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        基于RTDSRTDSS的靜止無功補償控制器仿真研究

        2015-10-11 08:56:00安衛(wèi)東張明廣徐在德
        江西電力 2015年3期
        關(guān)鍵詞:故障

        唐 斌,安衛(wèi)東,張明廣,徐在德

        (1.國網(wǎng)四川省電力公司德陽供電公司,四川 德陽 618000;2.國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院,江西 南昌 330096)

        0 引言

        近年來伴隨工業(yè)的迅速崛起,用電質(zhì)量也越來越受到關(guān)注,各類低壓補償裝置的應(yīng)用越來越廣泛[1-3]。目前該類裝備主要以固定式或投切式電容補償裝置(Fixed capacitor FC)為主??紤]到配網(wǎng)運行工況十分復(fù)雜,由于產(chǎn)品滋生在控制、保護(hù)等策略方面考慮不夠全面,導(dǎo)致技術(shù)比較成熟的固定式或投切式電容FC補償裝置,在實際應(yīng)用中都存在故障率較高的問題[4]。

        采用Matlab/Simulink、PSCAD/EMTDC等純軟件仿真來進(jìn)行裝置的建模與分析,此類仿真結(jié)果過于理想化,只能進(jìn)行理論上的驗證,并不能真實反映裝置的實際運行結(jié)果。實時數(shù)字仿真系統(tǒng)(Real Time Digital Simulator簡稱RTDS)是國際上研制和投入商業(yè)化應(yīng)用最早的數(shù)字實時仿真裝置,被最廣泛采用的電力系統(tǒng)實時仿真裝置[5-7]。實時數(shù)字仿真系統(tǒng)具有電網(wǎng)及其各種狀態(tài)的精確模擬能力和多種輸入輸出接口,能夠在實驗室環(huán)境對電氣設(shè)備進(jìn)行全面的精確的實時動態(tài)的測試[8]。

        1 構(gòu)建FC靜止無功補償裝置的閉環(huán)測試模型

        在RTDS實時數(shù)字仿真環(huán)境中構(gòu)建FC靜止無功補償裝置的運行軟件仿真模型,仿真測試中的物理裝置部分利用了實際裝置中的FC控制器、接觸器、RTDS輸入輸出硬件接口、電壓電流功率放大器,其余部分包括三相電網(wǎng)、無功、諧波負(fù)載及電容器組等均由RTDS軟件模擬。為了對FC控制器閉環(huán)控制系統(tǒng)性能的準(zhǔn)確測試,將低壓電容補償裝置控制器接入RTDS實時數(shù)字仿真系統(tǒng),建立閉環(huán)仿真測試平臺;通過RTDS實時數(shù)字仿真測試平臺對固定電容投切補償裝置控制器進(jìn)行閉環(huán)測試。

        圖1 FC控制保護(hù)RTDS閉環(huán)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

        由圖1可知,測試時RTDS實時數(shù)字仿真裝置通過GTAO(模擬輸出接口)直接向FC控制器提供必要的模擬電壓、電流信號。FC控制器接收信號后進(jìn)行計算處理,輸出接觸器電壓驅(qū)動信號,驅(qū)動接觸器線圈,通過接觸器的空開端子與GTFPI(數(shù)字輸入接口)連接,傳遞給RTDS電容器模型,以此控制電容器的投切,從而逐步逼近FC控制器設(shè)定功率因數(shù)值。

        2 FC實物控制器仿真測試

        根據(jù)配網(wǎng)中常見的FC靜止無功補償裝置,同時此次實驗選用正泰電氣生產(chǎn)的智能型低壓無功功率自動補償控制器,輸入采樣信號為交流電壓(額定220 V)、電流(額定0.1-5 A),接觸器共12組,輸出為接觸器控制信號(額定220 V、額定電流43 A),形成了12對干接點信號。

        FC實物控制器裝置通過功放采樣RTDS模型中的B、C兩相電壓信號及A相電流信號,F(xiàn)C實物控制器裝置輸出的12路干接點信號輸送到RTDS的GTFPI卡。RTDS搭建仿真模型輸出接口信號經(jīng)過功率放大器輸出電流、電壓,通過接口板電壓轉(zhuǎn)化為FC控制器額定采樣電壓。

        根據(jù)配網(wǎng)系統(tǒng)315 kVA變壓器參數(shù)計算,設(shè)置感抗0.06 mH,阻抗0.05Ω。

        3 FC實物控制器仿真測試

        3.1 線性負(fù)荷實驗

        選用阻感負(fù)荷,圖2可知,投入前網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)0.76,F(xiàn)C控制器功率因數(shù)設(shè)置0.97,由于網(wǎng)側(cè)電流因數(shù)低于控制器功率因數(shù)的設(shè)定值,控制器計算采樣電壓、電流之后,發(fā)出動作信號,控制接觸器的動作投入電容,由圖3可知,電容器投切過程中電流有瞬間沖擊,圖4為投入電容器之后的波形,功率因數(shù)達(dá)到設(shè)定值為0.97。

        圖2 投入FC靜止無功補償器前網(wǎng)側(cè)電壓電流波形

        圖3 投入FC靜止無功補償器瞬間網(wǎng)側(cè)電壓電流波形

        圖4 投入FC靜止無功補償器之后網(wǎng)側(cè)電壓電流波形

        3.2 非線性負(fù)荷實驗

        選用不可控整流負(fù)載作為負(fù)荷,由圖5可知該負(fù)荷既含有諧波、無功,補償前功率因數(shù)為0.79,諧波含有量THD=39.231%,補償電容投入后,由圖6為電容器投入之后的波形,電流有瞬間沖擊,功率因數(shù)達(dá)到設(shè)定值0.97,諧波放大,含有量高達(dá)THD=51.453%。

        圖5 投入FC靜止無功補償器前網(wǎng)側(cè)電壓電流波形

        圖6 投入FC靜止無功補償器瞬間網(wǎng)側(cè)電壓電流波形

        3.3 電網(wǎng)故障實驗

        網(wǎng)側(cè)AC相間發(fā)生故障,通過此模型設(shè)置相間短路故障1個電網(wǎng)周期的時間,B相電壓、電流均正常,由圖7可知A、C電壓拉低,電流瞬間拉高,由圖8可知電容器電流峰值接近于250A,F(xiàn)C控制器沒有發(fā)出保護(hù)信號。

        圖7 AC相間故障三相電壓電流線

        圖8 AC相間故障電容電流線

        網(wǎng)側(cè)三相對地故障,通過此模型設(shè)置了三相對地短路故障1個電網(wǎng)周期的時間,由圖9可知三相電壓瞬間跌落,由圖10可知電容器電流峰值接近于100 A,F(xiàn)C控制器未發(fā)出保護(hù)信號。

        圖9 三相對地短路故障電壓電流線

        圖10 三相對地故障電容電流

        基于RTDS的實物FC控制器仿真測試實驗:1)線性負(fù)荷仿真實驗。2)非線性負(fù)荷仿真實驗。3)電網(wǎng)故障仿真實驗,通過仿真實驗證明與在電容器的投切瞬間均有沖擊電流,同時對現(xiàn)場難以模擬的電網(wǎng)故障情況進(jìn)行仿真實驗,通過仿真可以看出當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障時,電容器的電流具有瞬間較大的沖擊,F(xiàn)C靜止無功補償裝置并未及時切除,由此分析配電臺區(qū)電容器故障率較高的原因為諧波較大或者沖擊性負(fù)荷造成電容器頻繁投切造成。

        4 結(jié)語

        在配網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)FC固定投切電容裝置在某些低壓配電臺區(qū)故障率較高,為了查找原因,本文通過RTDS實時數(shù)字仿真及現(xiàn)場實驗驗證方法進(jìn)行了深入的研究。通過多種配電臺區(qū)多種工況的仿真分析,得出來了配電臺區(qū)電容器補償裝置故障率較高的原因,同時RTDS實時數(shù)字仿真系統(tǒng)還可以對現(xiàn)場實際問題模擬重現(xiàn)。該方法在電能質(zhì)量控制及其他電力系統(tǒng)應(yīng)用中將有廣泛的前景。

        [1]羅安編.電網(wǎng)諧波治理和無功功率補償技術(shù)及裝備[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

        [2]劉崇茹,林雪華,李海峰等.基于RTDS的模塊化多電平換流器子模塊等效模型[J].電力系統(tǒng)自動化,2013,37(12):92-98.

        [3]楊淑英,杜彬.基于dq變換的動態(tài)電壓恢復(fù)器綜合求導(dǎo)檢測算法[J].電力系統(tǒng)自動化,2008,32(2):92-98.

        [4]趙成勇,劉濤,郭春義,等.基于實時數(shù)字仿真器的模塊化多電平換流器的建模[J].電網(wǎng)技術(shù),2011,35(11):85-90.

        [5]周巍,張沛超,楊星星.基于RTDS的微機(jī)保護(hù)實時閉環(huán)數(shù)字仿真系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010,38(16):127-131.

        [6]蘇麗萍,陳侃,李國杰等.基于RTDS的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)實時仿真平臺研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2012,40(15):110-115.

        [7]徐在德,張俊鋒,范瑞祥.應(yīng)用于配電系統(tǒng)并聯(lián)APF的仿真研究[J].江西電力,2013(6):55-58.

        [8]劉驥,魏新勞,徐在德,等.源側(cè)電流檢測的DSTATCOM控制策略[J].電機(jī)與控制學(xué)報,2012,16(1):56-61.

        [9]GB/T15945-1995電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差[S].

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