サイリスタ制御直列コンデンサ (TCSC)

この例では、サイリスタ制御直列コンデンサ (TCSC) のテストシステムを示します。

Dragan Jovcic (University of Aberdeen, Scotland, UK)

説明

TCSC は、送電効率を高めるために、500 kV の長距離伝送線路に配置されます。TCSC なしの電力伝送はおよそ 110 MW で、これは、TCSC がバイパスされる最初の 0.5 秒のシミュレーションで観察されます。TCSC は、相ごとに固定コンデンサ 1 つと並列サイリスタ制御リアクター (TCR) 1 つから構成されています。ノミナル補償は 75% で、すなわち、コンデンサ (点弧角 90°) だけが想定されています。TCSC の自然発振周波数は 163 Hz で、これは基本周波数の 2.7 倍です。テストシステムは [1] に記述されています。

TCSC は容量性モードまたは誘導性モードでの動作が可能ですが、後者は実際にはあまり使用されません。この TCSC では共振が点弧角約 58°で発生するため、点弧角 49°～ 69°の範囲では操作が禁じられています。システム全体 (線路インピーダンスを含むとき) の共振は 67°あたりで起こることに注意してください。容量性モードは 69 ～ 90°の点弧角で実現します。インピーダンスは 90°で最低となります。したがって、電力伝送は点弧角が小さくなると増加します。容量性モードでは、インピーダンス値の範囲はおよそ 120 ～ 136 Ω となります。この範囲は、490 ～ 830 MW の電力伝送範囲 (100% ～ 110% の補償) と概ね対応します。補償のない線路での 110 MW の電力伝送と比較すると、TCSC では電力伝送レベルが著しく改善されています。

操作モード (誘導性/容量性/手動) を変更するには、コントロールブロックダイアログの切り替えスイッチを使用します。誘導性モードは 0 ～ 49°の点弧角に対応し、インピーダンスは 0°で最低となります。誘導性操作モードではインピーダンスの範囲は 19 ～ 60 Ω で、これは、電力伝送レベルの 100 ～ 85 MW の範囲に対応します。誘導性モードでは、線路上の電力伝送が減少します。一定の点弧角を適用することも可能で、上記と同じ制限が該当します。

TCSC コントロール

TCSC が一定インピーダンスモードで動作する際は、TCSC インピーダンスの計算に電圧と電流のフィードバックを使用します。指令インピーダンスは間接的に電力レベルを決定しますが、自動電力コントロールモードを導入することも可能です。

各動作モードで別々の PI コントローラーが使用されます。容量性モードではまた、位相進み補償器も使用されます。各コントローラーにはさらに、広範な動作範囲でパフォーマンスを改善するために、適応制御ループが含まれています。コントローラーのゲインスケジュールは、インピーダンスの変化を原因とする、システムにおけるゲインの変化を補償します。

点弧回路では、線電流と同期するために 3 つの単相 PLL ユニットを使用します。線電圧ではなく線電流が同期に使用されますが、これは、動作中に TCSC 電圧が大幅に変化する場合があるからです。

シミュレーション

シミュレーションを実行し、main variables と名前が付けられた Scope ブロックで波形を観察します。TCSC は容量性インピーダンス制御モードで、指令インピーダンスは 128 Ω に設定されています。最初の 0.5 秒間、TCSC は回路ブレーカーを使用してバイパスされ、電力伝送は 110 MW です。0.5 秒で TCSC はインピーダンスを 128 Ω に制御し始め、これによって電力伝送は 610 MW に増加します。切り替えによる線路での外乱を最小限にするため、TCSC は α = 90°で起動することに注意してください。

動的応答

2.5 秒で、指令インピーダンスに 5% の変化が加えられます。応答から、TCSC では指令インピーダンスに追従し、整定時間は約 500 ms であることがわかります。3.3 秒で、電源電圧を 4% 減少し、その後 3.8 秒で 1 p.u. に戻ります。TCSC コントローラーはこうした外乱を補償し、TCSC インピーダンスは一定に保たれることが観察されます。TCSC の応答時間は 200 ms ～ 300 ms です。

メモ: Simulink® Accelerator™ を使用すると、このモデルの実行速度を約 9 倍に加速できます。

参考文献

[1] D.Jovcic, G.N.Pillai "Analytical Modelling of TCSC Dynamics" IEEE® Transactions on Power Delivery, vol 20, Issue 2, April 2005, pp. 1097-1104