基于PSCAD-EMTDC軟件的直流輸電系統(tǒng)數(shù)字仿真(精).doc

基于 PSCAD/EMTDC 軟件的直流輸電 系 統(tǒng) 數(shù) 字 仿 真任 震 1, 歐開健 1, 荊 勇 1, 余 軍 2(11華南理工大學 電力學院 , 廣東 廣州 510640;21電力科學研究院電力系統(tǒng)仿真中心 , 北京 100085摘要 :對直流輸電系統(tǒng)物理仿真和數(shù)字仿真進行了比較 , 說明了直流輸電系統(tǒng)數(shù)字仿真具有安全 性 、 經(jīng)濟性和方便性等優(yōu)點 , 且數(shù)字計算機 、 數(shù)值計算技術以及與系統(tǒng)仿真有密切關系的新技術的 飛速發(fā)展為其提供了技術可能性 , 提出了基于 PSC AD/E MTDC 軟件建立直流輸電系統(tǒng)模型應該遵 循的一般原則和要求 :在模型中保留直流控制保護系統(tǒng) 、 保持系統(tǒng)的動態(tài)性能和對交流系統(tǒng)進行有 原則的等值簡化 。關鍵詞 :PSCAD/E MTDC; 直流輸電系統(tǒng) ; 數(shù)字仿真中圖分類號 :TM 769; TM72111文獻標識碼 :A 文章編號 :1006-6047(2002 09-0011-020引言EMTDC(Electro -Magnetic Transient in DC system 是一個離線仿真的電磁暫態(tài)計算程序 , 它有精確的 直流元件模型、 方便的數(shù)據(jù)輸入方式以及強大的數(shù) 據(jù)分析功能 , 是進行直流系統(tǒng)分析和工程研究的有 力工具。 PSCAD 圖形界面 (GUI 的成 功開發(fā) , 使得 用戶能更方便地使用 E MTDC 進行電力系統(tǒng)仿真計 算。 E MTDC 是 PSCAD/EMTDC 仿 真 的 核 心 程 序 , PSC AD 是與 EMTDC 完美結合的一個強大的圖形用 戶界面 , 用戶可以在一個完全集合的圖形環(huán)境下構 造仿真電路 , 運行、 分析結果和處理數(shù)據(jù) , 保證并提 高了研究工作的質量和效率 1。與直流輸電系統(tǒng)物理仿真相比較 , 直流輸電系 統(tǒng)數(shù)字仿真具有很多獨特的優(yōu)點。本文提出了基于 PSC AD/EMTDC軟件建立直流輸電系統(tǒng)模型應該遵 循的一般原則和要求 , 分析了基于該軟件的直流輸 電數(shù)字仿真系統(tǒng)的主要特點 , 并提出了其基本功能。1直流輸電系統(tǒng)物理仿真和數(shù)字仿真直流輸電系統(tǒng)仿真按仿真模型可分為物理仿真 和數(shù)字仿真。人們很早就采用直流計算臺、 動態(tài)模 擬和模擬計算機等物理仿真方 法研究直流輸 電系 統(tǒng)。這種數(shù)?；旌鲜椒抡骐m然可以實時仿真直流輸 電系統(tǒng)的運行過程 , 也能給出與現(xiàn)場完全一致的物 理現(xiàn)象 , 但由于數(shù)?；旌鲜椒抡嬷械闹绷飨到y(tǒng)物理 模擬仿真器通常由數(shù)十個龐大的機柜組成 , 占地面 積大 , 造價昂貴 , 不利于推廣應用 2。直流輸電系統(tǒng)數(shù)字仿真具有不受原模型系統(tǒng)規(guī) 模和結構復雜性的限制、 能保證系統(tǒng)的安全性和良 好的經(jīng)濟性、 方便性等許多優(yōu)點 3。從直流輸電數(shù) 字仿真發(fā)展的技術可能性看 , 近幾十年來 , 數(shù)字計算 機和數(shù)值計算技術已經(jīng)得到了飛速的發(fā)展 , 面向對象 技術、 現(xiàn)代數(shù)字仿真算法、 高性能的可視化數(shù)值計算 工具軟件等與系統(tǒng)仿真有密切關系的新技術發(fā)展也 很快 , 為直流輸電數(shù)字仿真的研究提供了有利條件。2基于 PSCAD/EMTDC 軟件建立直流輸電 系統(tǒng)模型的一般原則和要求直流輸電系統(tǒng)中 的直流控制保護系統(tǒng)比較復 雜 , 它對直 流輸電系統(tǒng)的性能 起著決定性作 用 , 所 以 , 建立在 PSC AD/E MTDC 軟件上的直 流輸電系統(tǒng) 控制保護模型應該與實際的直流控制保護相一致。 在直流控制保護的仿真模型中 , 控制系統(tǒng)的功 能塊跟實際的功能塊應該在物理連接上十分相似 , 它們執(zhí)行的算法和邏輯應該相同 , 運算的時間步長 也應該一樣 , 這對于研究直流系統(tǒng)的動態(tài)性能十分 重要。但對于與硬件相關的功能 , 如運行人員控制、 遠動接口、 開關場聯(lián)鎖等 , 由于它們對控制的動態(tài)性 能來說是非關鍵 因素 , 所 以在模型中可以 不表達。 同樣 , 控制系統(tǒng)的冗余也可以不包括在仿真模型中。 如果與直流輸電 系統(tǒng)連接的交流系統(tǒng)規(guī)模很 大 , 沒有必要也不可能對交流系統(tǒng)中的所有機組和 節(jié)點進行完全模擬 , 必須對系統(tǒng)進行等值簡化。 a. 等值簡化網(wǎng)與原網(wǎng)的潮流分布及動態(tài)特性 應保持一致 , 所以 , 如果系統(tǒng)有多種不同的典型運行 方式 , 為滿足該要求 , 應采用不同的交流系統(tǒng)等值簡 化網(wǎng)。b. 交流系統(tǒng)等值簡化應適合于用 PSCAD/EMT -11第 22卷第 9期 2002年 9月電 力 自 動 化 設 備Elec tric Power Automation EquipmentVol. 22No. 9 Sep. 2002-3基于 PSCAD/EMTDC 軟件的直流輸電數(shù) 字仿真系統(tǒng)的特點a. 數(shù)字計算機不可能連續(xù)地模擬暫態(tài)現(xiàn)象 , 只 能在離散的時間點 (步長 $t 求解。 $t 可以根據(jù)需 要進行選擇 , 為了使仿真具有較高的精度并避免仿 真時間過長 , 步長 $t 一般為 2550L s 。b. PSC AD/E MTDC 的元件模型庫 (Library 提供 了很多常用的電力系統(tǒng)元件模型 , 但在實際的直流 輸電系統(tǒng)中 , 有很多元件具有特殊的功能和特性 , 為 了準確地在仿真模型中表達這些元件 , 需要用戶自 定義元件模型。c. 在所建立的仿真系統(tǒng)中 , 交流系統(tǒng)中的發(fā)電 機、 交流線路、 負荷、 變壓器等可根據(jù)需要采用不同 的模型。例如 , 在天廣交直流混合輸電系統(tǒng)數(shù)字仿真 模型中 , 其交流系統(tǒng)的發(fā)電機采用派克方程模型 , 包 括水輪機和汽輪機模型以及發(fā)電機勵磁調節(jié)器模型、 調速器模型、 原動機模型和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型 ; 交 流線路采用 Bergeron 模型和等值 模型 ; 負荷采用恒 阻抗負荷模型 ; 變壓器采用理想變壓器模型。d. 要修改仿真系統(tǒng)中某個元件的參數(shù) , 可通過 其彈起菜單進行。 PSC AD/E MTDC 具有圖形用戶界 面 , 所有元件的參數(shù)通過彈起菜單輸入。e. PSCAD/EMTDC 軟 件的運行環(huán)境 Runtime 中 可以顯示曲線 (Curve , 隨著程序的運行可以觀察到 曲 線 的 變 化 情 況。 也 可 以 把 滑 塊 (Slider 、 按 鈕 (Push-button 、 刻 度盤 (Dial 和儀 表 (Meter 等加 在 Runtime 中 , 以便交互地控制程序。輸出可以通過曲 線 (Curve 來顯示 , 也可以通過儀表 (Meter 進行模擬 或數(shù)字顯示。4基于 PSCAD/EMTDC 軟件的直流輸電數(shù) 字仿真系統(tǒng)的基本功能以 PSC AD/E MTDC 程序為軟件平臺的直流輸電 數(shù)字仿真系統(tǒng)是分析和研究直流輸電系統(tǒng)和交直流 相互影響等問題的有力工具 , 有以下基本功能。 a. 直流 輸電 控 制保 護 系統(tǒng) 參數(shù) 優(yōu) 化的 研 究 功能。b. 故障 暫態(tài)工況的離 線分析功能 ; 在負荷 變 化、 電壓或電流整定值改變等情況下的系統(tǒng)動態(tài)特 性研究功能 ; 直流輸電系統(tǒng)不同控制方式或運行方 式間的相互轉換時的動態(tài)特性研究功能。c. 交直流聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的相互作用研究功能。d. 在非理想條件下直流輸電系統(tǒng)的諧波特性 研究功能。e. 利用 PSCAD/EMTDC 程序的 MATLAB 接口進 行可視化數(shù)值計算功能。f. 工程 數(shù)據(jù)庫功能。直流輸電系 統(tǒng)數(shù)字仿真 模型中包含了系統(tǒng)的結構和參數(shù)、 一次主設備的結 構和參數(shù)、 HVDC 控制保護系統(tǒng)的結構和參數(shù)等。參考文獻 :1林 良 真 , 葉 林 . 電磁 暫 態(tài) 分 析 軟 件 包 PSCAD/E MTDC J. 電網(wǎng)技術 , 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 巖 , 張晉 華 , 奚 華中 , 等 . 純數(shù) 字高 壓直 流輸 電仿 真 培訓系統(tǒng)的研究 J. 電力系統(tǒng)自動化 , 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陳禮義 , 顧 強 . 電力系統(tǒng) 數(shù)字仿真及其發(fā)展 J. 電力 系 統(tǒng)自動化 , 1999, 23(23 :1-6.CHEN L-i yi, GU Qiang. Power system digital si mulation and its development J. Automation o f Electric Power Systems , 1999, 23(23 :1-6.(責任編輯 :戴緒云 作者簡介 :任 震 (1938- , 男 , 江蘇 宜興 人 , 教授 , 博 士研 究生 導 師 , 主要研究方向為高壓直流輸電 、 電力市場 、 電力系統(tǒng)規(guī) 劃 與可靠 性 、 小 波 分 析 及 其 在 電 力 系 統(tǒng) 中 的 應 用 (E -mail: epzhrenscut. edu. cn ;歐開健 (1974- , 男 , 廣東 陽春 人 , 碩士 研究 生 , 主要 研 究方向為高壓直流輸電 (E -mail:oukaijian263. net ;荊 勇 (1963- , 男 , 遼寧 本溪 人 , 博士 研究 生 , 主要 研 究方向為高壓直流輸電 ;余 軍 (1971- , 男 , 湖南 湘潭 人 , 博士 研究 生 , 主要 從 事直流輸電和電力系統(tǒng)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 University of Technology, Guangzhou 510640, China;2. Po wer System Simulation Center of Electric Power Research Institute, Beijing 100085, 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, economics 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/ EM