簡単な 6 パルス高圧直流送電システム (HVDC)

この例では、簡単な 500 MW (250 kV-2 kA) HVDC 送電システムの定常状態および過渡特性を示します。

説明

500 MW (250 kV、2 kA) DC 相互接続を使用して、315 kV、5000 MVA AC ネットワークから電力を送ります。ネットワークは LLR 減衰等価 (60 Hz および第 3 次高調波における 80 度のインピーダンス角) によってシミュレートされます。変圧器と整流器は、それぞれ Universal Transformer ブロックと Universal Bridge ブロックでモデル化されます。コンバーターは、6 パルスの整流器です。変圧器は、0.5 H の平滑リアクトル LsR を介して 300 km の分布定数線路に接続されます。インバーターは、(単方向の導通を強制する) ダイオードと平滑リアクトル LsI に直列に配置された簡単な DC 電圧源によってシミュレートされます。コンバーターに必要な無効電力は、フィルターのセット (C バンクと 5 次、7 次、およびハイパス フィルターによる合計 320 Mvar) によって供給されます。フィルターのトポロジを参照するには、AC フィルター サブシステムを開いてください。回路ブレーカーによって、整流器側に直流送電線の地絡故障を適用しやすくなります。

同期システムに送られる電圧は、2 次バンドパス フィルターによって処理されます。制御システム全体は離散化されます (サンプル時間 = 1/360/64 = 43.4 us)。

整流器の出力の DC 電流は、指令電流と比較されます。PI 制御器は、偏差を 0 に維持しようとし、同期単位で必要な α 点弧角を出力します。電流制御器の入力 3 と 4 を使用すると、制御器のアクションをバイパスして、α 点弧角を付加することができます。

シミュレーション

システムが離散化されることに注目してください (サンプル時間 1/360/64 = 43.4 us)。設定 (サンプル時間 0) は、電力システムの連続積分に変わります。

このシステムは、始動から定常状態までをシミュレーションできるようにプログラムされています。次に、制御器の動的応答を観察するためにステップ入力が指令電流に適用されます。最後に、送電線に DC 地絡故障が適用されます。

シミュレーションを開始し、Scope1 で以下のイベントを観察します。

0 < t < 0.3 秒

トレース 1 は指令電流 (マゼンタ) と測定された Id 電流 (黄色) を示します。指令電流は、0.5 pu (1 kA) に設定されています。DC 電流は 0 から開始し、0.1 秒で定常状態に達します。トレース 2 は、0.5 pu の電流を取得するために必要な α 点弧角を示します (30 度)。

0.3 < t < 0.5 秒

t = 0.3 秒のとき、指令電流は 0.5 pu (1 kA) から定格電流 1pu (2 kA) に増加します。電流制御器は、約 0.1 秒 (6 サイクル) で応答します。α 角は、30 度から 15 度に減少します。

0.5 < t < 0.55 秒

t = 0.5 秒のとき、送電線に DC 地絡故障が適用されます。10 ミリ秒で地絡電流 (トレース 3) が 5 kA に増加し、Id 電流が 2 pu (4 kA) に増加します。次に、高速制御器の動作によって、電流が 1 pu の参照値まで下がります。

0.55 < t < 0.57 秒

t = 0.55 秒のとき、電流制御器の Forced_alpha 入力が高い場合 (1)、α 角が保護システム (これはシミュレーションしていません) によって適用され、165 度になります。その後、整流器はインバーター モードで渡し、送電線に蓄積された電力を 345 kV のネットワークに戻します。その結果、故障を生じさせているアーク電流が急速に減少します。故障は、地絡電流ゼロクロッシングに達した場合、t = 0.555 秒で作成されます。

0.57 < t < 0.8 秒

t = 0.57 秒のとき、制御器は解放され、DC 電流の制御を再開します。定常状態の 1 pu 電流は、t = 0.75 秒のときに達します。

AC および DC 電圧と電流の周波数解析

さらに信号処理を行うために、Scope2 に示される信号は 'psbvdc_str' という名前の変数 (時間付き構造体) に保存されています。これらの信号は、AC 電圧 (入力 1)、AC 電流 (入力 2)、および整流器と平滑リアクトルの送電線側の DC 電圧 (入力 3) です。

Powergui を開き、[FFT Analysis] を選択します。FFT ウィンドウで、構造体 'psbhvdc_str' を選択します。0 - 2000 Hz FFT が、t = 0.8 - 2/60 (記録の最後の 2 サイクル) で開始する 2 サイクル ウィンドウで実行されます。'Iabc' というラベルの入力を選択します。既定の設定では、a 相電流 (信号番号 1) が選択されています。[表示] を押して、AC 電流の周波数スペクトルを観察します。高調波電流 (6 パルス コンバーターに対して 6n+/-1 次、ここで n = 1,2,3, ...) が基本成分のパーセントで表示されます。AC 電圧 (入力 Vabc) を解析した場合、コンバーターによって生成された最も大きな高調波成分 (第 5 次と第 7 次) が第 5 次と第 7 次の高調波成分に調整された 2 つのフィルターで処理されることがわかります。最後に、'Vd VdL (pu)' というラベルの入力を選択して、入力 1 または入力 2 を選択します。DC 成分のパーセントで表された DC 電圧 Vd (整流器側) または VdL (送電線側) の高調波成分が取得されます。