03_PSCAD元件简述

PSCAD元件简述武汉大学电气工程学院乐健2011.07PSCAD元件简述第2页主要内容PSCAD主元件库HVDC和FACTS元件库Sources元件库Transformers元件库Transmissionlines/Cables元件库Machines元件库I/ODevices元件库Sequencer元件库其它元件PSCAD元件简述第3页一、PSCAD主元件库各元件列表分页式元件库各页面列表PSCAD元件简述第4页二、HVDC和FACTS元件库PSCAD元件简述第5页包括：基本的开关器件模型如IGBT,GTO,二极管等；基本的主电路单元如逆变器，整流器等；常见的应用级电路如HVDC，SVC等(含相应控制系统)；触发脉冲产生电路；PSCAD元件简述第6页1.电力电子器件二极管二极管的导通和关断状态由它两端的电压和流经的电流所决定。正向电压、正向电流时导通。二极管固有导通电阻很小和关断电阻很大。当其正向偏置且正向电压超过了输入参数“ForwardVoltageDrop”时二极管导通。电流过零时二极管关断，直到再次偏置之前一直保持关断。PSCAD元件简述第7页三极管IGBT可关断晶闸管GTO/IGBT通常由门极触发导通和关断。能在门极脉冲为0时关断器件，而不管器件是否受到了正向偏置电压。PSCAD元件简述第8页晶闸管晶闸管通常由门极受触发后保持导通，而根据器件自身的电压和电流情况决定何时关断。其状态会在以下情况下发生改变：器件两端的正向偏置电压大于或等于输入参数“ForwardVoltageDrop”，且门极信号从0变为1。器件两端的正向偏置电压大于或等于输入参数“ForwardVoltageDrop”，且门极信号预置为1正向偏置电压大于或等于输入参数“ForwardBreak-OverVoltage”。关断时刻为器件电流的过零点（电压反向，电流未反向时，晶闸管还保持导通；电压正向，而电流反向时，晶闸管关断）。PSCAD元件简述第9页2.关于插值和开关器件动作在指定的时间段内，电力网络的暂态仿真是一系列离散间隔（时间步长）网络方程的求解。EMTDC是固定时长的暂态仿真程序，因此仿真之前一旦选定就保持不变。由于时间步长固定，网络事件如故障或晶闸管动作可能发生在这些离散时间点之中（若不刻意更改）。这就意味着如果器件动作处于时间步长间隔中的话，只有等到下一时间步长时程序才能体现出此事件。一个办法就是采用变步长解法，如果发现了器件动作事件，程序将把事件步长分割为更小的步长。然而，这无法克服器件开合感性和容性电路时，由于电流和电压的微分所造成的伪电压和电流尖峰问题。PSCAD元件简述第10页如果事件发生在时间步长内的话，EMTDC使用插值算法来寻找事件发生的确切时刻。这么做比缩短时间步长的方法结果更精确、计算速度更快，并且允许EMTDC在更大的事件步长下精确地模拟任何动作事件，PSCAD元件简述第11页具有大量快速切换设备的电路；带有浪涌避雷器的电路与电力电子设备连接；HVDC系统与易发生次同步谐振的同步机相联；使用小信号波动法分析AC/DC系统，这时精细的触发角控制是必须的；使用GTO与反向晶闸管构成的强制换相换流器；PWM电路和STATCOM系统；分析具有电力电子设备的开环传递函数；插值的应用场合PSCAD元件简述第12页内部锁相环输入整流变6脉波格雷兹变换桥控制部分3.可控整流桥PSCAD元件简述第13页整流或逆变是否使用缓冲电路触发信号的输入方式可实现单独控制与整流变接线方式的配合PSCAD元件简述第14页与整流变接线方式的配合希望提供给整流变PLO的电压尽量理想，故一般该电压取自整流变的系统侧，且与A相对地电压同步。而触发脉冲是以整流变阀侧线电压过零为起始点。故需要根据整流变的接线方式进行调整。PSCAD元件简述第15页以Y/Y型接线为例：脉冲触发起始点为相电压交点，滞后网侧A相对地电压30度。2pitα112TTPSCAD元件简述第16页4.带插值点的脉冲触发返回一个二元数组，包括触发脉冲和晶闸管、IGBTs和GTOs插值导通关断时刻所必须的插值时间标签。第一个元素信号为0或1，表示实际的门极控制信号。第二个元素为插值的时刻。组件的输出是基于输入信号H和L的比较得出的。L通常是触发角定值，H则来自于锁相振荡器或者与之等同的环节若使用的是GTO或IGBT，则此组件还提供了对OFF信号的输入信号比较。PSCAD元件简述第17页三、Sources元件库PSCAD元件简述第18页包括：三种三相电压源模型；两种单相电压源模型；电流源模型；谐波电流源模型；PSCAD元件简述第19页1.电压源模型位于系统阻抗之后该方式下需直接输入电源电压、相位和频率位于机端该方式下需直接输入机端电压、相位和有功功率、无功功率。仿真中自动算出电源电压和相位。PSCAD元件简述第20页阻抗数据格式可以直接用集中的R,L,C值（模型1的RRLvalue，模型3的R+jXvalue选项）或极坐标的形式（模型1的Impedance，模型3的Z/thetavalues选项，模型2无此方式）PSCAD元件简述第21页电源控制模式固定控制：电压源幅值、频率和相位角均直接输入，仿真过程中固定(注意基准电压和频率不用于控制)外部控制：幅值、频率和相位角均可通过外部控制，仿真过程中可变。自动控制(仅用于三相电源)：可通过自动调整电压幅值对某母线处的电压进行调节；或自动调整内部相位角调节有功输出。PSCAD元件简述第22页四、Transformers元件库PSCAD元件简述第23页包括：采用经典方法建模的模型；UMEC模型；PSCAD元件简述第24页1.采用经典建模法的模型经典法的变压器模型是在电磁耦合的基础上建立的。在磁路为线性的假定前提下，变压器模型可以用既具有自感也具有互感的耦合电路来表示。所列写的微分方程均适用于暂态和稳态分析。经典法的理论模型的思路来源于传统变压器的等值电路，如两相变压器的T型、π型等值电路。它将变压器的主磁通和漏磁通分开考虑，在计算单相变压器时简单方便，并且参数的物理意义清晰，可以很好的与实际变压器吻合。但它在模拟三相，多绕组，且绕组间存在耦合时会显得十分复杂。而且在进行模拟计算时需要准确知道变压器绕组的联结形式，绕组的匝数等，然而这些参数一般无法获得，这样会显得十分不便。1I1V2I2Vc1112PSCAD元件简述第25页2.UMEC模型变压器另一种模型是将漏磁通和主磁通统一考虑的UMEC(UnifiedMagneticEquivalentCircuit)模型。这是一种是基于Steinmetz磁路等效模型，变压器任一绕组铁心支路都可以等效为磁路等效模型。目前为止UMEC模型的发展已经十分完备，该模型基于磁路模型进行计算，具有较高的仿真精度，并且无需知道铁心长度、铁心横截面积、绕组匝数等详细的变压器物理参数。1I1V2I2V345123kikukl+-lPnkkkPkkNi,1nkablPSCAD元件简述第26页铁芯饱和主磁通受铁心饱和的影响，可以将其作为一局部的非线性问题并将以线性化处理。PSCAD/EMTDC中变压器的饱和模型就是将主磁通和漏磁通分开处理的。为了提高仿真精度，需要将铁心饱和和铁心损耗考虑进去，铁心损耗可以直接在变压器元件模型参数里设置。PSCAD的经典法和UMEC法采用不同的方法模拟铁心饱和。经典法模拟饱和度时使用了一个并联补偿电流源，而UMEC法是用分段线性法处理的。PSCAD元件简述第27页经典模型的铁芯饱和处理方法包括：在最靠近铁芯的绕组上添加可变电感；或在最靠近铁芯的绕组上添加补偿电流源。EMTDC采用后者。()LVt()sIt1s()StSISPSCAD元件简述第28页气隙电抗，通常为近似为漏抗的2倍膝点电压，1.15-1.25pu注意要与理想模型联用涌流的衰减时间常数用于防止启动时不稳定励磁电流，一次电流的百分比PSCAD元件简述第29页变压器UMEC模型是运用分段线性化的方法来模拟铁心饱和特性。分段线性化方法就是把非线性的计算过程分成几个线性区段，这样在每段线性区段内，就可以采用线性电路的计算方法来计算，简单方便。R1R2R3VIVI(a)(b)PSCAD在控制变压器的等效励磁支路时采用了分段线性近似的方法。在模拟铁心的非线性特性时，直接在元件模型参数设置中输入I-U曲线，即10个点的（I，U）坐标，然后利用插值算法在每个区段内计算损失特性，既减少了矩阵倒置的计算，又保留了计算的准确性。PSCAD元件简述第30页饱和I-U曲线PSCAD元件简述第31页五、Transmissionlines/Cables元件库PSCAD元件简述第32页PSCAD中构建架空线路有两种方法：RemoteEnds模式和DirectConnection模式。RemoteEnds模式下线路端点不与其它元件有物理上的直接连接，需要应用架空线接口元件。DirectConnection模式可直接相连，但仅能用于1相、3相或6相的单根显示系统。RemoteEnds模式DirectConnection模式PSCAD元件简述第33页TLine配置元件用到接口元件时需三者名称一致用到接口元件时需三者数目一致模式选择线路截面设置PSCAD元件简述第34页线路截面设置界面(1)线路模型常规参数(2)线路模型特性参数(3)地平面参数Bergeron模型频率特性(phase)模型频率特性(mode)模型PSCAD元件简述第35页(4)线路特性参数仅适用于Bergeron模型塔形及参数可进行导线换位和地线设置PSCAD元件简述第36页PSCAD同轴埋地电缆的建模方法类似。电缆特性参数输入不同PSCAD元件简述第37页六、Machines元件库PSCAD元件简述第38页包括：同步电机模型；感应电机模型；直流电机模型；永磁电机模型；交流、直流、静止励磁机模型；蒸汽机、汽轮机和水轮机模型；电力系统稳定器模型；风力发电机系统模型；PSCAD元件简述第39页1-隐极机；2-凸极机数据输入方式：发电机方式；等效电路方式多质量扭转轴接口配置，需考虑原动机惯量和轴系扭转效应时应用电枢电阻输入形式同步发电机模型PSCAD元件简述第40页基本参数，包括端口电压，额定电流，转动惯量等。PSCAD元件简述第41页鼠笼式感应电机模型鼠笼式感应电机可运行于“速度控制”或“转矩控制”模式下.在速度控制模式下，电机以指定的速度W旋转，在转矩控制模式下，转速是根据电机惯量、阻尼输入输出转矩计算得到。通常，电机以指定的转速W下以速度控制模式启动，在达到稳态后可切换至转矩控制模式。PSCAD元件简述第42页风源模型风机模型风机控制器模型可采用自定义风速模型风速输出连接电机的机械转速桨距角输出转矩和功率旋转机械的转速旋转机械的功率PSCAD元件简述第43页七、I/ODevices元件库PSCAD元件简述第44页包括：滑块、开关、拨号盘和按键等用户接口控制模块；绘图或表计通道模块；多重运行模块、优化运行模块；变绘图步长模块、矢量接口模块；PSCAD元件简述第45页1.用户接口控制模块AddascontrolAddasmeterPSCAD元件简述第46页Addaspolymeter用于监视多轨迹曲线。用柱状图形式动态显示每条轨迹的幅值。PSCAD元件简述第47页Addasphasormeter可用于监视多达6个独立的相量。每个相量相应的幅值和相角在仿真过程中可动态变化。至少需要一个幅值和一个相角，默认1为幅值，2为相角相量显示切换度或弧度PSCAD元件简述第48页2.多重运行模块可控制6个变量可记录6个变量使能控制2个或2个以上的多重运行模块同时有效时将出错。PSCAD元件简述第49页控制变量数变量变化类型变量类型PSCAD元件简述第50页数据变化类型连续的：需指定起始、结束和增量。软件自动计算多重运行的次数。平坦随机：需指定多重运行次数、随机变化范围。列表：需指定多重运行次数和相应每次运行的变量值。正态随机