Моделирование TCR нагрузки

Раздел 2: Основы силовой электроники

В этом разделе вы будете:

1) Изучите, как использовать компоненты силовой электроники;

2) Изучите, как использовать трансформаторы;

3) Изменять начальные условия схемы.

Энергосистема Blockset была разработана, чтобы моделировать устройства силовой электроники. В этом разделе, вы будете строить просту схему на тиристорах.

Взгляните на схему представленную на рисунке 1-8. На ней представлен статический переменный однофазный трансформатор (SVC), использующий 735 кВ сеть электропередач. К вторичной обмотке трансформатора 735кВ/16 кВ, подключены параллельно две переменные реактивные нагрузки: одна — реактор с тиристорным управлением (TCR ветвью) и другая — конденсатор с тиристорным управлением (TSC ветвью).

Параметры трансформатора: Номинальная мощность 110 МВА. Первичная обмотка: номинальное напряжение 424.4 кВ (среднеквадратическое); Реактивное сопротивление утечки =0.15 о.е.; Сопротивление =0.002 о.е.; Вторичная обмотка: номинальное напряжение 16 кВ (среднеквадратическое); Реактивное сопротивление утечки =0 о.е.; Сопротивление =0.002 о.е. Параметры тиристоров: Ron = 1 мОм; Vf=14•0.8 В (14 тиристоров последовательно). Параметры демпфирующей цепочки: Rs = 500 Ом, Cs = 0.15 мФ.

Рисунок 1-8: Статический переменный однофазный TCR/TSC трансформатор.

Обе нагрузки и TCR, и TSC управляются вентилем, состоящим из двух ветвей с тиристорами, соединенных встречно-параллельно. RC демпфирующие цепочки соединены параллельно для каждого вентиля. TSC ветвь переключается, обеспечивая дискретное изменение SVC емкостного тока. Ветвь TCR является управляемой фазой для того, чтобы получить непрерывное изменение реактивной составляющей тока SV C цепи.

Теперь вы будете строить две схемы, иллюстрирующие работу TCR и TSC нагрузок.

Моделирование TCR нагрузки

1. Откройте новое окно, и сохраните его как circuit3;

2. Откройте библиотеку Power Electronics (силовой электроники), и скопируйте оттуда блок Thyristor (тиристор) в вашу модель circuit3;

3. Откройте меню Thyristor (тиристора), и установите параметры следующим образом: (Ron=1e-3; Lon=0; Vf=14·0.8; Rs=500; Cs=0.15e-6). Обратите внимание на то, что параметры демпфирующей цепочки задаются прямо в диалоговом окне Thyristor (тиристора);

4. Переименуйте этот блок в Th1, и скопируйте его;

5. Подключите этот новый тирис тор Th2 встречно-параллельно с Th1 так, как показано на Рисунке 1-9. Поскольку схема демпфирующей цепочки уже была определена в Th1, демпфирующую цепочку Th2 надо удалить.

6. Откройте диалоговое окно Th2, и установите параметры для демпфирующей цепочки Rs = Inf; Cs=0; Обратите внимание на то, что демпфирующая цепочка исчезнет на значке Th2;

Линейный трансформатор расположен в библиотеке Elements (элементов). Скопируйте его, переименуйте его как TrA, и откройте его диалоговое окно. Установите ее номинальную мощность, частоту, и параметры обмоток (1 обмотка = первичная обмотка; 2 обмотка = вторичная обмотка) так, как показано на рисунке 1-8.

Обратите внимание на то, что реактивное сопротивление рассеяния и сопротивление каждой обмотки должны быть определены непосредственно в относительных единицах. Так как нет никакой третьей обмотки, напечатайте 0 в поле, соответствующей обмотке 3. Обратите внимание на то, что третья обмотка исчезнет на блоке TrA.

Наконец, установите параметры ветви намагничивания Rm и Xm в [500,500]. Эти значения соответствуют 0.2 % активным и индуктивным токам как определено на рисунке 1-8.

Добавьте источник напряжения, последовательные RL элементы и блок заземления. Установите их параметры как показано на рисунке 1-8. Добавьте измеритель тока, чтобы измерить ток в первичной цепи. Используя соответствующие соединительные шины, вы должны построить схему, показанную на рисунке 1-9.

Обратите внимание на то, что блоки тиристоров имеют выход с названием m. В этот выход Simulink передает сигнал в форме вектора, содержащий ток тиристора (Iak) и его напряжение (Vak). Соедините блок Demux (демультиплексор) с двумя выводами с выходом Th1. Потом подключите два вывода демультиплексора с блокомscope (осциллограф) с двумя входами, затем переименуйте его на Scope_Th1. (Чтобы создавать второй вход к вашему осциллографу, в меню Scope properties/General, установите в поле Number of axes (число осей) — 2). Назовите две линии подключения Ith1 и Vth1. Эти обозначения будут автоматически отображены сверху каждой линии.

Теперь вы можете смоделировать synchronized pulse generators (синхронные пульсирующие генераторы), которые запускают (включают/выключают) тиристоры Th1 и Th2. Скопируйте два Simulink pulse generators (синхронных пульсирующих Simulink генераторов) в вашу систему, назовите их Pulse1 и Pulse2, и соедините их с управляющими выводами Th1 и Th2.

Теперь вы должны определить синхронизацию импульсов для Th1 и Th2. На каждом периоде должен быть послан импульс каждому тиристору, через α градусов после пересечения нуля коммутационного напряжения тиристора. Установите параметры для pulse1 и pulse2 следующим образом.

Период: 1/60 s

Рабочий цикл: 1 % (3.6 градуса импульса)

Амплитуда:1

Начальное время: 1/60+T для Pulse1; 1/60+1/120+T для Pulse2

Импульсы, подаваемые на Th1, отстают на 180 градусов относительно, импульсов подаваемых на Th2. Задержка T используется, чтобы определить угол коммутации. Чтобы получать угол коммутации α=120, задайте T в рабочем пространстве, напечатав

T=1/60/3;

Теперь откройте меню Simulation/Parameters (моделирование/параметры). Выберите алгоритм интегрирования — ode23tb. Оставьте заданные по умолчанию параметры, но установите relative tolerance (относительную погрешность) — 1e-4 и stop time (время остановки счета) 0.1. Запустите моделирование. Результаты моделирования представлены нарисунке 1-10.

Примечание. Также вы могли выбирать discretize (дискретизацию) вашей системы. Попробуйте, например, при sample time (типовом времени) равном 50 мс.

Результаты моделирования должны неплохо повторять результаты, полученные для непрерывной системы.