03-PSCAD元件介绍及其应用

PSCAD元件及其应用武汉大学电气工程学院乐健2012.06PSCAD元件介绍及其应用第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元件介绍及其应用第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元件介绍及其应用第4页二、HVDC和FACTS元件库PSCAD元件介绍及其应用第5页包括：——基本的开关器件如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；——常用的控制系统；——触发脉冲产生电路；PSCAD元件介绍及其应用第6页2.1EMTDC的插值算法在指定的时间段内，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元件介绍及其应用第7页另一种解决方法是采用变步长进行求解，即当检测到开关事件发生时，程序将划分仿真步长为更小的时间间隔。但这种方法不能避免在投切容许或感性电路时，由于电流或电压微分而造成的虚假电压和电流尖峰。当开关时间发生于采样点之间时，EMTDC采用插值算法来寻找精确的事件发生时刻。该方法比减小仿真步长具有更快的速度和更高的精度。从而使得EMTDC能在采用较大时间步长的情况下更精确地对任何开关事件进行仿真。PSCAD元件介绍及其应用第8页1.所有的开关设备在被DSDYN子程序调用时，将其开关判定标准加入到一个轮询表中。主程序在每个仿真步长的结束时刻求解电压和电流，同时在新的仿真步长开始时刻存储开关设备的状态。这些开关设备可直接通过时间来指定其开关动作时刻，或通过电压或电流的电平交叉点。2.主程序对开关设备进行判定，确定出其开关动作标准已经满足的开关设备，其后立即将该子系统内所有电压和电流插值至该动作时刻。该支路进行开关动作，同时导纳矩阵需要重新进行三角化。插值算法的步骤PSCAD元件介绍及其应用第9页3.EMTDC以插值时刻为起始时刻，求解出下一仿真步长结束时刻的节点电压。所有的设备都将被轮询，以确定在原始仿真步长结束时刻是否需要进行插值开关动作。4.当没有开关动作时，EMTDC执行最后的插值动作，将求解过程恢复至原始的仿真步长序列。PSCAD元件介绍及其应用第10页电流过零时开关动作无插值时的二极管电流有插值时的二极管电流PSCAD元件介绍及其应用第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元件介绍及其应用第12页颤振是Dommel算法中对电气网络进行暂态仿真时所采用的梯型积分方法所固有的，仿真步长之间的同步振荡现象。颤振通常由闭合包含了电感的支路内的一个开关所引起。EMTDC对每个节点电压和支路电流进行连续监测，如果某个电压或电流在5个连续仿真步长内连续改变方向，则被认为是发生了震颤。EMTDC中可以禁止进行颤振检测，但同时允许去除颤振，此时仅有由支路投切所引起的颤振被去除。也可在EMTDC中设置颤振检测水平，低于此水平的颤振将被忽略。颤振检测和去除PSCAD元件介绍及其应用第13页插值算法中的第三步涉及到外插电源特性。在不采用外插电源算法时，第3步的电源电压将是线性外插所得到。而采用外插电源算法时，电源电压将为：'sin(())VVtt此时求解的结果将更加准确。外插电源PSCAD元件介绍及其应用第14页2.2插值触发脉冲元件返回一个二元数组，包括触发脉冲信号和晶闸管、IGBTs以及GTO插值关断（导通）时刻所必需的插值时间标签。第一个元素信号为0或1，表示实际的门极控制信号。第二个元素为插值动作时间。元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元件介绍及其应用第15页可控关断或自然关断脉冲个数：1或6附加封锁/解锁信号脉冲/时间输出格式—6脉冲输出有效；—自然关断器件有效；PSCAD元件介绍及其应用第16页输出信号格式单个自然关断器件控制单个可控关断器件控制PSCAD元件介绍及其应用第17页6个自然关断器件单独控制6个可控关断器件单独控制PSCAD元件介绍及其应用第18页6脉冲整流桥触发专用方式PSCAD元件介绍及其应用第19页2.3电力电子器件类型选择缓冲电路插值脉冲PSCAD元件介绍及其应用第20页PSCAD元件介绍及其应用第21页内部锁相环输入换流变6脉波格雷兹变换桥换流母线2.4可控变换桥PSCAD元件介绍及其应用第22页正负母线触发脉冲信号封锁/解锁控制测量的触发脉冲角和换相角触发脉冲序列与换流变的配合PSCAD元件介绍及其应用第23页触发脉冲控制方式只输入1#器件的触发控制角。其它器件按编号依次延迟60度。每个器件的脉冲自动维持120度。每个器件的触发角单独控制。此时可使用插值脉冲触发元件的输出。即‘FP’和‘FTime’。PSCAD元件介绍及其应用第24页触发脉冲封锁/解锁控制KB=0:封锁所有脉冲；KB=1:解除封锁；KB=-1到-6:封锁对应开关；KB=-7:保留同一桥臂的两个开关仍然触发，其它的被封锁。内部锁相振荡器(PLO)其输出为与A相对地电压同步的0-2pi变化的斜坡信号PSCAD元件介绍及其应用第25页与换流变接线方式的配合希望提供给PLO的电压尽量理想，故一般该电压取自换流变的系统侧，且与A相对地电压同步。而触发脉冲是以换流变阀侧线电压过零为起始点。故需要根据换流变的接线方式进行调整。PSCAD元件介绍及其应用第26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元件介绍及其应用第27页2.5静止无功补偿器内部变压器TCRTSCPSCAD元件介绍及其应用第28页母线电容器投切信号1—增加一级；0—减少一级。触发角信号封锁/解锁信号1—解锁；0—封锁TCR。已投入的电容器级数电容器投切锁存。当前投切完成后复位为0PSCAD元件介绍及其应用第29页TCR脉冲信号产生方式：内部PLO方式：此时需要输入基准触发角控制信号。外部方式：此时需要送入12个触发角控制信号。电容器级数电容器仅当其电压与系统电压相差很小时投入，仅在电流过零时切除。PSCAD元件介绍及其应用第30页PLO参数变压器漏抗TCR总容量TSC总容量PSCAD元件介绍及其应用第31页三、Sources元件库PSCAD元件介绍及其应用第32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元件介绍及其应用第33页不同阻抗形式下的参数输入电源类型3.1三相交流电压源模型1PSCAD元件介绍及其应用第34页—BehindSourcempedance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—AttheTerminal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。电源类型PSCAD元件介绍及其应用第35页3.2三相交流电压源模型2阻抗形式电源控制模式零序阻抗阻抗输入形式电源类型PSCAD元件介绍及其应用第36页电源控制模式—Fixed：固定型。电源幅值、频率和相位通过SourceValuesforFixedControl页面输入。—External：外部型。电源幅值、频率和相位通过外部连接端子输入。—Auto：自动型。可通过自动调整电压幅值对某母线处的电压进行控制；或自动调整内部相位角控制有功输出。PSCAD元件介绍及其应用第37页允许自动电压控制欲控制的电压标幺值欲控制的电压基准值测量时间常数：用于平滑测量噪声以及模拟传感器延时。PI控制器时间常数PSCAD元件介绍及其应用第38页阻抗数据输入格式—RRLValues：直接输入R和L参数值。—Impedance：以极坐标形式输入阻抗参数，此时需提供阻抗幅值和相角。PSCAD元件介绍及其应用第39页阻抗输入形式：R+jX或Z/θ3.3三相交流电压源模型3PSCAD元件介绍及其应用第40页四、Transformers元件库PSCAD元件介绍及其应用第41页包括：——使用单相变压器模型构建的三相变压器；——经典的单相变压器模型；——UMEC模型；——自耦变压器模型。PSCAD元件介绍及其应用第42页4.1经典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1.经典建模方法PSCAD元件介绍及其应用第43页绕组连接形式正序漏感铜损和铁损是否为理想变压器：理想：忽略铜损铁损。2.经典模型主要参数PSCAD元件介绍及其应用第44页3.分接头设置PSCAD对分接头的建模是改变变压器的变比，同时对漏抗和励磁电流进行重新计算。例如10kV:100kV的Y/Y变压器，10kV侧分接头调整为1.05，则新的变比为1.05:100。PSCAD元件介绍及其应用第45页4.饱和特性模拟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的经典法使用了并联补偿电流源模拟饱和：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元件介绍及其应用第46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元件介绍及其应用第47页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1.UMEC建模方法4.2UMEC模型PSCAD元件介绍及其应用第48页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。PS