PSCAD元件简述.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PSCAD元件简述,第,*,页,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,PSCAD元件简述,武汉大学电气工程学院,乐 健,2011.07,主要内容,PSCAD主元件库,HVDC和FACTS元件库,Sources元件库,Transformers元件库,Transmission lines/Cables元件库,Machines元件库,I/O Devices元件库,Sequencer元件库,其它元件,2,一、PSCAD主元件库,各元件列表,分页式元件库,各页面列表,3,二、HVDC和FACTS元件库,4,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；,5,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“Forward Voltage Drop”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。,6,2.,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。,9,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，,10,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,11,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,12,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,13,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。,14,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。,15,4.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。,16,三、Sources元件库,17,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；,18,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。,19,阻抗数据格式,可以直接用集中的R,L,C值（模型1的RRL value，模型3的R+jX value选项）或极坐标的形式（模型1的Impedance，模型3的Z/theta values选项，模型2无此方式）,20,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。,21,四、Transformers元件库,22,包括：,采用经典方法建模的模型；,UMEC模型；,23,1.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、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。,24,2.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(Unified Magnetic Equivalent Circuit)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。,25,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。,26,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。,27,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,28,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。,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。,29,饱和I-U曲线,30,五、Transmission lines/Cables元件库,31,PSCAD中构建架空线路有两种方法：Remote Ends模式和Direct Connection模式。Remote Ends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。Direct Connection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。,Remote Ends模式,Direct Connection模式,32,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,33,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,34,(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,35,PSCAD同轴埋地电缆的建模方法类似。,电缆特性参数输入不同,36,六、Machines元件库,37,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；,38,1-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,39,基本参数，包括端口电压，额定电流，转动惯量等。,40,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。,41,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,42,七、I/O Devices元件库,43,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；,44,1.用户接口控制模块,Add as control,Add as meter,45,Add as polymeter,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。,46,Add as phasormeter,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,47,2.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。,48,控制变量数,变量变化类型,变量类型,49,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：需指定多重运行次数、随机变化范围以及,相应的标准偏差。,50,记录变量数,记录文件名,选择是否确定,最优的运行,最优运行的判据变量通道,最优运行判据,概率密度函数,的分辨率,51,3.最优运行模块,该模块可被视为另一种类型的多重运行模块。两者之间,的主要区别在于优化运行模块能真正实现搜索并收敛到,最优设计参数。采用该模块可通过大大减少所需运行的,次数来节省时间，并通过向准确设计点的收敛来提高精,确度。,黄金分割,:,适用于单一,REAL,变量,.,单纯型算法,:,适用于多个,REAL(,最多,20,个,),变量,.,该方法沿可视实体的多面体边缘来搜索最佳答案。,胡克捷夫法,:,适用于多个,REAL,变量的优化,.,遗传算法,:,适用于多个,REAL/INTEGER/LOGICAL,变量的优化,.,优化算法：,52,优化的变量数，目前只支持REAL型，最多20个。,优化方法选择，目前未支持遗传算法,最大允许多重运行,数目，最多10000,目标函数允许偏差,两次运行结果间偏差小于该允许值时将停止运行。,53,黄金分割优化方法,间隔搜索,自动搜索,间隔搜索法的区间指定,自动搜索法的参数设置,54,黄金分割法是用于一元函数在给定的初始区间a，b内搜索极小点的一种方法。它是优化计算中的经典算法，以算法简单、收敛速度均匀、效果较好而著称，是许多优化算法的基础，但它只适用于一维区间上的凸函数。,其基本原理是：依照“去劣存优”原则、对称原则以及等比收缩原则来逐步缩小搜索区间。,55,Simplex优化方法,初始步长,变量初始值,56,八、Sequencer元件库,57,序列元件是一组特定的控制元素，它们可基于定时器、延时和/或,其它状态进行组合来构成事件序列。,每个序列元件的输入输出均为值为0(LOW)或1(HIGH)的整型值。输出,为HIGH表示特定元件的条件满足，反之则未得到满足；输入为HIGH,表明该序列元件的上一个序列元件的条件已得到满足，反之则尚未满足。,事件序列启动,故障清除,开关闭合,可人工控制是否进行后续序列,延时,条件等待,延时,故障应用,延时,开关断开,58,九、其它元件,59,数据类型转换,四舍五入取整,截断取整,60,数据聚合,可进行数据类型转换,数据分接,61,通用常量,PI分段,参数输入方式，有名值或标幺值,PI分段用于相互耦合的三相线建模或长度极短的传输线。,零序参数,输入方式：,手工输入,或估计,62,谢谢！,63,