直流输电PSCAD_EMTDC建模报告

天广直流保护EMTDC仿真报告1目录第一章绪论..............................................................................................................................2第二章PSCAD/EMTDC简介.................................................................................................42.1PSCAD介绍.................................................................................................................42.2EMTDC介绍................................................................................................................5第三章天广系统线路保护系统模型的建立..........................................................................93.1通过PSCAD/EMTDC与C语言接口技术实现自定义功能模块............................93.1.1PSCAD/EMTDC与C语言接口的原理.......................................................93.1.2元件模块的建立...............................................................................................103.2COMTRADE格式文件的转换.................................................................................133.2.1COMTRADE格式文件介绍...........................................................................133.2.2EMTDC标准数据格式介绍............................................................................153.2.3COMTRADE格式向EMTDC标准数据格式的转换...................................163.3建立线路保护系统仿真模型.....................................................................................19第四章影响故障仿真的关键环节分析................................................................................214.1微分环节.....................................................................................................................214.2故障数据输入环节.....................................................................................................232第一章绪论天广直流是南方电网西电东送的主通道，是南方电网最早投运的直流输电工程，引进的是德国西门子（Siemens）技术，它承担着西电东送主要通道的职责，它的安全运行对南方电网主网架的安全稳定有着至关重要的作用。2000年12月投运以来，特别是2005年以来，发生了多起直流线路高阻接地的线路故障导致直流单极闭锁，但每次控制保护系统的响应都有差异，反映出直流线路故障的复杂性，也反映出直流控制保护对于故障进行保护的不明确性。由于高压直流输电系统在国内商业运行的经验较少，且直流输电技术在不断地发展核更新中，很多改进和提高都依赖于实际工程的应用经验，天广直流作为南方电网运行最久的工程，积累了较多的运行数据，特别是事故、障碍数据，为运行经验的总结、提炼提供了良好的基础。天—广直流输电工程的直流保护采用德国西门子公司的SIMADYND系统，这是一种高速多微机处理器DSP系统，直流保护的冗余方式同样为三取二配置。天—广直流输电工程的保护分别放在三个独立的机柜中，直流测量信号通过光纤直接取自一次回路，两套三取二硬件电路分别安放在其中的两个保护柜中，输出与其他装置的保护跳闸信号一起分别送给换流器两个控制通道及变压器保护柜的两套跳闸回路。直流线路发生故障后，直流线路保护动作启动故障重启顺序（DCLineFaultRecoverySequence，DFRS）以使直流系统快速恢复供电。如果直流线路保护未动作，将由极控中的保护（最常为触发角限制保护，直流低电压保护）动作而闭锁换流器。不同的故障点、不同的控制调节性能、相对换相时刻不同的故障发生时间等，对故障电流的大小和直流电压的变化率都有不同程度的影响。不同直流线路的阻抗不同，也将使直流线路瞬间对地故障的清除时间有所不同。2005年以来，发生了多起直流线路故障，线路保护未动作，最终由极控保护闭锁故障极，但每次控制保护系统的响应都有差异，反映出直流线路故障的复杂性，也反映出直流控制保护对于故障进行保护的不明确性。通过分析故障的控制保护响应，从机理上更清楚的认识故障地发生，和故障发生后保护动作的详细情况，从而更好防止故障进一步发生。因此，分析线路故障后直流控制保护响应特性是必要而有意义的。直流保护系统是直流输电系统的重要组成部分，其性能的好坏直接决定着设备的安3全性和系统运行的稳定性。而现有的保护装置对用户往往是个黑盒子，只是定性的给出保护动或不动的结果，这对定量分析保护定值灵敏度及确定保护配置十分不利，因此根据保护系统的原理和算法，建立保护系统模型，不仅仿真得到出保护动作结果，而且可以定量查看保护算法中各中间量的变化，了解保护动作或拒动的原因，这对分析保护动作特性、改进保护定值等具有重要的意义。本仿真软件主要功能包括：1．利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建以实际故障录波数据为输入的线路直流保护系统，对天广直流今年典型故障进行仿真分析，得出影响线路保护动作的关键因素。2．利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建与天广直流一次系统和控制保护系统，在模型中设置典型故障进行仿真分析，分析各因素对与线路保护相关的电气量变化的影响，找出现行直流保护系统在定值、逻辑等方面存在的问题，并提出完善和改进意见。4第二章PSCAD/EMTDC简介EMTDC（ElectromagneticTransientsincludingDC）是加拿大曼尼托巴水电局开发的电力系统电磁暂态仿真软件，PSCAD（PowerSystemsComputerAidedDesign）是其用户界面。多年来在各专家的领导下，不断完事元件模型库和功能，使之发展成为既可以研究交直流电力系统问题，又能够完成电力电子仿真及非线性控制的多功能工具。该软件具有精确的直流元件模型、方便的数据输入输出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。特别是PSCAD的开发成功，使得用户能更方便得使用EMTDC进行电力系统仿真计算，并且PSCAD可以作为实时数字仿真器的前置端。EMTDC作为计算引擎，是整个软件的核心，主要完成：读入网络参数，并依据其模型进行数学处理；模拟网络中的开关动作并修改网络方程；根据仿真系统定义完成控制系统的介入；求解网络并输出变量等功能。PSCAD是EMTDC的图形用户界面。通过PSCAD，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，保证并提高了工作的质量和效率。在线画图、控制、监测功能使得用户可以在仿真进行过程中修改系统参数，并直观观察仿真结果。2.1PSCAD介绍PSCAD运行时界面如图1所示，主要包括：主菜单、工具栏、工作区窗口、输出窗口和编辑器窗口。5图1、PSCAD界面图PSCAD提供大量经过严格测试的电力系统元件模型，从简单的无源元件和控制元件到发电机、FACTS器件、传输线等复杂的元件模型，都包含在PSCAD的元件模型库之中。此外，用户可以根据需要自定义某些特殊元件，使用PSCAD已有的元件组装生成或直接自定义生成。PSCAD的元件模型库虽然包含了大多数电力系统元件，但是很多时候用户的工程中往往需要一些结构复杂或是功能特殊的元件，此时PSCAD的元件模型不能完全满足用户的需要。为弥补自带元件库的不足，PSCAD允许用户根据需要自定义模块，这些模块可简单也可复杂，完全由用户的工作需要决定。用户需将定义好的元件模型添加到仿真系统中，就可同PSCAD的元件模型库中的元件一样使用。2.2EMTDC介绍理解复杂系统行为的一个有效方法就是研究它对于扰动和参数变化的响应。计算机仿真通过观察所得响应的时域瞬时值、有效值或频率分量，获得对系统特性的了解，是研究这些响应的有力工具。EMTDC应用混合步长求解微分方程组，获得系统的时域解，6最适合电力系统时域连续响应仿真。作为电磁暂态计算引擎，EMTDC广泛应用于交流、直流系统的仿真研究。经过30多年的发展，PSCAD/EMTDC的功能不断加强，成为一种功能强大的仿真软件，被广泛应用于电力系统设计、运行、管理、科研、教育等方面。EMTDC程序由多个子程序块组成，通过使用者编辑简单的子程序来控制子程序的介入，使用者利用子程序相互的连接，方便地加入使用者自己的模型。为方便编程，EMTDC求解引擎构造了一个主程序，用来协调输入输出、网络求解和用户插入的子程序。DSDYNNetWorkSolutionDSOUTt=t+ΔttSystemDynamics图2、EMTDC程序框图如图2所示，EMTDC主程序由两部分组成:系统动态程序模块和电力网络求解模块，系统动态程序模块完全由用户定义，通过它用户可以在EMTDC主程序中加入自己的代码。包括两个子程序:主动态子程序DSDYN和输出定义子程序DSOUT，控制动态代码应加在DSDYN，DSOUT主要用于输出求解后的网络变量。一、系统动态程序模块：7如前所述，系统动态程序模块的主要功能是允许用户插入自己的子程序，由2个子程序组成：主动态子程序DSDYN和输出定义子程序DSOUT，在本质上这两个子程序没有差别，只不过由于分别位于网络求解模块的前后，有了一个4t的时间延迟，适当的运用能提供很好的程序灵活性。二、系统动态程序模块的代码装配PSCAD在对仿真工程算例进行编译的时候，自动装配生成系统动态程序模块的Fortran代码，以便EMTDC计算使用。生成Fortran代码所需的信息来源于仿真系统中各个元件定义中的DSDYN和DSOUT子程序部分。三、电力网络求解模块:电力网络求解模块主要用于根据设定的网络信息按用户的要求求解网络变量。与系统动态程序模块不同，用户不能在网络求解模块中直接加入自己的代码。电力网络求解模块所需信息，例如:节点数、子系统数、系统连接情况等。完全由PSCAD根据待仿真系统电路图自动生成，这些信息再经过编译、简化传递给EMTDC用于网络求解。这些信息文件中最重要的有数据文件仁DataFile)和图谱文件（MabFile)。1）DataFile数据文件对于电力网络求解模块就像DSDYN和DSOUT子程序对系统动态程序模块一样，有