Программно-технические средства всережимного моделирования в реальном времени статических синхронных компенсаторов в электроэнергетических системах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Васильев, Алексей Сергеевич

• Васильев, Алексей Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Васильев, Алексей Сергеевич

СОДЕРЖАНИЕ

Список обозначений и сокращений

ВВЕДЕНИЕ

1 Анализ задачи и средств моделирования функционирования статических синхронных компенсаторов в электроэнергетических системах

1.1 Схемы, характеристики и системы управления статических синхронных компенсаторов

1.2 Средства моделирования функционирования статических синхронных компенсаторов в электроэнергетических системах

1.3 Выбор и обоснование направления решения проблемы моделирования статических синхронных компенсаторов в ЭЭС

2 Гибридный процессор для всережимного моделирования в ральном времени статических синхронных компенсаторов в составе электроэнергетических систем

2.1 Структура гибридного процессора СТАТКОМ

2.2 Физико-математическая модель СТАТКОМ

2.3 Система автоматического управления СТАТКОМ

2.4 Выводы

3 Реализация и компьютерное моделирование гибридного процессора для всережимного моделирования в реальном времени статических синхронных компенсаторов

3.1 Реализация кривой намагничивания трансформатора в гибридном процессоре СТАТКОМ

3.2 Компьютерное моделирование и исследование сопроцессоров гибридного процессора СТАТКОМ

3.2.1 Компьютерная модель гибридного сопроцессора трансформатора

3.2.2 Компьютерная модель гибридного сопроцессора реактора

3.2.3 Компьютерная модель статического преобразователя и гибридного сопроцессора реактора

3.2.4 Компьютерная модель гибридного сопроцессора цепи выпрямленного напряжения

3.2.5 Компьютерная модель гибридного сопроцессора фильтра

3.3 Блок микропроцессоров гибридного процессора СТАТКОМ

3.4 Специализированное программное обеспечение средств

моделирования СТАТКОМ

3.4 Выводы

4 Экспериментальные исследования средств всережимного моделирования статических синхронных компенсаторов

4.1 Экспериментальные исследования программно-технических средств моделирования СТАТКОМ в автономном режиме работы

4.2 Экспериментальные исследования программно-технических средств моделирования СТАТКОМ в составе модели ЭЭС

4.2.1 Исследования в режиме поддержания напряжения при непрерывном изменении нагрузки

4.2.2 Исследования в режиме поддержания напряжения при набросе и сбросе нагрузки

4.2.3 Исследования в режиме короткого замыкания на нагрузке

4.3 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список использованных источников

Список обозначений и сокращений

FACTS - Flexible Alternating Current Transmission Systems (гибкие системы

передачи переменного тока);

АИМ - амплитудно-импульсная модуляция;

АСУР - автоматическая система управления режимом;

АЦП - аналого-цифровые преобразователи;

БАЦП - блока аналого-цифрового преобразования;

БМ - блок микропроцессоров;

БСК - батарей статических конденсаторов;

ВМК РВ ЭЭС - Всережимный моделирующий комплекс реального времени электроэнергетических систем;

ГПС - гибридный процессор статических синхронных компенсаторов;

ГСР - гибридный сопроцессор реактора;

ГСТ - гибридный сопроцессор трансформатора;

ГСФ - гибридный сопроцессор фильтра;

ГСЦВН - гибридный сопроцессор цепи выпрямленного напряжения; ИПН - измерительный преобразователь напряжения; КБ - конденсаторная батарея; КН - кривая намагничивания;

JIA4X - логарифмическая амплитудно-частотная характеристикиа

ЛФЧХ - логарифмическая фазо-частотная характеристикая;

ЛЭП - линия электропередачи;

ОГЖ - обратное преобразование координат;

ПВК - программные вычислительные комплексы;

ПНТ - преобразователь напряжение-ток;

ГШ - полупроводниковый;

ГТГЖ - прямое преобразование координат;

ГШВ - ПП вентиль;

ПС - подстанция;

ПТС - программно-технические средства; Р - реактор;

РМ - реактивная мощность;

САУ - система автоматического управления;

СГП - специализированные гибридные процессоры;

СКРМ - средств компенсации реактивной мощности;

СП - статический преобразователь;

СТАТКОМ - статический синхронный компенсатор;

УШР - управляемый шунтирующий реактор;

ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь;

ЦВН - цепь выпрямленного напряжения;

ЦП - центральный процессор;

ЦПоК - цифроуправляемые поперечные коммутаторы; ЦПрК - цифроуправляемые продольные коммутаторы; ЦУАК - цифроуправляемый аналоговый ключ; ШИМ - широтно-импульсная модуляция; ЭЭС - электроэнергетическая система.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Программно-технические средства всережимного моделирования в реальном времени статических синхронных компенсаторов в электроэнергетических системах»

ВВЕДЕНИЕ

В программе перспективного развития электроэнергетики на период до 2020 г. значительное внимание уделяется созданию активно-адаптивных электрических сетей, основой которых являются устройства FACTS (Flexible Alternative Current Transmission System). Одним из устройств FACTS является статический синхронный компенсатор (СТАТКОМ), содержащий статический преобразователь (СП) на полностью управляемых полупроводниковых вентилях. Применение СТАТКОМ позволяет решать задачи компенсации реактивной мощности, повышения пропускной способности линий электропередачи, быстродействующее непрерывное регулирование напряжения в нормальных и анормальных режимах работы сети, повышения устойчивости работы электроэнергетических систем (ЭЭС), оптимизации переходных режимов и другие задачи электроэнергетики. Кроме того, возможность осуществления СТАТКОМ векторного регулирования позволяет осуществлять симметрирование нагрузки, компенсацию высших гармоник и другие функции, влияющие на качество электроэнергии.

Различным аспектам решения этих задач посвящено множество работ отечественных и зарубежных ученых: Александров Т.Н., Бартоломей П.И., Воропай Н.И., Кочкин В.И., Мисриханов М.Ш., Розанов Ю.К., Ситников В.Ф., Шакарян Ю.Г., Akagi Н., Hingorani N., Zhang Х.-Р. и др. При этом эксплуатируемые СТАТКОМ зачастую недоиспользуются по их функциональным возможностям по причине недостаточного анализа режимов и процессов в ЭЭС, определяющих условия работы силового оборудования и функционирования, в этих условиях релейной защиты, технологической и противоаварийной автоматики. Для надежного и эффективного функционирования ЭЭС, содержащих СТАТКОМ, при проектировании, исследовании и эксплуатации необходимо решать множество задач, требующих подробного моделирования этих устройств и

ЭЭС в целом. Из этих задач можно выделить следующие: исследование устойчивости; разработка законов и алгоритмов локального и системного управления процессами и режимами их работы; тестирование устройств и систем автоматики в реальном времени.

Анализ режимов и процессов в ЭЭС при решении задач проектирования, исследования и эксплуатации осуществляется с помощью моделирования. С учетом непрерывности, высокого быстродействия и междуфазного принципа действия СТАТКОМ, для надежного решения указанных задач необходимо осуществление трехфазного бездекомпозиционного моделирования, которое подразумевает исключение применяемых в средствах расчета режимов и процессов в ЭЭС упрощений и допущений: использование однолинейных схем замещения, разделение единого непрерывного спектра нормальных, аварийных и послеаварийных процессов на различные стадии и др.

Как показали многолетние исследования, проводимые в Томском политехническом университете, наиболее полное и достоверное воспроизведение процессов в трехфазном оборудовании и ЭЭС в целом обеспечивают гибридные (программно-технические) средства моделирования, сочетающие в себе достоинства цифрового, аналогового и физического способов моделирования.

В связи с вышеизложенным целью данной работы является разработка и исследование программно-технических средств (ПТС) для непрерывного адекватного моделирования в реальном времени процессов в СТАТКОМ при их функционировании в составе энергосистемы в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах работы.

Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие

задачи:

• разработка принципов и структуры построения ПТС бездекомпозиционного трехфазного непрерывного моделирования в реальном времени функционирования СТАТКОМ в составе ЭЭС;

• синтез физико-математической модели процессов в трехфазном силовом оборудовании и системы автоматического управления (САУ) СТАТКОМ, позволяющей осуществлять всережимное (без принципиально значимых упрощений и ограничений) бездекомпозиционное моделирование;

• разработка гибридного процессора СТАТКОМ (ГПС), обеспечивающего непрерывное и методически точное решение в реальном времени и на неограниченном интервале с гарантированной приемлемой инструментальной погрешностью жестких нелинейных систем дифференциальных уравнений трансформатора присоединения, сглаживающего реактора, фильтра, конденсаторной батареи и адекватное моделирование СП, а также всевозможные продольно-поперечные коммутации на выводах СТАТКОМ;

• разработка специализированного программного обеспечения для выполнения в реальном времени алгоритмов САУ, управления параметрами и структурами модели, наблюдения результатов моделирования и их преобразования с целью последующего анализа;

• проведение экспериментальных исследований разработанных ПТС моделирования СТАТКОМ в автономных режимах и в составе модели ЭЭС, подтверждающих достижение поставленной цели.

Объектом исследования являются процессы функционирования СТАТКОМ в составе ЭЭС.

Предметом исследования являются средства моделирования СТАТКОМ в составе ЭЭС.

Основные методы научных исследований: элементы дифференциального и интегрального исчислений, теория методов дискретизации для обыкновенных дифференциальных уравнений, линейная алгебра, теория линейных и нелинейных электрических цепей, теория автоматического регулирования и управления, методы математического

моделирования, теория точности и чувствительности вычислительных устройств, схемотехника на интегральных микросхемах.

Научная новизна

1. Предложены принципы построения средств трехфазного всережимного моделирования в реальном времени СТАТКОМ и других устройств FACTS на их основе в ЭЭС.

2. Разработана структура специализированных ПТС реализации предложенных принципов моделирования СТАТКОМ в ЭЭС - гибридный процессор СТАТКОМ (ГПС).

3. Синтезирована универсальная бездекомпозиционная физико-математическая модель СТАТКОМ.

Практическая ценность

Разработаны функциональные схемы сопроцессоров ГПС, выполняющих непрерывное методически точное решение в реальном времени и на неограниченном интервале жестких нелинейных систем дифференциальных уравнений моделей трансформатора, реактора, фильтра, конденсаторной батареи (КБ) и физико-математическое взаимодействие с моделями СП, обеспечивающие возможность воспроизведения различных параметров, структур и режимов работы СТАТКОМ в ПТС их моделирования.

Разработанные ПТС моделирования СТАТКОМ позволяют:

• надежно и эффективно решать задачи проектирования, исследования и эксплуатации, связанные с определением мест установки и мощности СТАТКОМ в ЭЭС, с анализом режимов и процессов в них при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах работы этих устройств и ЭЭС в целом;

• разрабатывать и тестировать алгоритмы САУ СТАТКОМ и алгоритмы системного управления процессами и режимами, исследовать влияние СТАТКОМ на действие релейной защиты и автоматики ЭЭС;

• обеспечивать сопряжение с внешними устройствами для исследования их совместного функционирования, в том числе для решения задач тестирования в замкнутом цикле реальных станций управления СТАТКОМ, релейной защиты и автоматики энергосистем;

• осуществлять построение и разработку на базе ГПС программно-технических средств моделирования других устройств FACTS, в том числе статических тиристорных компенсаторов, вставок и передач постоянного тока, объединенных регуляторов потоков мощности, для осуществления всережимного бездекомпозиционного моделирования в реальном времени процессов в этих устройствах и ЭЭС в целом при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах их работы в составе ЭЭС.

Личное участие автора. Основные результаты работы, связанные с разработкой и исследованием моделей и средств их реализации, получены лично автором. В части программного обеспечения автором разработаны алгоритмы и программы периферийных процессоров, включая систему автоматического управления, а также пользовательский интерфейс ПТС моделирования СТАТКОМ.

Достоверность полученных результатов подтверждается: использованием классических положений и законов теоретической электротехники и математики, приведенными результатами компьютерного моделирования ГПС и их сравнением с экспериментальными данными, корректностью выполнения теоретических построений и экспериментальных исследований.

Реализация результатов работы

• разработан экспериментальный образец ГПС и его специализированное программное обеспечение;

• проведены сопоставительные исследования режимов работы проектируемого энергокластера «Эльгауголь» в ОЭС Востока с управляемыми шунтирующими реакторами (УШР), КБ и СТАТКОМ согласно программе проверки проектных решений, выполненных в рамках договора между ЗАО «НОВИНТЕХ» и ТПУ № 2-496/2011у;

• выполнены исследования ПТС моделирования СТАТКОМ, предназначенные для использования при реализации проекта создания активно-адаптивной сети на территории МЭС Сибири в рамках инновационной программы ОАО «ФСК ЕЭС» в соответствии с договором между ОАО «НТЦ Электроэнергетики» и ТПУ № 7-584/1 Оу;

• результаты исследований и разработки использованы при выполнении государственных контрактов: «Разработка методов и средств управления интеллектуальными энергосистемами на Всережимном моделирующем комплексе реального времени электроэнергетических систем (ВМК РВ ЭЭС)» №ГК 2.767С 2011; «Информационно-телекоммуникационная моделирующая система реального времени интеллектуальных энергосистем» № ГК 2.766С 2011.

Реализация результатов диссертационной работы подтверждена также актами внедрения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах: Всероссийская научно-техническая конференция «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность» (г. Томск, 2011 г.); международная научно-практическая конференция и выставка «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем России». Релавэкспо-2012 (г. Чебоксары, 2012 г.); Всероссийская молодежная конференция «Химическая физика и актуальные проблемы энергетики» (г. Томск, 2012 г.); международная научно-техническая конференция «Энергетика глазами молодежи» (г. Екатеринбург, 2012 г.); научно-практическая конференция

«Актуальные вопросы противоаварийного управления ОЭС Сибири» (г.Кемерово, 2012); научно-технические семинары кафедры ЭЭС 20112013 гг.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ, в том числе две статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получено положительное решение о выдаче патента на изобретение.

1 АНАЛИЗ ЗАДАЧИ И СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СТАТИЧЕСКИХ СИНХРОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

В процессе развития и совершенствования современных электроэнергетических систем необходимо решать множество взаимосвязанных задач, таких как увеличение пропускной способности линий электропередачи, снижение потерь, повышение качества электроэнергии и надежности электроснабжения потребителей, повышение уровня автоматизации, управляемости энергосистем и многие другие задачи [1,2].

Планируемым и уже отчасти реализуемым решением этих задач является создание активно-адаптивных электрических сетей путем оснащения существующих ЭЭС устройствами FACTS на базе силовой lili электроники и микропроцессорной техники [2—11]. Одним из базовых устройств FACTS является СТАТКОМ, основой которого является СП и накопитель энергии. Также неотъемлемым элементом СТАТКОМ является его станция управления, в которой на основе данных первичных измерительных преобразователей выполняется расчет алгоритмов системы автоматического управления (САУ). Наличие СП на полностью управляемых 1111 вентилях (111 1В), при соответствующих характеристиках САУ, позволяет эффективно с высоким быстродействием решать широкий спектр задачи [5-12]:

1. Регулирование напряжения в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах.

2. Повышение пропускной способности линий электропередачи.

3. Перераспределение потоков мощности в электрических сетях.

4. Снижения потерь электроэнергии в сетях.

5. Демпфирование колебаний мощности в сетях высокого и сверхвысокого напряжения.

6. Активная фильтрация высших гармоник и другие задачи.

Эффективность решения указанных задач, при всевозможных

нормальных, аварийных и послеаварийных работы ЭЭС, обеспечивается на этапах проектирования, исследования и эксплуатации СТАТКОМ в ЭЭС. При этом необходимым является применение полного и достоверного моделирования функционирования СТАТКОМ в ЭЭС с учетом его САУ и действия релейной защиты и автоматики. Применяемые модели должны отражать все принципиально значимые свойства и характеристики СТАТКОМ в широком частотном диапазоне.

Достаточно полное и достоверное моделирование функционирования СТАТКОМ, характеризующегося высоким быстродействием и междуфазным действием при всевозможных режимах работы ЭЭС, исключает применение упрощений и ограничений, используемых в настоящее время в средствах расчета режимов и процессов в ЭЭС: моделирование по однолинейным схемам замещения, разделение единого непрерывного спектра нормальных, аварийных и послеаварийных процессов на различные стадии и др. Между тем, применение указанных упрощений и ограничений в цифровых средствах расчета режимов и процессов неизбежно. Это обусловлено непременным наличием компромисса между дифференциальной размерностью и жесткостью модели, шагом интегрирования и интервалом времени расчета, так как применяемые при цифровом моделировании численные методы решения дифференциальных уравнений обладают методической ошибкой. Обычно эта ошибка накапливаться в процессе расчета, причем ее действительное значение всегда остается неизвестным [13, 14].

Из вышеизложенного следует, что и без того сложная проблема достоверного моделирования обычных ЭЭС значительно осложняется с появлением в них СТАТКОМ и других устройств FACTS. Кроме того, для разработки, исследования и настройки алгоритмов локального и системного

регулирования, САУ СТАТКОМ и решения многих других задач оперативного управления ЭЭС требуется осуществлять указанное моделирование в реальном времени. Моделирование в реальном времени, к примеру, позволяет обеспечивать взаимодействие с реальными станциями управления и информационно-управляющими системами ЭЭС. Данное обстоятельство еще больше усложняет обозначенную проблему моделирования, решение которой является весьма актуальным.

Требования средствам моделирования СТАТКОМ вытекают из анализа применяемых схемотехнических решений, статических и динамических характеристик с учетом САУ, а также условий их функционирования в ЭЭС.

1.1 Схемы, характеристики и системы управления статических синхронных компенсаторов

Статический синхронный компенсатор, как и другие устройства FACTS, отличается от традиционных средств компенсации реактивной мощности (РМ) наличием СП на силовых 111 IB и собственной САУ [6-12].

В общем случае установка СТАТКОМ, согласно приведенной на рисунке 1.1 структурной схеме, содержит СП, в цепь выпрямленного напряжения (ЦВН) которого включен накопитель энергии, обычно конденсаторные батареи (КБ). На трехфазной стороне СП устанавливается группа сглаживающих ток реакторов (Р). Обычно СТАТКОМ включают в сеть высокого напряжения через согласующий трансформатор. Поскольку СП генерирует высшие гармоники, максимальная амплитуда которых соответствует частоте коммутации вентилей СП, то для соблюдения требований электромагнитной совместимости [15] в обязательном порядке используется фильтр. Для обеспечения регулирования САУ получает информацию от первичных измерительных преобразователей напряжения (ИПН) и тока на стороне трехфазного и выпрямленного напряжения СП. Для

оптимизации процессов и режимов работы ЭЭС станция управления СТАТКОМ осуществляет регулирование в соответствии с уставками от устройств и систем верхнего уровня, например от автоматизированной системы управления процессами и режимами.

К устройствам управления верхнего уровня

Рис. 1.1. Обобщенная структурная схема СТАТКОМ

Наиболее распространенным в настоящее время применением СТАТКОМ в ЭЭС является стабилизация напряжения и регулирование реактивной мощности (РМ), при этом СТАТКОМ подключается к соответствующему узлу (рисунок 1.2, а).

X,

йс и5

І8 м-

ис

-и*

■и*

ис

ІЗ

а) б) в)

Рис. 1.2. Эквивалентная схема и векторные диаграммы функционирования

СТАТКОМ в ЭЭС

Принцип действия СТАТКОМ иллюстрируют векторные диаграммы на рисунке 1.2. Если пренебречь потерями в СТАТКОМ, то при одинаковой фазе напряжений сети С/с и трехфазной стороны СП С/5, ток І5 в реакторе с индуктивным сопротивлением Хі5 пропорционален разности этих напряжений. Ток в реакторе отстает от С/с на 90° при С/5 < С/с (рисунок 1.2, б) и опережает на 90° при С/5> С/с (рисунок 1.2, в). При этом полная мощность 5 СТАТКОМ определяется по выражению (1.1) [2, 12]

где Р и <2 - активная и реактивная составляющие мощности; а - угол между векторами напряжений сети и СП.

При а = 0 СТАТКОМ не потребляет активную мощность вне зависимости от амплитуд векторов напряжений. При опережении напряжением С/5 напряжения С/с, то есть а > 0, существует выпрямительный режим работы СП, в результате которого СТАТКОМ потребляет активную мощность и запасает энергию в ЦВН. При использовании в ЦВН КБ запасание энергии приводит к увеличению напряжения на КБ. Аналогично, при отставании напряжения С/5 от С/с, то есть при а < 0, наблюдается рекуперация запасенной энергии ЦВН в сеть, а СП работает в инверторном режиме.

Статические характеристики СТАТКОМ, работающего в режиме стабилизации напряжения в точке присоединения, представлены на рисунке 1.3. Реактивная мощность определена зависимостью от тока устройства и напряжения сети при угле а — 0

и \

) = Р -](}, (1.1)

¿5

—1-1-►

Іном І МАКС

-ІМАКС 'ІНОМ

О

О

а)

б)

Рис. 1.3. Статические характеристики СТАТКОМ, работающего в режиме

стабилизации напряжения: а) характеристика реактивного тока;

6) характеристика реактивной мощности.

На рисунке 1.3 ток и мощность со значением больше нуля соответствуют режиму потребления, а меньше нуля - генерации РМ. Величина реактивного тока СТАТКОМ ограничена номинальным током в длительном режиме (сплошные линии) и предельно допустимым в кратковременном режиме работы с перегрузкой (пунктирные линии). Величина и продолжительность перегрузок определяется производителем и обычно находится в пределах 120-180% [16]. В пределах допустимого значения тока в режиме стабилизации напряжения по заданной уставке 17з СТАТКОМ может обеспечивать астатическое регулирование (характеристики 2, рисунок 1.3) или регулирование по статической характеристике (характеристики 1, рисунок 1.3) в зависимости от реализуемого САУ закона регулирования.

Формирование трехфазного напряжения и$ осуществляется с помощью широтно-импульсной (ШИМ), амплитудно-импульсной (АИМ) модуляций или их комбинации, в зависимости от топологии СП. Существует несколько основных топологий схем СП СТАТКОМ, применяемых в основном в зависимости от класса напряжения и мощности установки [6, 12, 17-44].

Наиболее простой, с точки зрения управления и количества элементов, является трехфазная мостовая двухуровневая схема СП, представленная на рисунке 1.4.

Рис. 1.4. Двухуровневая схема СП

Подобные схемы начали применять еще на демонстрационных образцах СТАТКОМ в начале 80-х годов в России и Японии, при этом были использованы электронно-лучевые вентили и не полностью управляемые .SCR-тиристоры {Silicon Controlled Rectifier). Применение СТАТКОМ с данной топологией СП началось в 90-х годах уже на базе GrO-тиристоров {Gate Turn-Off thyristor), которые позволяли осуществлять низкочастотную коммутацию до 300 Гц [6].

К недостаткам данной схемы можно отнести высокий уровень генерации высших гармоник, что требует для поддержания качества напряжения установки сложных фильтров.

Снижение уровня генерации высших гармоник достигается за счет увеличения частоты широтно-импульсной модуляции и применения полностью управляемых llliB, а также увеличением пульсности схемы СТАТКОМ путем параллельного включения СП и смещения углов управления тиристоров при подключении к вторичным обмоткам

трансформаторов с различными схемами включения [12]. Параллельное соединение СП позволяет увеличить единичную мощность установки.

В конце 90-х начали применять трехуровневые схемы СП (рисунок 1.5) и в 1999 г. введен в эксплуатацию первый СТАТКОМ на ЮВТ транзисторах [6, 17].

Рис. 1.5. Трехуровневая схема СП

Наличие трех уровней напряжения позволяет осуществлять совместную ШИМ и АИМ, что снижает генерацию высших гармоник СП. Несущая частота ШИМ обычно находится в диапазоне от 500 до 2000 Гц [6, 17-21]. При прочих равных условиях СТАТКОМ с трехуровневым СП имеет коэффициент искажения синусоидальности напряжений приблизительно в 1,7 раз меньше, чем с двухуровневым и составляет -4,5 % и ~6,5 % для трех- и двухуровневого соответственно. Действующее значение тока в фильтре также меньше для трехуровневой схемы примерно в 1,5 раза [18].

Поэтому трехуровневая мостовая схема является одной из наиболее распространенных и перспективных схем СП для применения в устройствах FACTS.

Еще одним способом снижения амплитуд высших гармоник является повышение количества уровней модулируемого напряжения путем создания многомодульных преобразователей (рисунок 1.6). Подобные СП называют также каскадными [22-28]. Первая установка СТАТКОМ, использующая указанную топологию СП, введена в эксплуатацию в 1999 г. на подстанции Ист Клей дон [23]

А ВС

Рис. 1.6. Многомодульная схема СП

Многомодульные СП позволяют также путем увеличения количества последовательно соединяемых модулей повысить класс напряжения установки, по сравнению с двух- и трехуровневой топологиями, что означает

возможность получения большей единичной мощности установки без усложнения трансформаторной части, либо подключать непосредственно к шинам высокого напряжения без трансформатора [24, 25]. Однако отсутствие в явном виде ЦВН не позволяет производить объединения с подобными установками, что не позволяет применять данную топологию СП для объединенных регуляторов потоков мощности и вставок постоянного тока.

Иные топологии СП в целом отражают принципы реализации перечисленных. Примером тому является СТАТКОМ (рис. 1.7) разработанный для бестрансформаторного подключения к сети [29-31].

6.6 kV _JYY\

__rm

—ГУП

6 kV

Цепь выравнивания напряжений

-6 kV

Рис. 1.7. Схема СТАТКОМ с четырехуровневым СП

В современных СП СТАТКОМ и других устройствах FACTS в основном применяются SCR-, GTO-, /ССГ-тиристоры и /(ТбГ-транзисторы. Предельные характеристики 1111 ключей, выпускаемых промышленностью

для данного применения, приведены в таблице 1.1 [45,46]. Таблица 1.1. Параметры ПП ключей, выпускаемых промышленностью

Тип ПП ключа Максимальный рабочий ток, кА Максимальное рабочее напряжение, кВ Диапазон частоты коммутации, Гц

50?-тиристор 6 8,5 50-250

GTO-тиристор 6 6 50-500

IGCT- тиристор 5,6 6 500-2000

/С/БГ-транзистор 3,5 3 500-5000

Для увеличения мощности установок СТАТКОМ применяется последовательное или параллельное соединение ключевых элементов в один ППВ [19]. Несмотря на увеличение мощности потерь в таком ППВ, потери в отдельных ключевых элементах находятся в пределах допустимых. Однако при этом необходимо увеличивать запасы по напряжению и току ключевых элементов, так как существующие технологии не позволяют получить полностью идентичные статические и динамические характеристики ПП ключей, и падения напряжений на последовательно соединенных ключах или токи в параллельных ключах распределяются неравномерно. Кроме того, с ростом частоты ШИМ увеличиваются коммутационные потери в ключе, что также требует снижать рабочие напряжения и токи по условию допустимых потерь.

Потери в СТАТКОМ складываются из потерь в трансформаторе, реакторе, в цепях измерения и управления, в СП, потерь в соединительных проводах и фильтре. Кроме этого, СТАТКОМ потребляет активную мощность для собственных нужд: питания станции управления и системы охлаждения [16].

Современные станции управления СТАТКОМ реализуют алгоритмы векторного регулирования. Векторное управление, в отличие от скалярного, позволяет расширить диапазон регулирования, повысить быстродействие за

счет несимметричного трехфазного управления при регулировании по амплитуде и по фазе. Построения векторных САУ выполняются во вращающихся системах координат. Направление одной из осей вращающейся системы координат напряжения (тока) по вектору напряжения (тока) позволяет независимо, в широком диапазоне и с высоким быстродействием регулировать реактивную и активную составляющие мощности потребляемые устройством из сети или генерируемые в сеть [23— 25,30,33,47-68]. Для согласования измеряемых трехфазных сигналов и входных/выходных данных системы управления применяется прямое преобразование координат (ППК) из трехфазной неподвижной ABC в двухфазную вращающуюся ¿/^-систему координат и обратное преобразование координат (ОПК) из двухфазной вращающейся в трехфазную неподвижную.

Поскольку алгоритмы САУ СТАТКОМ достаточно сложны, то ее реализация выполняется в цифровом виде на базе микропроцессорной техники [47]. Вычислительные ресурсы доступные на современной элементной базе позволяют осуществлять расчет алгоритмов управления с частотой дискретизации в несколько десятков килогерц.

Обычно САУ СТАТКОМ содержит алгоритмы фильтрации зашумленных входных сигналов от первичных измерительных преобразователей, синхронизации по вектору напряжения сети, ППК и ОПК, вычисления мощностей и их составляющих, расчета уставок и регуляторов ортогональных составляющих вектора напряжения (тока) СП. Функциональная схема САУ СТАТКОМ приведена на рисунке 1.8.

«С1 Уставки Импульсы

"С2

регуляторов управления ПП вент.

ил ППК, UJ1 ^ Регуляторы

Фильтры UB синхронизатор, ¡di ^ Uj USAre^ -►

Uc с Uq =£

ІЛ „ вычислитель Щ ^ ОПК USBreC ШИМ

» информац. • • • -► - w

,с » сигналов ti U.SCre^ • • •

—С-

Рис. 1.8. Функциональная схема САУ СТАТКОМ

где * - выходные сигналы первичных измерительных преобразователей тока и напряжения на трехфазной и выпрямленной сторонах СП; иА, ив, ис, іл> ів»іс~ мгновенные значения токов и напряжений после фильтра; иси ис2 — значений напряжений на накопителях энергии на выпрямленной стороне СП.

Мгновенные значения трехфазных напряжений и токов подвергаются преобразованию во вращающуюся систему координат в ПИК, который вычисляет ортогональные составляющие и^ь ід! этих векторов, угол О между одной из осей системы координат сід и фазой А. Кроме того рассчитываются значения информативных сигналов обратной связи (регулируемые параметры): прямая, обратная, нулевая щ последовательности напряжения в точке присоединения, активный и реактивный ток (мощность) СТАТКОМ и др. Эти сигналы поступают на регуляторы и подвергаются сравнению с уставками. В результате на выходе регуляторов формируются значения проекций на оси вращающейся системы координат щ, ид требуемого вектора напряжения на трехфазной стороне СП. Значения иия подвергаются преобразованию в трехфазную неподвижную систему координат щАгф щВгф Щсуе/-

Существующие САУ СТАТКОМ позволяют осуществлять реверс РМ за несколько периодов сетевой частоты [17, 18, 23, 48-63]. На физической модели СТАТКОМ в НТЦ «Электроэнергетики» достигнуто время полного реверса РМ за 1,5 периода [48].

Сигналы и5АГе/, Щвге/, и5сге/ поступают в блок ШИМ, формирующий управляющие сигналы для ПИВ [20, 64-68]

На основании результатов анализа схем, характеристик и САУ СТАТКОМ средства моделирования его функционирования в составе ЭЭС должны обеспечивать:

1. Трехфазное бездекомпозиционное моделирование функционирования СТАТКОМ в составе ЭЭС.

2. Воспроизведение всевозможных нормальных и анормальных режимов работы СТАТКОМ в ЭЭС.

3. Широкий диапазон частот, не менее 10 кГц, адекватного воспроизведения процессов в СТАТКОМ, что определяется частотами управления 1II1В и спектром генерируемых СП гармоник.

4. Моделирование в реальном времени для обеспечения возможности сопряжения с реальным оборудованием в целях тестирования релейной защиты, станций управления, тренажа диспетчерского персонала.

5. Моделирование на длительном, в общем случае неограниченном, интервале времени.

6. Универсальность структуры и параметров модели СТАТКОМ или возможность синтеза модели для конкретных установок.

7. Возможность моделирования различных САУ СТАТКОМ, с учетом взаимодействия с информационно-управляющими системами электрических сетей и ЭЭС.

1.2 Средства моделирования функционирования статических синхронных компенсаторов в электроэнергетических системах

В настоящее время для исследования функционирования СТАТКОМ, как и других устройств FACTS, в ЭЭС, используют математические или физические методы моделирования [12, 14, 17, 25, 30, 69-81]. Первое, в основном, подразумевает решение дифференциальных уравнений, описывающих процессы в оборудовании, цифровыми средствами моделирования, такими как программные вычислительные комплексы (ПВК) EUROSTAG, ЕМТР, PSCAD, Matlab, RTDS и др.

Физические силовые модели применяются для исследования процессов в СТАТКОМ, в абстрагированных от процессов в ЭЭС условиях [17, 30, 48] и не подходят для решения обозначенных ранее электроэнергетических задач.

На сегодняшний день тенденции развития смещены и будут смещены в обозримом будущем в сторону цифровых средств моделирования, поскольку интенсивное развитие вычислительной техники за последние десятилетия привело к абсолютной доступности персональных компьютеров и доступности для исследователей вычислительных ресурсов суперкомпьютеров. Вместе с тем, параллельно развивались ПВК для решения всевозможных задач проектирования, исследования и эксплуатации ЭЭС, в том числе содержащих устройства FACTS [82-91]. Наряду с доступностью цифровые средства моделирования обладают рядом достоинств присущим в разной степени ПВК: относительно невысокая стоимость; гибкость; удобная интерфейсная среда, упрощающая использование и наблюдение результатов моделирования; возможность автоматического анализа объекта моделирования и работы с базами данных и

др.

При этом «несмотря на достижения в развитии вычислительной техники и программных средств моделирования процессов в ЭЭС, задача достаточно полного достоверного и оперативного моделирования непрерывного спектра нормальных и анормальных процессов в многоразмерных ЭЭС неизменно представляет для них одну из наиболее сложных и наименее решенных проблем» [69].

При цифровом моделировании, применяются методы численного решения систем дифференциальных уравнений, описывающих непрерывные процессы в ЭЭС. При использовании численных методов решения неизбежно возникает погрешность на каждом шаге расчета, эта погрешность может накапливаться и приводить к существенной ошибке получаемого результата моделирования. При этом величина накопленной ошибки неопределима, а погрешность расчета не может быть гарантированно ограничена на длительном интервале времени моделирования. С ростом размерности модели, с уменьшением шага интегрирования, связанным с потребностью воспроизведения процессов с малыми постоянными времени, и увеличением

интервала времени моделирования возрастает вероятность накопления ошибки [13, 69-71]. В связи с этим в ПВК расчета режимов и процессов становится неизбежным применение известных по их характеристикам упрощений и ограничений при моделировании силового оборудования и ЭЭС в целом.

В качестве примера приведены получившие признание различных пользователей: системных операторов, проектировщиков, исследователей и др. программы для моделирования процессов в ЭЭС, такие как EUROSTAG, Mustang, PSCAD. ПВК EUROSTAG предназначен для моделирования процессов в крупных ЭЭС. Модель СТАТКОМ в данном ПВК эквивалентирована управляемым однолинейным источником тока, в модели не учитываются процессы в СП и на стороне выпрямленного напряжения [72, 73]. В ПВК Mustang модель СТАТКОМ пока не реализована, но при ее реализации будет иметь те же упрощения и допущения, что и в EUROSTAG.

Среда моделирования PSCAD с расчетным ядром EMTDS лучше приспособлена к моделированию СТАТКОМ и других устройств FACTS, более того в библиотеке элементов приведена модель СТАТКОМ, с учетом схемотехнической реализации и САУ [74, 75]. Это позволяет достаточно адекватно моделировать быстропротекающие процессы на непродолжительном временном интервале, однако при этом необходимо уменьшать шага интегрирования до единиц микросекунд. В результате уменьшения шага интегрирования вероятная величина накапливаемой ошибки возрастает, а время моделирования быстропротекающих процессов может на порядки превысить реальный масштаб времени. Моделирование реальных энергосистем, ввиду больших размерностей моделей и применяемых в них упрощений, выполняется с большим шагом интегрирования, что не позволяет адекватно воспроизводить процессы в СТАТКОМ и учитывать его влияние на процессы в ЭЭС. Аналогичная ситуация наблюдается и в программной среде Simulink ПВК Matlab, в которой существует несколько моделей, учитывающих схемотехническую

реализацию или эквивалентироваиные трехфазным источником тока. Возможности Matlab/Simulink позволяют создавать свои устройства FACTS, используя стандартную библиотеку элементов, разрабатывать алгоритмы САУ [24, 25, 76-79]. Однако такой подход неприменим для моделирования длительных режимов и процессов в ЭЭС и может применяться только для моделирования локального участка сети, что не соответствует поставленным требованиям.

Помимо невозможности моделирования всего спектра режимов крупных энергосистем без принципиально значимых упрощений, рассмотренные ПВК не позволяют осуществлять моделирование в реальном времени процессов в ЭЭС. Для реализации этой возможности существуют программно-аппаратные средства моделирования типа комплекса RTDS (RTDS Technologies Inc., Канада). Такие комплексы обладают всеми преимуществами и недостатками программных средств моделирования, связанных с методами решения, однако позволяют осуществлять их сопряжение с внешним оборудованием [80].

Наличие интерфейса взаимодействия с внешним оборудованием позволяет создавать, к примеру, физические модели оборудования и осуществлять их моделирование, в том числе и СТАТКОМ, с учетом действия ЭЭС, модель которой реализована цифровыми средствами моделирования [81]. Физическая модель позволяет добиться высокой адекватности, однако не позволяет осуществлять моделирование тяжелых аварийных режимов, управление параметрами и структурой. Для решения задач автоматизации управления процессами и режимами физические модели требуют создания интерфейсов для взаимодействия с контроллером верхнего уровня.

Трехфазное моделирование всевозможных нормальных и анормальных режимов и процессов в широком диапазоне частот и на длительном временном интервале позволяет осуществлять разработанный в Томском политехническом университете Всережимный моделирующий комплекс

реального времени электроэнергетических систем (ВМК РВ ЭЭС). Он предназначен для трехфазного бездекомпозиционного моделирования всего спектра процессов в ЭЭС и способен осуществлять непрерывное, вследствие применяемого метода и средств, моделирование в реальном времени и на неограниченном интервале. ВМК РВ ЭЭС обеспечивает моделирование процессов без методической ошибки и с гарантированной необходимой инструментальной точностью, способен воспроизводить коммутационные процессы в ЭЭС и, следовательно, обладает возможностью моделирования в широком диапазоне частот [69]. ВМК РВ ЭЭС не содержит моделей СТАТКОМ, однако его концепция обеспечивает возможность их реализации с учетом САУ.

В результате анализа средств моделирования функционирования СТАТКОМ в ЭЭС сделан вывод, что существующие средства моделирования не позволяют осуществлять всережимное моделирование функционирования СТАТКОМ в ЭЭС в реальном времени, по следующим основным причинам:

1. Без значимых упрощений цифровые средства моделирования применимы только для ЭЭС небольшой размерности и на небольшом временном интервале.

2. При моделировании реальных энергосистем модель СТАТКОМ замещается источником тока, и учитывается лишь упрощенная его реакция на возмущения в ЭЭС.

3. Физические модели не позволяют осуществлять управление их параметрами, воспроизводить аварийные режимы, что сильно сужает область их применения.

1.3 Выбор и обоснование направления решения проблемы моделирования статических синхронных компенсаторов в ЭЭС

Существующие цифровые средства моделирования в значительной мере ограничивают возможности моделирования для решения задач

30

проектирования, исследования и эксплуатации СТАТКОМ в ЭЭС. Решение подобных задач в полной мере могут обеспечить гибридные средства моделирования. Поэтому на основании анализа средств моделирования СТАТКОМ в ЭЭС принято решение о разработке программно-технических средств всережимного моделирования в реальном времени статических синхронных компенсаторов ориентированных, главным образом, на применение в составе ВМК РВ ЭЭС. Концепция и средства ВМК РВ ЭЭС позволяют реализовать непрерывное трехфазное всережимное моделирование СТАТКОМ с учетом САУ и в составе ЭЭС на неограниченном интервале времени. Возможность моделирования в реальном времени позволяет, при наличии соответствующих интерфейсов, решать задачу тестирования станций управления СТАТКОМ, в том числе с учетом процессов в ЭЭС.

Концепцию «всережимного моделирования в реальном времени электроэнергетических систем», предложенную в [69, 70], кратко можно раскрыть следующим образом:

1. Основу ВМК РВ ЭЭС составляют специализированные гибридные процессоры (СГП), каждый из которых содержит сопроцессоры моделируемого силового оборудования. Сопроцессоры обеспечивают решение методом непрерывного неявного интегрирования систем дифференциальных уравнений, описывающих процессы в генераторах, трансформаторах, линиях электропередачи и другом оборудовании ЭЭС. Все сопроцессоры силового оборудования имеют цифро-аналоговую структуру, что позволяет в реальном времени управлять коэффициентами и параметрами их моделей.

2. Сопроцессоры дополняются преобразователями напряжение-ток (ПНТ), преобразующими непрерывные математические переменные фазных токов в модельные физические токи. Наличие модельных физических трехфазных входов-выходов СГП позволяет воспроизводить всевозможные продольные и поперечные коммутации с помощью цифроуправляемых

аналоговых ключей (ЦУАК) и практически неограниченно наращивать модель ЭЭС.

3. Каждый СГП содержит блок микропроцессоров (БМ), состоящий из центрального процессора (ЦП) и периферийных процессоров. Все ЦП соединяются между собой и с Сервером по единой локальной компьютерной сети, а цифровыми шинами с периферийными процессорами и цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП) сопроцессоров данного СГП. БМ и его программное обеспечение предназначены для осуществления всех присущих данному виду СГП информационно-управляющих функций.

4. Каждый СГП для внешнего и внутреннего взаимодействия оснащен программными и программно-техническими интерфейсами, включая аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

ВМК РВ ЭЭС позволяет воспроизводить своими средствами реальные подсистемы: сбора, обработки и передачи данных, РЗ и ПА, управления, сигнализации, а также информационный обмен между ними. При этом обеспечивается возможность взаимодействия с указанными подсистемами реального объекта в режиме реального времени.

ВМК РВ ЭЭС имеет многоуровневую структуру информационной модели, рассредоточенную по различным программным и аппаратным уровням.

Первый уровень информационной структуры модели локализован периферийными процессорами. На данном уровне реализованы: выборки мгновенных значений с дискретностью 100-200 мкс, расчет действующих значений, формирование векторных измерений, контроль и управление состоянием коммутационного оборудования и другими параметрами и элементами моделируемой схемы, а также интерфейс взаимодействия с верхними уровнями информационной модели.

Второй уровень информационной модели ограничен уровнем ЦП СГП и реализует функции сбора, обработки и передачи первичной информации от первого уровня информационной структуры модели к третьему уровню. ЦП

также выполняют передачу управляющего воздействия на первый уровень информационной модели. ЦП на программном уровне реализуют базовые алгоритмы релейной защиты и противоаварийной автоматики, группового управления элементами энергосистемы в пределах одного СГП и находящихся в подчинении периферийных процессоров. Временные характеристики информационного обмена второго уровня ВМК РВ ЭЭС находятся в диапазоне 500-800 мкс со стороны первого уровня и 10-100 мс со стороны третьего уровня информационной структуры модели.

Взаимодействие между СГП реализовано на третьем уровне информационной структуры модели и обеспечивается Сервером. Сервер ВМК РВ ЭЭС реализует функцию представления информационной модели, алгоритмы оптимального локального и системного управления режимами и процессами в ЭЭС, алгоритмы релейной защиты, формирования и представления интерфейсов взаимодействия СГП ВМК РВ ЭЭС и программных Клиентов. Времена предоставления данных в информационной модели, обрабатываемой Сервером ВМК РВ ЭЭС, находятся в диапазоне 10100 мс с уровнем ЦП СГП.

Четвертый уровень информационной модели формируется программными и программно-аппаратными Клиентами ВМК РВ ЭЭС, в том числе специализированным Клиентом. Клиенты ВМК РВ ЭЭС выполняют функции реализации внешнего взаимодействия модели по различным интерфейсам. Такими интерфейсами выступают: протоколы верхнего уровня телемеханики; человеко-машинный (пользовательский) интерфейс, реализованный через динамические панели (формы) наблюдения и управления; интерфейсы моделирования сценариев режимов и их задания; интерфейс отработки различных алгоритмов общесистемного управления в специализированном Клиенте.

Разрабатываемые программно-технические средства (ПТС) моделирования функционирования СТАТКОМ в ЭЭС, ориентированные

главным образом на применение в составе ВМК РВ ЭЭС, должны обладать следующими характеристиками:

1. Обеспечивать трехфазное бездекомпозиционное моделирование в широком диапазоне частот (не менее 10 кГц) в реальном времени и на неограниченном интервале всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимов и процессов в СТАТКОМ, в том числе в составе ЭЭС.

2. Иметь универсальные модели силового оборудования и САУ СТАТКОМ и обеспечивать управляемость и наблюдаемость их структур, параметров и процессов.

Средства трехфазного бездекомпозиционного моделирования в реальном времени СТАТКОМ, удовлетворяющие предъявленным требованиям должны быть реализованы по следующим принципам: основой ПТС моделирования СТАТКОМ является гибридный процессор. Гибридный процессор СТАТКОМ (ГПС) содержит цифро-аналоговые сопроцессоры трехфазного силового оборудования и ЦВН, физические модели СП и продольно-поперечной коммутации. Физическое моделирование СП и продольно-поперечной коммутации с помощью цифроуправляемых аналоговых ключей (ЦУАК) обеспечивает высокую адекватность и простоту управления, что особенно важно при моделировании СП на современной полностью управляемой силовой электронике. Воспроизведение потерь в СП осуществляется в сопроцессоре реактора или ЦВН путем управления их активными сопротивлениями. Гибридные сопроцессоры взаимодействуют между собой на математическом уровне или так же как СП с помощью физико-математических связей посредством преобразователей напряжение-ток, в соответствии со схемой соединений конкретной установки СТАТКОМ. Это обеспечивает возможность независимой разработки СП и сопроцессоров силового оборудования. Кроме этого, ГПС содержит блок БМ для осуществления информационно-управляющих функций, включающих

алгоритмы САУ и алгоритмы коммутации, учитывающие, в частности, типы

ппв.

В связи с ориентацией ПТС моделирования СТАТКОМ на применение в ВМК РВ ЭЭС, их реализация адаптирована для взаимодействия с информационной системой данного комплекса, что позволяет в реальном времени осуществлять управление параметрами модели в составе ЭЭС, наблюдение за процессом моделирования и преобразование данных с целью их последующего анализа. Предложенные принципы применимы и для моделирования других устройств FACTS, основой которых является СП и быстродействующая САУ.

Таким образом, для разработки ПТС моделирования СТАТКОМ необходимо создать аппаратные цифро-аналоговые средства моделирования основного силового оборудования СТАТКОМ и программные средства реализации его информационно-управляющих функций в ГПС и на всех информационных уровнях ВМК РВ ЭЭС.

2 ГИБРИДНЫЙ ПРОЦЕССОР ДЛЯ ВСЕРЕЖИМНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В РАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ СТАТИЧЕСКИХ СИНХРОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ В СОСТАВЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Для разработки всережимной модели силового оборудования, в соответствии с методикой построения всех специализированных гибридных процессоров в ВМК РВ ЭЭС [69, 70], выполнен анализ принципиальных схем, режимов и условий работы моделируемого оборудования, синтезированы адекватные схемы замещения и соответствующие им всережимные физико-математические модели.

2.1 Структура гибридного процессора СТАТКОМ

В соответствии с принципами построения ПТС моделирования СТАТКОМ и результатами анализа схемотехнических решений, приведенных в предыдущем разделе, в качестве базовой и универсальной схемы принята обобщенная схема СТАТКОМ с трехуровневым СП, приведенная на рисунке 2.1. Эта схема СП является базовой при создании СТАТКОМ и других устройств FACTS согласно решению ФСК ЕЭС [92]. Подключение к сети осуществляется через трансформатор TV1 со схемами соединения обмоток Y—Y или Y—А либо трансформатора с расщепленной обмоткой. В первом случае к вторичной обмотке подключен фильтр через выключатель Q5, и реакторы Р1-РЗ через QA, во втором - реактор и фильтр подключены к различным обмоткам. На приведенной принципиальной схеме ЦВН включает КБ, но в ГПС предусмотрена возможность моделирования и других накопителей энергии. Сопротивление R7, включенное между контуром заземления и общей точкой КБ (CI, С2) применяется для ограничения токов нулевой цепи N.

ABC

Рис. 2.1. Электрическая принципиальная схема СТАТКОМ с трехуровневым СП на полностью управляемых 1111 вентилях

При пуске СТАТКОМ на время заряда КБ выключатель Q4 разомкнут и ток заряда ограничен сопротивлениями RI-R3, после чего Q4 шунтирует сопротивления [12, 50]. В нормальном режиме работы СТАТКОМ выключатели Ql, Q3, Q4 и Q5 (Q2) находятся в замкнутом состоянии. Коммутация 1І11В VTI-VTI8 производится в соответствии с алгоритмами, не допускающими одновременной подачи сигналов на вентили различных плеч моста. Значения токов и напряжений в нормальном режиме не превышают номинальных значений для установленного оборудования.

Ненормальные режимы, не приводящие к повреждению оборудования СТАТКОМ, образуют: несимметрии по фазам, кратковременные превышения тока или напряжения, неравенство напряжений на полюсах СП, отключение фильтра, обрыв цепей заземления нулевых точек КБ или фильтра.

Аварийные режимы работы СТАТКОМ в ЭЭС определяют все воздействия на оборудование СТАТКОМ, приводящие его в данное состояние:

- Перенапряжения;

- Перегрузки по току;

- Перегрузки по мощности в быстропротекающих процессах;

- Тепловые перегрузки в медленно протекающих процессах.

Аварийные перенапряжения, могут быть как внешними, так и внутренними, и характеризуются уровнем, длительностью и скоростью изменения, не соответствующими проектным параметрам оборудования.

Внешние перенапряжения возникают в точке присоединения СТАТКОМ к сети и связаны с процессами в ЭЭС. Внутренние перенапряжения связаны с процессами в оборудовании СТАТКОМ. Причинами внутренних аварийных режимов могут быть [93]:

- Нарушения в работе САУ, потеря управляемости вентилей с изменением порядка их переключений;

- Существенное изменение схемы или параметров силового оборудования из-за пробоя изоляции или пробоя одного или нескольких вентилей;

- Комбинация указанных причин.

Подобные аварийные режимы сопровождаются протеканием повышенных токов, и недопустимыми тепловыми и электродинамическими воздействиями на оборудование. Вместе с тем большинство внутренних аварий не приводит к значительным изменениям токов в элементах силовой цепи. Результатом таких аварий обычно являются отклонения напряжения в точке присоединения и повышенный уровень пульсаций на стороне выпрямленного напряжения.

Структурная схема ГПС, соответствующая принципам построения ПТС моделирования СТАТКОМ и представленной принципиальной схеме с учетом совокупности обозначенных обстоятельств, приведена на рисунке 2.2

Рис. 2.2. Структурная схема гибридного процессора СТАТКОМ

ГПС содержит гибридные сопроцессоры трансформатора (ГСТ), фильтра (ГСФ), реактора (ГСР), цепи выпрямленного напряжения (ГСЦВН) и СП. Сопроцессоры выполняют непрерывное решение дифференциальных уравнений математических моделей оборудования СТАТКОМ (2.1-2.4). Результат решения посредством блока аналого-цифрового преобразования (БАЦП) поступает в блок микропроцессоров (БМ). БМ осуществляет весь спектр преобразований данных, необходимый для наблюдения за процессом моделирования, управления в реальном времени параметрами моделей силового оборудования, состояниями ЦУАК цифроуправляемых продольных

(ЦПрК) и поперечных коммутаторов (ЦПоК), а также СП в соответствии с заданными режимами работы, типом ППВ и алгоритмами САУ СТАТКОМ. Выполнение алгоритмов САУ тоже реализуется в БМ. Использование цифроуправляемых аналоговых ключей позволяет адекватно воспроизводить коммутационные процессы СП на модельном физическом уровне.

Изменение состояния ключей продольной и поперечной коммутации позволяет воспроизвести: всевозможные междуфазные замыкания и замыкания на землю; указанные выше несимметричные и аварийные режимы работы СП, путем запрета на управление ЦУАК и их установки в то или иное фиксированное состояние. Пофазное управление всеми параметрами позволяет смоделировать обрывы цепей, любые несимметрии в фазах установки. Перечисленные анормальности практически полностью перекрывают возможные режимы работы СТАТКОМ. Моделирование пусковых токоограничивающих резисторов (для заряда конденсатора) можно осуществлять изменением в реальном времени значения активного сопротивления в модели реактора.

Статический преобразователь, реализованный на модельном физическом уровне, предусматривает возможность моделирования работы трехуровневого и двухуровневого СП. Для моделирования СТАТКОМ с другими топологиями СП в ГПС предусмотрены физические выходы Б А, ¿>5, Б с, ¿>1, $¡2 и выход цифровой шины. Эти выходы позволяют подключать любые другие модели СП, а также объединять аналогичные СГП по ЦВН.

2.2 Физико-математическая модель СТАТКОМ

Схема замещения части СТАТКОМ, включающей в себя реакторы, пусковые резисторы, СП и ЦВН, представлена на рисунке 2.3. Применяемое разделение ГПС на основные части и соответствующие им сопроцессоры позволяет осуществлять раздельный синтез математического описания

силового оборудования СТАТКОМ и выполнять независимые разработку и исследование средств программно-технической их реализации.

А21 А22

В21 В22 С21 С22 $ $ $ $

и

\ К31

и8м

и ее Касб

'Б2

1

КБА1 / Кэдг Кбаз / КэА4 /

КБАБ и / ЗА КэАб /

КБВ1 / КэВ2 / Кэвз у КэВ4 /

и БВ К§вб

Кэс1 КБС2 КБСЗ КзС4

и

Б2

КэгЧ

Рис. 2.3. Схема замещения реакторов, статического преобразователя и цепи выпрямленного напряжения СТАТКОМ

Кбаь Кбвь _ идеальные ключи, замещающие 111Ш СП;

- суммарные активные сопротивления в ЦВН; С51, СБ2 - суммарные емкости КБ;

ЬКА, 1КВ, Ьяс - индуктивности токоограничивающих реакторов;

Яде - суммарные сопротивления в фазах СТАТКОМ, равные суммам активных сопротивлений реактора, токоограничивающего резистора (в момент включения СТАТКОМ) и сопротивления, эквивалентирующего потери в фазе СП.

Процессы в фазах А, В, С реакторной цепи идентичны и для фазы А описываются уравнением

= ^(.иТА2 — и5А — ІЯАККА), (2.1)

где іКА - ток реактора фазы А\

иТА2 - напряжение на выводе вторичной обмотки трансформатора; и5А- напряжение фазы А СП.

Всережимная модель КБ в цепи выпрямленного напряжения выражена системой уравнений (2.2).

І СБ) — (УБЫ ~ УсБіУ'

ас - с5] где іС5) - ток в цепи КБ;

С5І - эквивалентное сопротивление и емкость КБ; иБ]- - напряжения на полюсах СП.

Для моделирования источника напряжения или накопителя энергии большой емкости значение напряжения задается управляемым по другим алгоритмам, разрабатываемым для конкретных электрических установок.

Схема замещения трансформатора присоединения СТАТКОМ приведена на рисунке 2.4.

Ац А12 ВЦ В12 СЦ С12

Рис. 2.4. Схема замещения трансформатора присоединения СТАТКОМ

где иТАІ, итві, итсі - фазные напряжения /-той обмотки трансформатора; ЬТАі, ЬТВі и Ьта - индуктивности /-тых обмоток трансформатора; ЯТАІ, Ктві и Ита - сопротивления /-тых обмоток трансформатора.

Коммутацией ключей Кті\/ реализуются различные схемы соединения обмоток трансформатора. С учетом возможных вариантов схем соединения

обмоток, всережимная математическая модель трансформатора для фазы А имеет следующий вид, идентичный для всех фаз:

^Г = Т^І~ит2А " Кт2АІГ2А + ^А^Р);

~ ¿ГЗЛ 1_(УтЗА ^ЗЛ'ГЗА + І^ТЗА м ) ,

РтА = №Т1АІТ1А + У^Т2А^Т2А + №ТЗАІТЗА;

І Фта = /сад.

В системе уравнений (2.3) использованы следующие обозначения: иТіА - напряжения на г'-тых обмотках трансформатора; ^гіа ~ число витков /-ой обмотки фазы А; ФТА - магнитный поток в сердечнике трансформатора; Рта ~ результирующая магнитодвижущая сила.

Напряжения на /-тых обмотках трансформатора при схеме соединения обмоток звезда равны фазным иТІА = иТАІ, а треугольник - линейным Утіа = ^таі ~ Усті- Фазный ток трансформатора при соединении обмоток в звезду равен току обмотки трансформатора іТАІ = іТІА, а при соединении в треугольник - разности токов двух обмоток іТАІ = іТІА — ітів.

Нелинейная взаимосвязь магнитного потока и результирующей магнитодвижущей силы определяется зависимостью магнитной индукции от напряженности магнитного поля и линейными размерами сердечника. Данная зависимость определяется экспериментально и при моделировании трансформаторов используют различные виды ее аппроксимации. Применение получили следующие виды аппроксимации [94]: кусочно-линейная, гиперболическая ФТА = к1РТА/(к2 + к3РТА), функцией арктангенса, экспоненциальная, логарифмическая, полиномиальная, гиперболическим синусом, гиперболическим тангенсом, методом сплайнов, и с использованием рациональных функций. В ГСТ, имеющем цифро-аналоговую структуру, достаточно достоверно можно реализовать КН с помощью кусочно-линейной (рисунок 2.5, а) и гиперболической аппроксимаций (рисунок 2.5, б), остальные либо не обеспечивают

44

достаточную точность либо в принципе не могут быть реализованы. КН может быть задана таблично по заранее рассчитанным значениям с использованием любой из указанных видов ее аппроксимации. Однако в этом случае невозможно воспроизвести характеристику КН непрерывно, что негативно повлияет на результаты моделирования.

а) б)

Рис. 2.5. Аппроксимации кривой намагничивания стали трансформатора

Кусочно-линейная аппроксимация не обеспечивает непрерывность производной потокосцепления, что негативно отразится на процессе моделирования, поэтому наиболее целесообразно использование гиперболической аппроксимации и ее непрерывного воспроизведения цифро-аналоговой структурой ГСТ.

Схема замещения фильтра, представленная на рисунке 2.6, позволяет реализовать различные типы фильтров: полосно-заграждающий фильтр (последовательно соединенные КБ и реактор), фильтр нижних частот (КБ или последовательно соединенный КБ и резистор) и их комбинация, которая позволяет обеспечить максимальное подавление на частоте резонанса и ограниченное подавление на частотах выше резонансной.

Рис. 2.6. Схема замещения фильтра где ЬГА, ЬРС — индуктивности реакторов фильтра;

^ьрв-> &ьрс ~ активные сопротивления реакторов фильтра; СРА, СРВ, Срс - емкости КБ фильтра;

ЯрА, Яр в, ЯрС - активные сопротивления резисторов фильтра. Процессы в фильтре описываются системой уравнений

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Васильев, Алексей Сергеевич

Основные результаты выполненной работы, обеспечившие достижение поставленной в диссертационной работе цели - создание программно-технических средств всережимного бездекомпозиционного моделирования в реальном времени статических синхронных компенсаторов в составе реальных энергосистем при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах их работы, заключаются в следующем:

1. Предложены принципы построения средств трехфазного всережимного моделирования в реальном времени статических синхронных компенсаторов и других устройств FACTS на его основе в ЭЭС.

2. Разработана структура реализации предложенных принципов построения программно-технических средств всережимного непрерывного моделирования в реальном времени СТАТКОМ, образующая гибридный процессор.

3. Синтезирована универсальная физико-математическая модель СТАТКОМ, достаточно полно и достоверно отражающая весь значимый спектр процессов в оборудовании СТАТКОМ и его функционирование в ЭЭС.

4. Разработаны функциональные схемы гибридных сопроцессоров трансформатора присоединения, сглаживающего реактора, фильтра и накопителя энергии, а также модельных физических реализаций статического преобразователя и продольно-поперечных коммутаторов трехфазных выходов СТАТКОМ. Гибридный процессор, реализованный по разработанным функциональным схемам, обеспечивает непрерывное и методически точное решение в реальном времени и на неограниченном интервале с гарантированной приемлемой инструментальной погрешностью жестких нелинейных систем дифференциальных уравнений, трансформатора, реактора, фильтра и конденсаторной батареи, а также адекватное воспроизведение коммутационных процессов СП и продольно-поперечного коммутатора.

5. Разработано специализированное программное обеспечение для БМ ГПС, Сервера ВМК ВР ЭЭС и пользовательский интерфейс, позволяющие осуществлять моделирование в реальном времени САУ СТАТКОМ, управление параметрами и структурами модели, наблюдение результатов моделирования и функциональные преобразования данных.

6. Выполнено компьютерное моделирование работы принципиальных схем всех сопроцессоров и СП ГПС, а также экспериментальные исследования автономного режима работы СТАТКОМ, результаты которых, в целом, подтверждают адекватность моделирования процессов в силовом оборудовании.

7. Проведены экспериментальные исследования разработанных ПТС моделирования СТАТКОМ в составе ВМК РВ ЭЭС, результаты которых свидетельствуют о достижении полноты и достоверности моделирования, а также наличии свойств и возможностей, необходимых для надежного и эффективного решения задач проектирования, исследования и эксплуатации ЭЭС, содержащих СТАТКОМ.

8. Проведенные дополнительные сопоставительные исследования моделирования ЭЭС с сетью электроснабжения, содержащей СТАТКОМ или УШР, КБ, иллюстрируют адекватность моделирования СТАТКОМ в ЭЭС и возможность обеспечения при его использовании более высоких показателей качества электроэнергии и устойчивости работы двигательной нагрузки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Васильев, Алексей Сергеевич, 2013 год

Список использованных источников

Идельчик В.И. Электрические системы и сети: учебник для вузов / В. И. Идельчик. - 2-е изд., стер. - М. : Альянс, 2009. - 592 с. Стабилизация напряжения электрической сети высокого напряжения внутрисетевыми управляемыми источниками реактивной мощности индуктивно-емкостного типа. Хроника. // Электротехника. 2011. - №3. -С. 58-62.

Ситников В.Ф., Чемоданов В.И., Бобылева Н.В., Адамоков Р.К. Основные направления развития электроэнергетики России в период до 2020 г. //Электрические станции. - 2007, - №5, - С. 8-12. ПРОГРАММА. «Создание в единой энергосистеме (ЕЭС) России гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока и устройств регулирования напряжения» // Прил. 5 к разделу 5 приказа №488 от 19.03.2003. - М.: ОАО «РАО ЕЭС», 2003. Методика оценки технико-экономической эффективности применения устройств FACTS в ЕНЭС России / Прил. 1 к распоряжению от 22.01.2009 №22р. -М.: ОАО «ФСК ЕЭС», 2009.

Кочкин В.И., Шакарян Ю.Г. Применение гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока в энергосистемах. - М.: ТОРУС ПРЕСС, 2011. - 312 е.: ил.

Ситников В.Ф. Совершенствование методов и средств управления режимами электроэнергетических систем на основе элементов гибких линий электропередач (FACTS): Дисс. на соискание степени докт. техн. наук. - Иваново: ИГЭУ, 2009. - 297 с.

Zhang Х.-Р., Rehtanz С., Pal В., Flexible AC Transmission Systems: Modelling and Control. Berlin: Springer, 2006. - 383 pp. Glanzmann G. FACTS. Flexible Alternating Current Transmission Systems. URL: http://www.eeh.ee.ethz.ch/uploads/tx_ethpublications/ Glanzmann_FACTS_internal.pdf. Дата обращения: 08.05.2013.

Hingorani N., Laszlo G. Understanding FACTS: concepts and technology of flexible alternative current transmission system / N. Hingorani, L. Gyugyi. - IEEE Press. - 2000. - 432 pp.

K. R. Padiyar. Facts controllers in power transmission and distribution // New age international. - 2007. - 550 pp.

Singh В., Saha R. Chandra A., Al-Haddad K. Static synchronous compensator (STATCOM): a review // IET Power Electron. - 2009. -Vol. 2.-Iss. 4.-P. 297-324.

Калиткин H.H. Численные методы. Главная редакция физ.-мат. литературы изд-ва «Науки». - М. - 1978. - 512 е.: ил. Веников В.А. Развитие некоторых методов моделирования в задачах электроэнергетики // Энергетика и транспорт. 1970. - №4. - С. 12-21. ГОСТ Р 54149-2010 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. -Введ. 2013-01-01. -М.: Стандартинформ, 2012. - 16 с. Суд В.К. HVDC and FACTS Controllers: применение статических преобразователей в энергетических системах: Пер. с англ.: НП «НИИА», 2009. - 344 е., ил.

Николаев А.В. Разработка принципов управления статическим синхронным компенсатором (СТАТКОМ) и исследование его работы на подстанциях переменного и постоянного тока: Дисс. на соискание степени канд. техн. наук. - Санкт-Петербург: НИИПТ, 2005. - 164 с. Пешков М.В. Разработка. и исследование системы управления статическим компенсатором реактивной мощности СТАТКОМ для электроэнергетических систем: Дисс. на соискание степени канд. техн. наук. - М.: ОАО «НТЦ электроэнергетики», 2008. - 159 с. Ситников В.Ф., Рябчинский М.В. Схемы полупроводниковых преобразователей для систем электропередачи // Электрические станции. - 2007. - №4. - С. 40-44.

20) P.K. Jin, M.S.A. Dahidah. Recent advances in multilevel voltage source converters based STATCOM technology // International Review of Electrical Engineering. - 2009. - Vol. 4, №6. - P. 1164-1181.

21) Кошелев K.C., Пешков M.B. Выбор параметров статического компенсатора реактивной мощности СТАТКОМ // Электротехника. -2008.-№7.-С. 34-37.

22) D. Hanson. A transmission SVC for National Grid Company pic, Incorporating a ±75 MVAr STATCOM // IEE Colloqium on Flexible AC Transmission Systems. - London. - Nov. 1998. -P 934-951.

23) T. Yoshii, S. Inoue, H. Akagi. A 6.6-kV Transformerless Cascade PWM STATCOM. Experimental Verification by a Three-Phase 200-V, 10-kVA Laboratory System // Electrical Engineering in Japan, - Vol. 170. - № 1. — 2010.-P. 55-64.

24) Карнавский И.А. Моделирование статического компенсатора реактивной мощности и мощности искажений на базе каскадного многоуровневого инвертора: Автореферат ... дис. канд. техн. наук. Нижний Новгород, 2012. - 19 с.

25) S.D.G. Jayasingha, D.M. Vilathgamuwa, U.K. Madawala. Cascade multilevel static synchronous compensator configuration for wind farms // IET Power Electron. - 2011. - Vol. 4. - Iss. 5. P. 548-556.

26) LIANG Y., NWANKPA C.O. A new type of STATCOM based on cascading voltage source inverters with phase-shifted unipolar SPWM. IEEE Industry Applications Conf., 33rd IAS Annual Meeting. - 1998. -Vol. 2.-P. 1447-1453.

27) Peng F.Z., Wang J. A universal STATCOM with deltaconnected cascade multilevel inverter // IEEE 35th Annual Power Electronics Specialists Conf., PESC. - 2004. - Vol. 5. - pp. 529-533.

28) Tolbert L.M., Peng F.Z.. Cunnyngham Т., Chiasson J.N. Charge balance control schemes for cascade multilevel converter in hybrid electric vehicles

// IEEE Transactions on industrial electronics. - 2002. - Vol. 49. - № 5. -PP. 1058-1064.

Разработка бестрансформаторного STATCOM на 6,6 кВ на базе пятиуровнего инвертора с экспериментом на опытном образце 200 В/10 кВА. URL: http://www.matic.ru/doc/articles/article2.pdf. Дата обращения: 01.10.2012.

Y. Kondo, Н. Fujita, Н. Akagi. A 6.6-kV Transformerless STATCOM Based on a Five-Level Diode-Clamped Converter. Experiments Using a Three-Phase Laboratory Model Rated at 200 V and 10 kVA // Electrical Engineering in Japan. - 2009. - Vol. 168. - № 2.- P. 60-68. M. Saeedifard R. Iravani J. Pou. Control and DC-capacitor voltage balancing of a space vector-modulated five-level STATCOM // IET Power Electron. - 2009. - Vol. 2. - Iss. 3. - P. 203-215.

Кириенко В.П., Слепченков М.Н. Комплексное устройство компенсации реактивной мощности искажения в системах питания с управляемыми выпрямителями // Электричество. - 2006. - №11. -С. 33-40.

Шейко П.А., Балыбердин J1.JI., Мазуров М.И., Николаев А.В. СТАТКОМ как средство компенсации реактивной мощности в сетях высокого напряжения // Новое в российской энергетике. - 2003. - №5. -С. 39^13.

Донской Н., Иванов А., Матисов В., Ушаков И. Многоуровневые автономные инверторы для электропривода и электроэнергетики // Силовая электроника. - 2008. - №1. - С. 43-46.

El-Moursi M.S., Sharaf A.M. Novel controllers for the 48-pulse VSC STATCOM and SSSC for voltage regulation and reactive power compensation // IEEE Transaction on power system. - 2005. -Vol. 20. -№4.-P. 1985-1997.

Пат. 2384876 Российская Федерация. Многоуровневый активный фильтр / М. Растоги, П.У. Хэммонд, С.Р. Симмс // Бюл. №8. -2009.

Пат. 2384876 Российская Федерация. Многоуровневый активный фильтр / М. Растоги, П.У. Хэммонд, С.Р. Симмс // Бюл. №8. -2009. Bilgin F., Ermis М. Current source converter based STATCOM: Operating principles, design and field performance // Electric Power Systems Research 81. - 2011. - P. 478-487.

Dong S., Lehn P.W. Modeling, analysis, and control of a current source inverter-based STATCOM // IEEE Trans on Power Delivery. - 2002. -Vol. 17. -№ 1. - P. 248-253.

Shauder C., Mehta H. Vector analysis and control of advanced static VAR compensators // IEE Proc.-C. - 1993. - Vol. 140. - № 2. - P. 299- 306. Soto, D., Green, T.C. A comparison of high-power converter topologies for the implementation of FACTS controllers // IEEE Trans. Industrial Electronics. - 2002. - Vol. 49. - №5. - P. 1072-1080. Mathur R.M., Varma R.K. Thyristor-Based FACTS Controllers for Electrical Transmission Systems. Piscataway // IEEE Press. - 2002. -518 pp.

Rodriguez J., Lai J.-S., Peng F.Z. multilevel inverters: a survey of topologies, controls, and applications // IEEE Transactions on industrial electronics. - 2002. - Vol. 49. - №4. - PP. 724-738.

Латыпов Д.Д. Анализ установившихся режимов электропередачи с универсальным регулятором потоков мощности // Электричество, -2008.-№3.-С. 2-8.

Полупроводниковые приборы [Электронный ресурс]. URL: http://www.abb.com. Дата обращения 11.04.2013.

IGBT модули [Электронный ресурс]. URL: http://www.igbt.ru. Дата обращения 11.04.2013.

Fukuda S., Imamura R. Application of a sinusoidal internal model to current control of three-phase utility-interface converters. - IEEE Trans, on Industrial Electronics. 2005.-Vol. 52,-№2.-P. 1103-1117.

Змазнов Е.Ю., Лозинова Н.Г., Кочкин В.И., КрайновС.В., Дроздов

A.В. Результаты первых испытаний СТАТКОМ в составе выборгской преобразовательной подстанции // Известия НИИ постоянного тока. -2011.-№65.-С. 19-26.

Гвоздев Д.Б., Илюшин П.В., Кочкин В.И., Фокин В.К., Фролов В.И. Применение адаптивной модели энергосистемы для управления источниками реактивной мощности // Электричество. - 2011. - №2. -С. 17-27.

Розанов Ю.К., Кошелев К.С., Смирнов М.И. Цифровая система управления статическим компенсатором реактивной мощности // Электричество. - 2006. - №7. - С. 25-30.

Станин В.В. Применение устройств компенсации реактивной мощности для оптимизации режимов и устойчивости межсистемной транзитной электропередачи 330 кВ Кольская АЭС - Ленэнерго: Автореферат ... дис. канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2005 - 23 с. Tsao-Tsung Ma. Novel Adaptive Control Schemes Based on Online-Trained Fuzzy Neural Networks for the STATCOM // International Review of Electrical Engineering, - 2010 - Vol. 5. - № 4. - P. 1648-1654. Molina M.G., Mercado P.E. Control Design and Simulation of DSTATCOM with Energy Storage for Power Quality Improvements. // IEEE/PES Transmission and Distribution Conference Latin America, Caracas, Venezuela. - 2006. - 7 pp.

B. Ronner P. Maibach T. Thurnherr. Operational experiences of STATCOMs for wind parks // IET Renewable Power Generation. - 2009. Vol. З.-Iss. 3.-P. 349-357.

S. Rahimzadeh, M. Tavakoli Bina, A. Houshmand Viki. Steady State Model of STATCOM and SSSC Using Averaging Technique // International Review of Electrical Engineering. - 2009. - Vol. 4. - № 6. -P.1391-1403.

Cavaliere C.A.C., Watanabe E.H., Aredes M.. Analysis and Operation of STATCOM in Unbalanced Systems // International Conference on Power Systems Transients, IPST Rio de Janeiro, Brasil. - 2001. N. Hatano, Y. Kishida, A. Iwata. STATCOM Using the New Concept of an Inverter System with Controlled Gradational Voltage // Electrical Engineering in Japan. - 2009. - Vol. 168. - № 4. - P. 58-65. Волков A.B., Волков B.A. Компенсация мощности искажений и реактивной мощности посредством активного фильтра с прогнозируемым релейным управлением // Электротехника, - 2008. -№3. - С. 2-10.

С.A. Cañizares, Modeling and Implementation of TCR and VSI Based FACTS Controllers / Internal report, ENEL and Politécnico di Milano, -Milan, Italy. - 1999. - 43 pp.

Киселев М.Г., Розанов Ю.К. Анализ режимов работы статического синхронного компенсатора реактивной мощности в режиме симметрирования нагрузки // Электричество. - 2012. —№3. - С. 63-69. Пат. 2377631 Российская Федерация. Способ регулирования мощности и устройство трехфазного инвертора / T.JI. Алексеева, JI.A. Астраханцев, В.А. Тихомиров, К.П Рябченко // Бюл. №36. -2009. Теличко Л.Я., Батраков Р.В. Параметрическое регулирование потоков мощности линий электропередач с применением управляемой продольной компенсации // Электротехнические комплексы и системы. - 2010. - №3. - С. 60-64.

G. Yao, L. Tao, L. Zhou, С. Chen. State-feedback Control of a Current Source Inverter-based STATCOM // Electronics and electrical engineering. -2010. №3(99).-T 170.-C. 17-22.

Пат. 2159951 Российская Федерация. Способ многозонного широтно-импульсного управления вентильным преобразователем / Сидоров С.Н. // 2009.

Saeedifard M., Nikkhajoei H., Iravani R. A space vector modulated STATCOM based on a three-level neutral point clamped converter // IEEE Trans. Power Deliv. - 2007. - P. 1029-1039.

Рыбкин C.E., Изосимов Д.Б. Широтно-импульсная модуляция напряжения трехфазных автономных инверторов // Электричество. -1997.-№6.-С. 34-39.

Рашитов П. А, Ремизевич Т.В. Анализ режимов коммутации тиристорного моста переменного тока // Силовая электроника. - 2010. - №3. - С. 24-28.

Хохлов Ю.И., Гиззатуллин Д.В., Осипов А.Г. Моделирование электромагнитных процессов в компенсированном выпрямителе с обратной связью по напряжению на основе АИН с ШИМ // Вестник Южно-Уралького государственного университета. - 2008. - №11. -С. 32-38.

Гусев А.С. Концепция и средства всережимного моделирования в реальном времени электроэнергетических систем: Дисс. на соискание степени докт. техн. наук. - Томск, 2008. - 317 с.

Гусев А.С. Концепция и средства всережимного моделирования в

реальном времени электроэнергетических систем // Известия вузов.

Проблемы энергетики. - 2008. - № 9-10/1. - С. 164-170.

Баринов В.А., Совалов С.А. Режимы энергосистем: Методы анализа и

управления. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 440 с.

Standard models library. Eurostag package: User guide. Release 4.4. -

2008.-250 pp.

Deuse J., Stubbe M., Meyer В., Panciatici P. Modelling of FACTS for power system analisis // CIGRE 320-04. - 1995. - 6 c. O. Anaya-Lara and E. Acha Modeling and analysis of custom power systems by PSCAD/EMTDC // IEEE Transactions on power delivery. -2002. - Vol. 17. - № 1. - pp. 266-272.

Segundo-Ramírez J., Medina A. Modeling of FACTS Devices Based on SPWM VSCs // IEEE Transactions on power delivery. - 2009. - Vol. 24. -№ 4. - C. 1815-1823.

Дьяконов В.П., Пеньков A.A. MATLAB и Simulink в электроэнергетике. Справочник. - M.: Горячая линия - Телеком, 2009. -816 е., ил.

В.М. Ремезовский, И.В. Беляев. Моделирование работы управляемых компенсаторов в электрических сетях // Вестник МГТУ, том 13, №4/2, 2010 г.-С. 923-924.

N. М. R. Santos, V. Fernao Pires. Three-phase STATCOM based on a single-phase current source inverter // Energy Procedia 14 - 2012. -P. 2102-2107.

Shahgholian G. Development of State Space Model and Control of the STATCOM for Improvement of Damping in a Single-Machine Infinite-Bus // International Review of Electrical Engineering, - 2009. - Vol. 4. - №6. -P. 1367-1375.

Законыиек Я., Славутский A. JI. Цифровое моделирование современных энергосистем в реальном времени // Релейная защита и автоматизация. - 2012. - №01 (06). - С. 54-59.

Пат. 100711816 Корея. Hybrid upfc simulator / Kim Soo Yeol, Yoon Jong Soo, Chang Byung Hoon, Moon Seung Pil, Lee Won Kyo, Baek Doo Hyun, Kwak Bang Myung, Choo Jin Boo // 30.06.2007. Мурзиков A.A. Повышение устойчивости синхронных генераторов в системе внутризаводского электроснабжения с помощью быстродействующего компенсатора реактивной мощности: Дисс. на соискание степени канд. техн. наук. - Магнитогорск: МГТУ, 2011. -173 с.

Н. Khalilinia. J. Ghaisari Sub-Synchronous Resonance Damping in Total Variation Ranges of Operating Conditions Using a STATCOM // International Review of Electrical Engineering. - Vol. 4. №.1 - P. 94-101.

84) Cañizares C.A., Pozzi M., Corsi S., Uzunovic E.. STATCOM modeling for voltage and angle stability studies // Electrical Power & Energy Systems. -2002.-20 c.

85) Латыпов Д.Д. Исследование режимов и устойчивости электроэнергетической системы, содержащей управляемую электропередачу: Автореферат ... дис. канд. техн. наук. М.: МЭИ (ТУ). - 2009. - 20 с.

86) Ghazanfar Shahgholian, Jawad Faiz. Static Synchronous Compensator for Improving Performance of Power System: a Review // International Review of Electrical Engineering. - 2010. - Vol. 5. - N. 5 - P. 2333-2342.

87) A.S.P.Kanojia, B.Dr.V.K.Chandrakar. Damping of Power System Oscillations by using coordinated tuning of POD and PSS with STATCOM // World Academy of Science, Engineering and Technology. - 2009. -P. 1067-1072.

88) L.J. Cai, I. Erlich. Simultaneous coordinated tuning of PSS and FACTS controller for damping power system oscillations in multi-machine systems // IEEE Bologna Power Tech. - 2003. - 6 pp.

89) Балыбердин Л.Л., Кощеев Л.А., Лозинва Н.Г., Мазуров М.И., Ковалев В. Д. Повышение энергоэффективности энергосистем путем применения вставок постоянного тока // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. - 2010. -№3. - С. 2-6.

90) N. Aouzellag Laha9ani, D. Aouzellag, В. Mendil. Static compensator for maintaining voltage stability of wind farm integration to a distribution network Three-phase STATCOM based on a single-phase current source inverter // Renewable Energy 35. - 2010. - P. 2476-2482.

91) Qiao W., Venayagamoorthy G.K., Ronald G.H. Real-time implementation of a STATCOM on a wind farm equipped with doubly fed induction generators. // IEEE Transactions on Industry Applications. - 2009. - 45(1). -P. 98-107.

СТАТКОМ [Электронный ресурс]. URL: http://www.fsk-ees.ru/innovation/intelligent_network/new_types_o f_power_equipment_of _substations_and_overhead_power_lines/static_compensator_statcom/. Дата обращения: 23.01.2013.

Кошелев К.С. Исследование и разработка средств защиты статического тиристорного компенсатора реактивной мощности с цифровой системой управления: Дисс. на соискание степени канд. техн. наук. - М: МЭИ (ТУ), 2008. - 191 с.

Матюк В.Ф., Осипов A.A. Математические модели кривой намагничивания и петли магнитного гистерезиса. Часть I. Анализ моделей // Неразрушающий контроль и диагностика. - 2011. - №2. -С. 3-35.

Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических схемах. Учебник для электротехнических и электроэнергетических вузов и факультетов. М., «Энергия», 1970. -520 е.: ил.

Тимонтеев В.Н., Величко J1.M., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Радио и связь, 1982. - 112 е.: ил.

Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. Практика аналогового моделирования динамических систем: Справочное пособие - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 384 е.: ил.

Internally Trimmed Precision 1С Multiplier [Электронный ресурс]. URL: http://www.analog.com. Дата обращения: 13.09.2012. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования: Учеб. пособие для вызов / О.Д. Гольдберг, О.Б. Буль, И.С. Свириденко, С.П. Хелемская; Под ред. Гольдберга О.Д. -М.: Высш. шк., 2001. - 512 е.: ил.

100) Котенев С., Евсеев А. Переходные процессы при включении трансформатора в сеть с синусоидальным напряжением // Силовая электроника. - 2005. - №4. - С. 34-37.

101) I. Kumar Yadav, N. Kumar Yadav. Evaluation of Shunt Reactive Power Compensation Evaluation of Shunt Reactive Power Compensation // Journal of Energy and Power Engineering. - 2012. - №6. - P. 784-791.

102) BMK PB ЭЭС. Всережимный моделирующий комплекс реального времени ЭЭС:Техническое описание и инструкция по эксплуатации / Томск, ТПУ. - 2008. - 109 с.

103) Дорофеев И.Н., Летуновский Д.Н., Маргулян A.M. Пилотный проект активно-адаптивной сети кластера «Эльгауголь» - задачи создания и основные технические решения // Релейная защита и автоматизация. -2011. -№3 (04).-С. 70-77.

104) Всережимная трехфазная модель энергокластера «Эльгауголь» (ВМЭЭ). - М.: ЗАО «НОВИНТЕХ». 2011. - Книга 2. - 85 с.

105) Noroozian М., Petersson N., Thorvaldson В., Nilsson В. A., Taylor С. W., Benefits of SVC and STATCOM for electric utility application. // IEEE PES Transm. Distrib. Conf. Expo. 2003. - Vol. 3. - P. 1143-1150.

106) J.V.V.N Bapiraju, U.J. Shenoy K.G., Sheshadri, H.P. Khincha, D. Thukaram. Implementation of DSP Based Relaying with Particular Reference to Effect of STATCOM on Transmission Line Protection / lntemetlonal Conference on Power System Technology - POWERCON 2004. - Singapore. - 2004. - P. 1381-1385.

107) El-Moursi M.S., Sharaf A.M. Novel STATCOM Controllers for Voltage Stabilization of Stand Alone Hybrid (Wind/Small Hydro) Schemes // International Journal of Emerging Electric Power Systems. - 2006. -Vol. 7. - Iss. 3. - Art. 5.-25 c.

вл-юз

пса

1—г

ВД

т- X К

■¿¿г1

ад

|Л Л1 О 6 НзД14Нз|115 МПЫЫП 6 6|Л £

АШЗ *яч А0В

| КБ25_КБ26 1

К ПС Призейскоя

Рис. Б.1. Однолинейная схема трехфазной всережимной модели энергокластера «Эльгауголь»

□

5 О

N

я Я

Н >

I

К ПС А К ПС Б

Рис. Б.1. Однолинейная схема трехфазной всережимной модели энергокластера «Эльгауголь» (продолжение)