直列補償器の例

導入

送電線における直列容量補償の使用は送電能力を大幅に向上させ、送電資産の有用性を最大化する効果的かつ経済的な戦略であることが証明されている。また、誘導性リアクタンスを補償する容量性無効電力の挿入によって線路インピーダンスが低減することでもシステムの安定性が向上する [ 1 ]。しかしながら、直列補償システムに組み込まれた保護機能は、金属酸化物バリスタ（MOV）やバイパススイッチなど、事故発生時にコンデンサへの損傷を防ぐための重要な機器から構成される [ 2 ]。MOVは、所定の電圧レベルに達するまで開回路として機能し、所定の電圧レベルに達すると導通を開始してコンデンサバンクを保護する。バイパススイッチは、MOVの導通が物質エネルギーフロー閾値を超えると閉じてMOVを保護し、金属酸化物ディスクの亀裂を引き起こす可能性のある短時間での過剰なエネルギー吸収を回避する [ 3 ]。このサンプルモデルは、直列補償と時間定義障害挿入メカニズムを備えた500 kV 3相送電線で構成されている。

この例の目的は、事前定義された制限を超える過電圧をクランプすることでコンデンサ バンクを保護する MOV モデルを示し、エネルギー パスを変更することで MOV を導通状態から外し、MOV を保護するバイパス スイッチの動作を示すことです。

モデルの説明

このモデルは、図 1に示すように、次の要素で構成されています。

1. 電圧源（Vs1）
2. 伝送線路（RLセクション1）
3. 直列補償（3相直列補償器）
4. 負荷（定インピーダンス負荷4）
5. 障害（S4 + スイッチコントローラ + R1）

三相グリッドは、500 kV / 60 Hz の電圧源と、RL セクションとしてモデル化された伝送線路で構成されています。3 相直列補償器は、図 2に示すように、電気システムの相ごとに 1 つの単相直列補償器コンポーネントで構成されるサブシステムです。各単相直列補償器コンポーネントには、内部 MOV モデルとバイパス スイッチがあり、どちらもコンポーネントのマスクを通じてパラメーター設定できます。この例では、3 相直列補償器サブシステムは、内部コンポーネントと同じマスクを持つように設計されており、内部コンポーネントのパラメーターを自動的に変更できるようにいくつかの変更が加えられています。すべての設定は、最上位層のコンポーネント プロパティで構成できます。

図2は、直列補償器コンポーネントの内部回路を示しています。MOVは、ダイオードレッグ部品、2つの制御電圧源、および2つの抵抗器としてモデル化されています。ダイオードレッグは、電圧×電流曲線が実際のMOVデバイスの曲線と同様に振る舞うことを保証します。制御電圧源と抵抗器は、それぞれダイオードレッグのコンダクタンス制限と曲線の傾きを調整します。MOV内部の抵抗器の値は、コンポーネントパラメータに基づいて自動的に計算されます。

バイパスブレーカーは、抵抗RとインダクタLの並列接続に直列接続されたスイッチSを含む分岐で実装されます。この分岐はMOVに並列接続されます。エネルギーカウンタはMOVを流れるエネルギー量を計算し、その量が定義されたエネルギー閾値を超えるとスイッチSを閉じます。

最後に、負荷は定インピーダンスとしてモデル化され、故障挿入コンポーネントはスイッチコントローラと単相スイッチとしてモデル化されます。スイッチコントローラは、指定されたシミュレーション時間にスイッチを閉じ、故障抵抗R1による単相短絡を適用します。故障スイッチの開閉時間は、図4に示すように、スイッチコントローラのマスクで定義できます。

この例では、HIL デバイスの3 つの異なるコア間でリソース使用を分散するために、2 つのコア カップリングが使用されています。同じ SPC で 3 つの直列補償器コンポーネントを使用するには、大量のマトリックス メモリを使用する必要があります。そのため、図 1に示すように、3 相直列補償器は、それぞれの側にカップリング コンポーネントがある別のコアに配置する必要があります。カップリング コンポーネントの赤い側は、その電流源側を表します。電流源によって発生する可能性があるトポロジ競合の影響を考慮して、コア カップリング 1 は赤い側が直列補償器に面するように配置され、コア カップリング 2 は赤い側が負荷に面するように配置されました。このコア カップリングの配置方向は、カップリング ソースからの電流のパスを提供すると同時に、電圧源 (緑の側) のより遅いダイナミクス回路部分を接続することを目的としています。両方のカップリングの電圧源側が同時に直列補償器に面していないことを強調することが重要です。これは、並列に接続されたソースの劣化を引き起こすためです。コアカップリングの配置に関する原則の詳細については、専用のドキュメント ページを参照してください。

シミュレーション

このアプリケーション例には、キャプチャ/スコープウィジェットのみで構成される、構築済みのSCADAパネル（図5 ）が付属しています。このパネルには、必要な信号（すべてフェーズAを参照）が既に設定されています。このパネルは、ニーズに合わせて自由にカスタマイズできます。

シミュレーションで最も重要なイベントは1秒間続きます。A相の単一線路故障は、シミュレーション時間30/60秒から60/60秒の間に発生するように設定されています。故障は、スイッチコントローラが30/60秒にスイッチS4を閉じたときに適用されます。コントローラは故障をクリアし、60/60秒にS4を開きます。3相直列補償器コンポーネントは、コンデンサ過電圧しきい値が約160 kV、MOVを流れるエネルギー制限が20 MJに設定されています（図6および図7 ）。これらの値は、[ 1 ]および[ 4 ]に示されているように、MOVデータシートに従って定義されています。

スコープウィジェットの1つ目と2つ目のウィンドウには、シミュレーション中のMOVの電圧と電流がそれぞれ表示されます。3つ目のウィンドウには、コンデンサに流れる電流とバイパススイッチに流れる電流の2つの信号が表示されます。4つ目のウィンドウには、MOVを流れるエネルギーが表示されます。自動トリガーが設定されていないため、シミュレーションの計画されたイベントをキャプチャするには、シミュレーションを開始する前にキャプチャ/スコープウィジェットの「強制」ボタンをクリックする必要があります。シミュレーション結果は図8に示されています。

図9は、シミュレーションのメインイベントを拡大表示した結果を示しており、カーソルはビューポート1の電圧レベルを測定するように配置されています。図9に示すように、電圧クランプは3相直列補償器の定義済み電圧閾値に従っていることに注意してください。ビューポート2と3に示された信号では、コンデンサバンクとMOVの電流が相補的であることが確認でき、MOVが期待どおりに動作していることが確認できます。図8のビューポート3と4では、エネルギーレベルが20MJに達したときにバイパススイッチが閉じていることも確認できます。

テスト自動化

この例のテスト自動化はまだありません。ご協力いただける場合はお知らせください。アプリケーションノートへの署名を喜んで承ります。

要件の例

表1は、モデルをリアルタイムで実行するためのファイルの場所とハードウェア要件に関する詳細情報と、この最小限のハードウェア構成でモデルを実行した場合のHILデバイスのリソース使用率を示しています。この情報は、モデルの実行とカスタマイズを必要に応じて行う際に役立ちます。

参考文献

[1] OV Sivov、HA Abdelsalam、EB Makram、「風力発電における故障時のMOV保護直列補償器の動作」、 2015年北米電力シンポジウム（NAPS） 、2015年、pp. 1-6、doi: 10.1109/NAPS.2015.7335164。https://ieeexplore.ieee.org/document/7335164より取得

[2] DL Goldsworthy、「Mov保護直列コンデンサの線形化モデル」、 IEEE Transactions on Power Systems 、第2巻、第4号、953-957頁、1987年11月、doi: 10.1109/TPWRS.1987.4335284。https://ieeexplore.ieee.org/document/4335284より引用

[3] 「伝送線路直列コンデンサバンクへの保護リレー適用に関するIEEEガイド」、 IEEE Std C37.116-2018（IEEE Std C37.116-2007の改訂版） 、vol., no., pp.1-88、2018年10月19日、doi: 10.1109/IEEESTD.2018.8497106。https://ieeexplore.ieee.org/document/8497106から取得

[4] ネコウビン、アブドラミール「MOV保護された直列補償伝送線路のシミュレーション」世界科学工学技術アカデミー58（2011） ：1002-1006。

著者

1. ホセ・オクタビオ・セザーリオ・ペレイラ・ピント