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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 510640; 21电力科学研究院电力系统仿真中心 , 北京 100085
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 09-0011-02
0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 22卷第 9期 2002年 9月 电 力 自 动 化 设 备
Elec tric Power Automation Equipment Vol. 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 25~50L 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。