PSCAD-使用教學(xué).ppt

1、PSCAD組件及其應(yīng)用，樂建，武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，2012.06，第2頁，主要內(nèi)容，PSCAD HVDC和FACTS主要組件庫，電源，變壓器，輸電線路/電纜，機(jī)器，輸入/輸出設(shè)備，序列器，其他組件，第3頁，第1頁。PSCAD的主要組件庫，第4頁，第二，高壓直流輸電和FACTS組件庫，第5頁，包括：基本開關(guān)設(shè)備，如IGBT、GTO、二極管等。逆變器和整流器等基本主電路單元；常見的應(yīng)用級電路，如高壓直流和靜止無功補(bǔ)償器；公共控制系統(tǒng)；觸發(fā)脈沖發(fā)生電路；第6頁，EMTDC 2.1的插值算法，在規(guī)定的時(shí)間周期內(nèi)，電網(wǎng)的暫態(tài)仿真是一系列離散區(qū)間(時(shí)間步長)網(wǎng)絡(luò)方程的求解。EMTDC是一個(gè)具有固定持續(xù)時(shí)

2、間的瞬態(tài)模擬程序，因此一旦在模擬前選擇，它將保持不變。由于時(shí)間步長是固定的，網(wǎng)絡(luò)事件(如故障或晶閘管動作)可能在這些離散的時(shí)間點(diǎn)發(fā)生(如果不是故意改變的話)。這意味著，如果設(shè)備動作在時(shí)間步長間隔內(nèi)，程序只能反映該事件，直到下一個(gè)時(shí)間步長。一種方法是使用可變步長方法。如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備動作事件，程序?qū)咽录介L分成較小的步長。然而，這不能克服當(dāng)設(shè)備打開和關(guān)閉電感和電容電路時(shí)由電流和電壓的差異引起的假電壓和電流尖峰。第7頁，另一個(gè)解決方案是使用可變步長，也就是說，當(dāng)檢測到切換事件時(shí)，程序會將模擬步長分成更小的時(shí)間間隔。然而，這種方法不能避免在切換允許或感應(yīng)電路時(shí)由電流或電壓差引起的假電壓和電流尖峰。當(dāng)切

3、換時(shí)間發(fā)生在采樣點(diǎn)之間時(shí)，EMTDC使用插值算法來尋找準(zhǔn)確的事件發(fā)生時(shí)間。該方法比減小模擬步長具有更快的速度和更高的精度。因此，EMTDC可以用更大的時(shí)間步長更精確地模擬任何開關(guān)事件。第8，1頁。當(dāng)DSDYN子例程調(diào)用所有交換設(shè)備時(shí)，它們的交換標(biāo)準(zhǔn)被添加到輪詢表中。主程序在每個(gè)模擬步驟結(jié)束時(shí)求解電壓和電流，并在新的模擬步驟開始時(shí)存儲開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)。這些開關(guān)設(shè)備可以直接通過時(shí)間間隔或通過電壓或電流水平交叉點(diǎn)來指定它們的開關(guān)動作時(shí)間。2.主程序判斷開關(guān)設(shè)備，確定滿足開關(guān)動作標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)設(shè)備，并立即將子系統(tǒng)中的所有電壓和電流插入動作時(shí)刻。支路切換，導(dǎo)納矩陣需要再次三角化。插值算法的步驟，第9、3頁。E

4、MTDC將插值時(shí)間作為下一個(gè)仿真步驟結(jié)束時(shí)求解節(jié)點(diǎn)電壓的開始時(shí)間。將輪詢所有設(shè)備，以確定在原始模擬步驟結(jié)束時(shí)是否需要插值切換。4.當(dāng)沒有開關(guān)動作時(shí)，EMTDC執(zhí)行最終的插值動作，以將求解過程恢復(fù)到原始模擬步驟序列。第10頁，電流過零時(shí)的開關(guān)動作，二極管電流無插值，二極管電流有插值，第11頁，具有大量快速開關(guān)器件的電路；帶避雷器的電路與電力電子設(shè)備連接；高壓直流輸電系統(tǒng)與容易發(fā)生次同步諧振的同步電機(jī)相連；用小信號波動法分析交流/DC系統(tǒng)，需要精細(xì)的觸發(fā)角控制；由GTO和反向晶閘管組成的強(qiáng)制換流變換器；脈寬調(diào)制電路和靜止同步補(bǔ)償器系統(tǒng)；分析電力電子設(shè)備的開環(huán)傳遞函數(shù)；應(yīng)用插值，第12頁，顫振是固有

5、的梯形積分法中使用的瞬態(tài)模擬電網(wǎng)在多梅爾算法，和同步振蕩現(xiàn)象之間的模擬步驟。顫動通常是由閉合包含電感的支路中的開關(guān)引起的。EMTDC持續(xù)監(jiān)控每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓和支路電流。如果某個(gè)電壓或電流在5個(gè)連續(xù)模擬步驟內(nèi)連續(xù)改變方向，則認(rèn)為發(fā)生了震顫。在EMTDC中，顫振檢測可以被禁止，但顫振消除可以同時(shí)被允許。此時(shí)，只能消除由支路切換引起的抖動。顫振檢測水平也可以在EMTDC中設(shè)置，低于該水平的顫振將被忽略。顫振檢測和消除，第13頁，插值算法的第三步涉及外部電源的特性。當(dāng)不使用外推電源算法時(shí)，步驟3中的電源電壓將被線性外推。當(dāng)使用外推電源算法時(shí)，電源電壓將為：并且求解結(jié)果將更加精確。外部電源，第14頁，2.

6、2插值觸發(fā)元件，返回二進(jìn)制數(shù)組，包括觸發(fā)脈沖信號和晶閘管、IGBTs和GTO插值關(guān)斷(導(dǎo)通)時(shí)間所需的插值時(shí)間標(biāo)簽。第一個(gè)元素信號是0或1，表示實(shí)際的柵極控制信號。第二個(gè)要素是插補(bǔ)動作時(shí)間。元件的輸出基于輸入信號h和L的比較，L通常是觸發(fā)角值，h來自鎖相振蕩器或其等效環(huán)節(jié)。如果使用GTO或IGBT，該組件還提供關(guān)斷信號的輸入信號比較。第15頁，第16頁，輸出信號格式，單個(gè)自然關(guān)斷裝置控制，單個(gè)可控關(guān)斷裝置控制，第17頁，6個(gè)單獨(dú)控制的自然關(guān)斷裝置，第18頁，觸發(fā)6脈沖整流橋的特殊模式，第19頁，2.3功率電子裝置，正負(fù)母線，測量的觸發(fā)脈沖角度和換向角度，第23頁，觸發(fā)脈沖控制模式，僅輸入1#裝

7、置的觸發(fā)控制角度其他設(shè)備根據(jù)數(shù)字順序延遲60度。每個(gè)設(shè)備的脈沖自動保持在120度。每個(gè)設(shè)備的觸發(fā)角度都是獨(dú)立控制的。此時(shí)，插值脈沖可以用來觸發(fā)元件的輸出。那是FP和FTime。第24頁，觸發(fā)脈沖鎖定/解鎖控制，內(nèi)部鎖相振蕩器(PLO)，其輸出是與a相電壓同步的0-2pi變化斜坡信號。第25頁，與換流變壓器的連接模式相配合，希望提供給PLO的電壓盡可能理想，因此通常該電壓取自換流變壓器的系統(tǒng)側(cè)，并與a相電壓同步.觸發(fā)脈沖從換流變壓器閥的側(cè)線電壓過零開始。因此，有必要根據(jù)換流變壓器的接線方式進(jìn)行調(diào)整。在第26頁，以Y/Y連接為例，脈沖觸發(fā)的起點(diǎn)是相電壓交點(diǎn)，它比網(wǎng)側(cè)A相對于地的電壓滯后30度。第2

8、7頁、2.5頁、靜止無功補(bǔ)償器、第28頁、第29頁、電容器僅在電壓和系統(tǒng)電壓之間存在微小差異時(shí)投入運(yùn)行，并且僅在電流過零時(shí)切斷。第30頁、第31、3頁。源組件庫，第32頁，包括：三個(gè)三相電壓源模型；兩種單相電壓源模型：電流源模型；諧波電流源模型；第33頁，3.1三相交流電壓源型號1，第34頁，電源阻抗位于系統(tǒng)阻抗之后，要求直接輸入電源電壓、相位和頻率，終端位于機(jī)器端，要求直接輸入機(jī)器終端電壓、相位、有功功率和無功功率。仿真中電源電壓和相位的自動計(jì)算。電源類型，第35頁，3.2三相交流電壓源型號2、第36頁，電源控制模式，固定：固定類型。電源的幅度、頻率和相位通過“固定控制的源值”頁面輸入。外部

9、：外部類型。電源的振幅、頻率和相位通過外部連接端子輸入。自動：自動類型?？偩€上的電壓可以通過自動調(diào)節(jié)電壓幅度來控制。或者自動調(diào)整內(nèi)部相位角來控制有效輸出。第37頁、第38頁，阻抗數(shù)據(jù)輸入格式，RRL值：直接輸入r和l參數(shù)值。阻抗：極坐標(biāo)形式的輸入阻抗參數(shù)，并提供阻抗幅度和相角。第39頁，3.3三相交流電壓源型號3，第40頁，4。變壓器組件庫，第41頁，包括：由單相變壓器模型構(gòu)成的三相變壓器；經(jīng)典單相變壓器模型：UMEC模型；自耦變壓器模型。第42頁，4.1經(jīng)典列出的微分方程適用于瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析。經(jīng)典方法的理論模型來源于傳統(tǒng)變壓器的等效電路，如兩相變壓器的T型和T型等效電路。它分別考慮了變壓器的

10、主磁通和漏磁通。單相變壓器的計(jì)算簡單方便，參數(shù)的物理意義明確，能很好地與實(shí)際變壓器相一致。然而，當(dāng)模擬三相、多繞組和繞組間耦合時(shí)，這是非常復(fù)雜的。此外，在仿真計(jì)算中，需要準(zhǔn)確地知道變壓器繞組的連接形式和繞組匝數(shù)，但這些參數(shù)一般是不可用的，非常不方便。1.經(jīng)典建模方法，第43頁、2。經(jīng)典模型的主要參數(shù)，第44、3頁。抽頭設(shè)置，PSCAD建模抽頭是為了改變變壓器比率和重新計(jì)算漏抗和勵(lì)磁電流。例如，如果10kV:100kV千伏Y/Y變壓器調(diào)整為1.05，新的變壓比將為1.053330100。4.飽和特性的模擬。主磁通受鐵芯飽和的影響，鐵芯飽和可視為局部非線性問題，并將被線性化。PSCAD/EMTDC

11、中變壓器的飽和模型分別處理主磁通和漏磁通。為了提高仿真精度，需要考慮鐵心飽和和鐵心損耗，鐵心損耗可以直接在變壓器元件模型參數(shù)中設(shè)置。PSCAD的經(jīng)典方法是用并聯(lián)補(bǔ)償電流源模擬飽和：在最靠近鐵芯的繞組上增加可變電感；或者在最靠近鐵芯的繞組上增加一個(gè)補(bǔ)償電流源。EMTDC使用后者。在第46和47頁，變壓器的另一個(gè)模型是umec(統(tǒng)一磁等效電路)模型，它均勻地考慮了漏磁通和主磁通。這是一個(gè)基于斯坦梅茨的磁路等效模型，變壓器的任何繞組鐵心支路都可以等效為磁路等效模型。到目前為止，UMEC模式的發(fā)展已經(jīng)非常完整。該模型基于磁路模型，仿真精度高，不需要知道詳細(xì)的變壓器物理參數(shù)，如鐵心長度、鐵心截面積和繞組

12、匝數(shù)。Umec建模方法，4.2 UMEC模型，第48頁，主磁通量受鐵芯飽和的影響，這可被視為局部非線性問題并將被線性化。PSCAD/EMTDC中變壓器的飽和模型分別處理主磁通和漏磁通。為了提高仿真精度，應(yīng)考慮鐵心飽和和鐵心損耗，鐵心損耗可直接在變壓器元件模型參數(shù)中設(shè)置。PSCAD的UMEC法采用分段線性法處理飽和度。飽和特性模擬，第49頁，變壓器的UMEC模型采用分段線性化方法模擬鐵芯飽和特性。分段線性化方法是將非線性計(jì)算過程分成幾個(gè)線性部分，使線性電路的計(jì)算方法可以用于每個(gè)線性部分，簡單方便。PSCAD采用分段線性逼近來控制變壓器的等效勵(lì)磁支路。在模擬鐵芯的非線性特性時(shí)，將10點(diǎn)的I-U曲線

13、即(I，U)坐標(biāo)直接輸入到單元模型的參數(shù)設(shè)置中，然后通過插值算法計(jì)算每一段的損耗特性，既減少了矩陣求逆的計(jì)算量，又保持了計(jì)算的準(zhǔn)確性。第50頁，第51頁，第52頁，架空傳輸線和電纜模型，第53頁，5.1架空傳輸線模型，1。步驟1:創(chuàng)建傳輸線配置組件，第54頁，第55頁，在PSCAD中有兩種方法來構(gòu)建架空線：在遠(yuǎn)端模式下，線路終端不與其他組件直接物理連接，因此有必要應(yīng)用架空線接口組件。直接連接模式可以直接連接，但只能用于單相、三相或六相單顯示系統(tǒng)。遠(yuǎn)端模式，直接連接模式，第56頁，相互耦合線路，線路相互耦合使具有相同線路長度的多條傳輸線能夠相互耦合。，第57，2頁。步驟2:添加傳輸線接口組件(僅

14、遠(yuǎn)程端模式需要)，第58頁，第3頁。步驟3:選擇傳輸線模型并輸入模型參數(shù)，單頻Bergeron模型，頻率相關(guān)相位域模型和頻率相關(guān)模態(tài)域模型，第59頁，第4頁。步驟4:輸入線路參數(shù)、桿塔類型及其參數(shù)，僅適用于貝杰龍模型(不能添加接地層組件)、桿塔類型及其參數(shù)、架空地線、接地距離、通用模型，第60、5頁。步驟5:添加接地層組件。當(dāng)PSCAD編譯輸電線路配置組件頁面時(shí)，將執(zhí)行tline.exe程序。那個(gè)。在編譯過程中將調(diào)用該傳輸線的tli文件，以及相應(yīng)的求解線常數(shù)數(shù)據(jù)文件(EMTDC仿真所需)。將生成tlo。當(dāng)執(zhí)行過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，PSCAD將打開相應(yīng)的。顯示錯(cuò)誤的日志文件。第61頁，5.2埋地電纜

15、模型，埋地電纜模型的構(gòu)造與架空線模型的構(gòu)造基本相同，只是在埋地電纜的參數(shù)設(shè)定時(shí)有所不同。并且需要低于接地層元件。第62頁，第5.3節(jié)模型，主要用于描述非常短的架空線路或埋地電纜。該模型可以提供準(zhǔn)確的基頻阻抗，但不能準(zhǔn)確描述其他頻率下的特性。因此，該模型提供了一種描述穩(wěn)態(tài)研究下的輸電系統(tǒng)的簡單方法，如潮流分析。但它不能在全頻域提供精確的瞬態(tài)響應(yīng)。第63頁、頁、第64頁、標(biāo)稱、耦合，為了確保零序參數(shù)的正確描述和與中性點(diǎn)的連接，在標(biāo)稱模式下，元件在每端都有一個(gè)帶中性點(diǎn)的連接端子，在這兩個(gè)端子之間有一個(gè)RL零序支路，為零序電流提供路徑。所有電壓測量必須是線對線或線對中性線，而不是接地。同樣，故障必須發(fā)生在線路的中性點(diǎn)，而不是接地。第65頁，模擬兩條相互耦合的線。僅支持耦合線路。當(dāng)輸入每條線的參數(shù)時(shí)，需要輸入線之間的耦合參數(shù)。第66頁，第六節(jié)。機(jī)器部件庫，第67頁，包括：同步電機(jī)模型；感應(yīng)電機(jī)模型；DC汽車模型；永磁電機(jī)模型；交流、DC和靜態(tài)勵(lì)磁機(jī)模型；蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)和水輪機(jī)模型；電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型：風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)模型；第68頁，6.1發(fā)電機(jī)模型，該組件的一個(gè)選項(xiàng)是它可以模擬Q軸的兩個(gè)阻尼繞組，因此它可以用作隱極或凸極電機(jī)。它的速度可以通過向“W”輸入正值或向“Tm”輸入機(jī)械扭矩來直接控制。第69頁，第70頁，關(guān)于多質(zhì)量扭轉(zhuǎn)軸界面：有必要考慮汽輪機(jī)或發(fā)電