki gerilimin hızla düştüğü, dolayısıyla L2 hattının çıkış aktif gücünün hızla sıfıra yakın düştüğü ve reaktif gücün geniş bir salınım aralığına sahip olduğu görülebilir. Hat voltajından etkilenen (gönderici uç voltaj da Şekil 7 (b) 'de gösterildiği gibi büyük ölçüde dalgalanır), paralel taraf VSC'nin aktif ve reaktif gücü de buna göre salınım yapar. Seri taraftaki aktif ve reaktif güç, enjekte edilen seri voltajın küçük bir genliğine sahip olduğundan, dalgalanma genliği küçüktür ve açık değildir. Arıza giderildikten sonra, zayıflatılmış salınımdan sonra sistem sabit bir duruma geri döner.
Benzer şekilde, geleneksel koordineli kontrol yöntemi ile bu makaledeki yöntem karşılaştırılarak, DC bara geriliminin dalga biçimleri ve arıza sırasında UPFC'nin paralel tarafındaki gerilim Şekil 8'de gösterilmiştir. Grafik düzenleme Şekil 6 ile uyumludur. Kesik çizgi geleneksel kontrol yöntemidir ve düz çizgi bu makalenin iyileştirmesidir. yöntem.
Şekil 8'den görülebileceği gibi, bu yazıda koordineli kontrol yönteminin daha hızlı koordine edilmiş kontrol etkisi nedeniyle, DC bara geriliminin düşme derinliği ve paralel taraf terminal geriliminin arıza sırasında belirli bir ölçüde azaldığı; arıza kurtarma döneminde ise DC bara gerilimi ve paralel yan terminal geriliminin Daha küçük bir aşırı voltajla, hata kurtarma hızı belirli bir ölçüde iyileştirilir.
4. Sonuç
Bu makale, güç akışı kontrolü sırasında UPFC sisteminin aktif ve reaktif güç dengesini analiz eder ve gelişmiş bir güç koordineli kontrol stratejisi önerir.Gelişmiş ileri besleme, ünitenin ileri beslemesini sağlamak ve sistemin dinamik sürecindeki dengesiz gücü hızla bastırmak için tasarlanmıştır. RT_LAB'ye dayalı simülasyon sonuçları, güç akışı kontrolünde, bu makaledeki gelişmiş koordineli kontrolün, gönderen uç AC bara voltajının ve DC bara voltajının aşırı voltajını etkili bir şekilde azaltabileceğini göstermektedir.Arıza senaryosunda, hatadan etkilenen voltaj düşüşü bir dereceye kadar azaltılmıştır. , Arıza kurtarma hızını hızlandırın.
Bununla birlikte, bu makaledeki geliştirilmiş koordineli kontrol stratejisi sadece paralel-taraf dönüştürücü kontrol yöntemidir ve seri-taraf dönüştürücü kontrolünü içermez.Gelecekte ilgili yönler üzerinde daha fazla araştırma çalışması yapılacaktır.
Referanslar
PANDEY R, KORI AK K. Bir iletim hattına bağlı esnek ac iletim sistemi kullanarak gerçek ve reaktif güç akışı kontrolü: güç enjeksiyon konsepti International Journal of Advanced Research in Computer Engineering and Technology, 2012, 1 (6): 252-256 .
Wang Haiqian, Yang Lin, Dou Fei ve diğerleri. Birleşik güç akışı denetleyicisinin (UPFC) eş zamanlı salınım ve bastırma stratejisi üzerindeki etkisi.Elektrik Ölçümü ve Enstrümantasyon, 2016, 53 (15): 33-38.
Wang Jinxing, Liu Qing. UPFC'nin büyük güç şebekelerinin yeni enerji sistemine bağlanması için entegre iletim kontrol teknolojisi.Elektrik Ölçümü ve Enstrümantasyon, 2018, 55 (14): 51-57.
MALHOTRA U, GOKARAJU R. UPFC uygulaması için bir eklenti otomatik ayarlı kontrol sistemi.Endüstriyel Elektronik üzerine IEEE İşlemleri, 2014, 61 (5): 2378-2388.
LIU L, ZHU P, KANG Y, ve diğerleri.Yeni bir kontrol şemasında birleşik bir güç akışı kontrolörünün güç akışı kontrol performans analizi.Güç Tesliminde IEEE İşlemleri, 2007, 22 (3): 1613-1619.
KANNAN S, JAYARAM S, SALAMA M M A. Birleşik bir güç akışı kontrolörü için gerçek ve reaktif güç koordinasyonu Güç Sistemleri IEEE İşlemleri, 2004, 19 (3): 1454-1461.
Zhao Feng, Zhao Yuxin, Yan Hong.Birleşik güç akışı denetleyicisinin güç ayırma kontrol stratejisi üzerine araştırma.Elektrik Ölçümü ve Enstrümantasyon, 2014, 51 (7): 39-44.
Ma Peng, Liu Qing, Zou Jiaping, ve diğerleri.UPFC aktif güç kontrolünün neden olduğu etkileşimli etkiler üzerine araştırma.Elektrik Gücü Otomasyon Ekipmanı, 2017, 37 (1): 176-181.
Liu Qing, Ma Peng, Zou Jiaping. UPFC reaktif güç akışı kontrolünün neden olduğu olumsuz etkileşime çözümler. Güç Sistemi Koruma ve Kontrolü, 2016, 44 (6): 76-81.
Zhong Cheng, Wei Lai, Yan Qiangui. Mod değiştirmeye dayalı sabit mıknatıslı senkron rüzgar türbininin kontrol stratejisi yoluyla düşük voltajlı sürüş.Elektrik Güç Yapımı, 2016, 37 (12): 68-73.
yazar bilgileri:
Xu Yunfei1, Zhang Haining1, Zhong Cheng2, Li Yingchao1, Liu Hongyang1
(1. State Grid Mongolia Eastern Electric Power Co., Ltd. Ekonomik ve Teknik Araştırma Enstitüsü, Hohhot 010020, İç Moğolistan;
2. Elektrik Mühendisliği Okulu, Kuzeydoğu Dianli Üniversitesi, Jilin Jilin 132012)
