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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于 PSCAD/EMTDC 软件的直流输电 系 统 数 字 仿 真任 震 1, 欧开健 1, 荆 勇 1, 余 军 2(11华南理工大学 电力学院 , 广东 广州 ;21电力科学研究院电力系统仿真中心 , 北京 摘要 :对直流输电系统物理仿真和数字仿真进行了比较 , 说明了直流输电系统数字仿真具有安全 性 、 经济性和方便性等优点 , 且数字计算机 、 数值计算技术以及与系统仿真有密切关系的新技术的 飞速发展为其提供了技术可能性 , 提出了基于 PSC AD/E MTDC 软件建立直流输电系统模型应该遵 循的一般原则和要求 :在模型中保留直流控制保护系统 、 保持系
2、统的动态性能和对交流系统进行有 原则的等值简化 。关键词 :PSCAD/E MTDC; 直流输电系统 ; 数字仿真中图分类号 :TM 769; TM72111文献标识码 :A 文章编号 :1006-6047(2002 09-0011-020引言EMTDC(Electro -Magnetic Transient in DC system 是一个离线仿真的电磁暂态计算程序 , 它有精确的 直流元件模型、 方便的数据输入方式以及强大的数 据分析功能 , 是进行直流系统分析和工程研究的有 力工具。 PSCAD 图形界面 (GUI 的成 功开发 , 使得 用户能更方便地使用 E MTDC 进行电力系统仿
3、真计 算。 E MTDC 是 PSCAD/EMTDC 仿 真 的 核 心 程 序 , PSC AD 是与 EMTDC 完美结合的一个强大的图形用 户界面 , 用户可以在一个完全集合的图形环境下构 造仿真电路 , 运行、 分析结果和处理数据 , 保证并提 高了研究工作的质量和效率 1。与直流输电系统物理仿真相比较 , 直流输电系 统数字仿真具有很多独特的优点。本文提出了基于 PSC AD/EMTDC软件建立直流输电系统模型应该遵 循的一般原则和要求 , 分析了基于该软件的直流输 电数字仿真系统的主要特点 , 并提出了其基本功能。1直流输电系统物理仿真和数字仿真直流输电系统仿真按仿真模型可分为物理
4、仿真 和数字仿真。人们很早就采用直流计算台、 动态模 拟和模拟计算机等物理仿真方 法研究直流输 电系 统。这种数模混合式仿真虽然可以实时仿真直流输 电系统的运行过程 , 也能给出与现场完全一致的物 理现象 , 但由于数模混合式仿真中的直流系统物理 模拟仿真器通常由数十个庞大的机柜组成 , 占地面 积大 , 造价昂贵 , 不利于推广应用 2。直流输电系统数字仿真具有不受原模型系统规 模和结构复杂性的限制、 能保证系统的安全性和良 好的经济性、 方便性等许多优点 3。从直流输电数 字仿真发展的技术可能性看 , 近几十年来 , 数字计算 机和数值计算技术已经得到了飞速的发展 , 面向对象 技术、 现
5、代数字仿真算法、 高性能的可视化数值计算 工具软件等与系统仿真有密切关系的新技术发展也 很快 , 为直流输电数字仿真的研究提供了有利条件。2基于 PSCAD/EMTDC 软件建立直流输电 系统模型的一般原则和要求直流输电系统中 的直流控制保护系统比较复 杂 , 它对直 流输电系统的性能 起着决定性作 用 , 所 以 , 建立在 PSC AD/E MTDC 软件上的直 流输电系统 控制保护模型应该与实际的直流控制保护相一致。 在直流控制保护的仿真模型中 , 控制系统的功 能块跟实际的功能块应该在物理连接上十分相似 , 它们执行的算法和逻辑应该相同 , 运算的时间步长 也应该一样 , 这对于研究直
6、流系统的动态性能十分 重要。但对于与硬件相关的功能 , 如运行人员控制、 远动接口、 开关场联锁等 , 由于它们对控制的动态性 能来说是非关键 因素 , 所 以在模型中可以 不表达。 同样 , 控制系统的冗余也可以不包括在仿真模型中。 如果与直流输电 系统连接的交流系统规模很 大 , 没有必要也不可能对交流系统中的所有机组和 节点进行完全模拟 , 必须对系统进行等值简化。 a. 等值简化网与原网的潮流分布及动态特性 应保持一致 , 所以 , 如果系统有多种不同的典型运行 方式 , 为满足该要求 , 应采用不同的交流系统等值简 化网。b. 交流系统等值简化应适合于用 PSCAD/EMT -11第
7、 22卷第 9期 2002年 9月电 力 自 动 化 设 备Elec tric Power Automation EquipmentVol. 22No. 9 Sep. 2002-3基于 PSCAD/EMTDC 软件的直流输电数 字仿真系统的特点a. 数字计算机不可能连续地模拟暂态现象 , 只 能在离散的时间点 (步长 $t 求解。 $t 可以根据需 要进行选择 , 为了使仿真具有较高的精度并避免仿 真时间过长 , 步长 $t 一般为 2550L s 。b. PSC AD/E MTDC 的元件模型库 (Library 提供 了很多常用的电力系统元件模型 , 但在实际的直流 输电系统中 , 有很多
8、元件具有特殊的功能和特性 , 为 了准确地在仿真模型中表达这些元件 , 需要用户自 定义元件模型。c. 在所建立的仿真系统中 , 交流系统中的发电 机、 交流线路、 负荷、 变压器等可根据需要采用不同 的模型。例如 , 在天广交直流混合输电系统数字仿真 模型中 , 其交流系统的发电机采用派克方程模型 , 包 括水轮机和汽轮机模型以及发电机励磁调节器模型、 调速器模型、 原动机模型和电力系统稳定器模型 ; 交 流线路采用 Bergeron 模型和等值 模型 ; 负荷采用恒 阻抗负荷模型 ; 变压器采用理想变压器模型。d. 要修改仿真系统中某个元件的参数 , 可通过 其弹起菜单进行。 PSC AD
9、/E MTDC 具有图形用户界 面 , 所有元件的参数通过弹起菜单输入。e. PSCAD/EMTDC 软 件的运行环境 Runtime 中 可以显示曲线 (Curve , 随着程序的运行可以观察到 曲 线 的 变 化 情 况。 也 可 以 把 滑 块 (Slider 、 按 钮 (Push-button 、 刻 度盘 (Dial 和仪 表 (Meter 等加 在 Runtime 中 , 以便交互地控制程序。输出可以通过曲 线 (Curve 来显示 , 也可以通过仪表 (Meter 进行模拟 或数字显示。4基于 PSCAD/EMTDC 软件的直流输电数 字仿真系统的基本功能以 PSC AD/E
10、MTDC 程序为软件平台的直流输电 数字仿真系统是分析和研究直流输电系统和交直流 相互影响等问题的有力工具 , 有以下基本功能。 a. 直流 输电 控 制保 护 系统 参数 优 化的 研 究 功能。b. 故障 暂态工况的离 线分析功能 ; 在负荷 变 化、 电压或电流整定值改变等情况下的系统动态特 性研究功能 ; 直流输电系统不同控制方式或运行方 式间的相互转换时的动态特性研究功能。c. 交直流联网系统的相互作用研究功能。d. 在非理想条件下直流输电系统的谐波特性 研究功能。e. 利用 PSCAD/EMTDC 程序的 MATLAB 接口进 行可视化数值计算功能。f. 工程 数据库功能。直流输电
11、系 统数字仿真 模型中包含了系统的结构和参数、 一次主设备的结 构和参数、 HVDC 控制保护系统的结构和参数等。参考文献 :1林 良 真 , 叶 林 . 电磁 暂 态 分 析 软 件 包 PSCAD/E MTDC J. 电网技术 , 2000, 24(1 :65-66.LIN Liang -zhen, YE Lin. An introduction to PSCAD/E MTDC J. Power System Technology , 2000, 24(1 :65-66. 2石 岩 , 张晋 华 , 奚 华中 , 等 . 纯数 字高 压直 流输 电仿 真 培训系统的研究 J. 电力系统自动
12、化 , 1999, 23(23 :31-32, 54.S HI Yan, ZHANG Jin -hua, XI Hua -zhong, et al. Study on com -pletely digi tal simulation training system for HVDC systemJ. Automation of Electric Power Systems , 1999, 23(23 :31-32, 54.3陈礼义 , 顾 强 . 电力系统 数字仿真及其发展 J. 电力 系 统自动化 , 1999, 23(23 :1-6.CHEN L-i yi, GU Qiang. Power
13、 system digital si mulation and its development J. Automation o f Electric Power Systems , 1999, 23(23 :1-6.(责任编辑 :戴绪云 作者简介 :任 震 (1938- , 男 , 江苏 宜兴 人 , 教授 , 博 士研 究生 导 师 , 主要研究方向为高压直流输电 、 电力市场 、 电力系统规 划 与可靠 性 、 小 波 分 析 及 其 在 电 力 系 统 中 的 应 用 (E -mail: epzhrenscut. edu. cn ;欧开健 (1974- , 男 , 广东 阳春 人 , 硕
14、士 研究 生 , 主要 研 究方向为高压直流输电 (E -mail:oukaijian263. net ;荆 勇 (1963- , 男 , 辽宁 本溪 人 , 博士 研究 生 , 主要 研 究方向为高压直流输电 ;余 军 (1971- , 男 , 湖南 湘潭 人 , 博士 研究 生 , 主要 从 事直流输电和电力系统仿真工作 。Digital simulation of HVDC transmission system based on PSC AD/EMTDCRE N Zhen 1, OU Ka-i jian 1, JING Yong 1, YU Jun 2(1. South China U
15、niversity of Technology, Guangzhou , China;2. Po wer System Simulation Center of Electric Power Research Institute, Beijing , China Abstract:The comparison between physical simulation and digital simulation of HVDC transmission system i-l luminates that the latter has the advantages in security, eco
16、nomics and convenience. The rapid development of relative technologies, such as digital computer and computational techniques, makes it possible technically. The general principles and requirements for establishing the model of HVDC transmission system based on PSCAD/ EMTDC(Electro -Magnetic Transient in DC System are proposed. The DC control and protec t syste m should be reserved in the model, the dynamic perfor mance of the system kept and the AC system simplified according to some principles.12电 力 自 动 化 设 备 2002年专心-专注-专业