Page 24 - 电力与能源2022年第五期
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3 8 6 孙慧平, 等: 基于 PSCAD / EMTDC 的高压直流输电准稳态模型的仿真验证
直流环节的数学模型, 而根据所研究问题的性质
采用不同精度的直流模型对分析至关重要 [ 2 ] 。一
般认为 HVDC 的电磁暂态模型能够准确详细地
描述 HVDC 系统包括换相失败在内的动态行为,
但由于该模型的计算步长较短, 因此电力系统的
稳定分析中常采用 HVDC 的准稳态模型。 图 2 HVDC 准稳态模型的接口连接图
文献[ 3 ] 通过对比 HVDC 准稳态模型的理论 过程中往往把接口等效成电源来处理。对于电源
计算值和使用 PSCAD / EMTDC 对简化的直流输 的等效, PSCAD / EMTDC 中有两种等效: 一是基
于节点的电流源等效, 即诺顿等效; 另一是基于支
电系统进行仿真, 证明了准稳态模型的有效性。
HVDC 的准稳态模型和电磁暂态模型的仿真对 路的电压源等效, 即戴维南等效。现以 HVDC 整
比尚未在统一的详细的仿真平台下进行, 没有考 流侧为例来说明在 HVDC 准稳态建模中接口的
处理, 根据准稳态模型的接口表达式 [ 1 ] , 如图 3 所
虑对于不同的频率响应下准稳态模型的准确性,
而这对研究交直流系统的低频振荡和次同步振荡 示; 将 HVDC 的直流侧等效成戴维南等效电源,
具有很重要的意义。本文在 PSCAD / EMTDC 中 向直流线路侧提供电压, 其中R dr 为阻值很小的电
利用其自定义模块功能建立换流器准稳态模型, 阻; 把 HVDC 的交流侧等效成诺顿等效电源, 向
在统一的仿真平台下与 HVDC 的电磁暂态模型 交流母线侧提供电 流, 其中 R r 为阻值很大的电
进行仿真对比, 并通过对比 HVDC 系统定电流控 阻, 实现与外部电路的接口。 HVDC 系统的逆变
制设定值发生不同频率的扰动情况, 定量地验证 侧的接口处理与整流侧的类似, 不再赘述。
HVDC 准稳态模型的有效性。
1 HVDC 准稳态模型构建
HVDC 系统示意图如图 1 所示。采用准稳
态模型时可以认为带负荷调节分头变压器的分头
动作太慢, 可令其固定不变; 假定交流母线电压三 图 3 整流器的接口等效原理图
在 PSCAD / EMTDC 中的换流器的准稳态自
相平衡。直流准稳态模型需要考虑换流器模型、
直流控制系统模型、 直流线路模型和交直流系统 定义模型如图 4 所示。图 4 中, A 、 B 、 C 为交流电
的接口。根据其对直流线路和控制系统动态仿真 气节点, 表示换流器与交流母线的连接; PH 、 PD
的精确程度可划分为简单模型、 响应模型和详细 为直流电气节点, 表示换流器与直流线路的连接;
模型 [ 4 ] 。详细的准稳态模 型 系 统 接 口 如 图 2 所 AO 为控制信号节点, 表示控制信号的输入。这
示。图2 中, 下标r和 i分别表示整流侧和逆变侧 与 PSCAD / EMTDC 元件库中的 HVDC 的电磁
参数; V d 为换流器直流电压; V 为换流母线交流 暂态模型的接口保持一致。在系统动态子程序
电压; I 和I d 分别为交流侧和直流侧电流; α 和 β ( DSDYN ) 中 嵌 入 相 关 程 序, 并 通 过 调 用 外 部
为触发角。 FORTRAN 语言的子程序来实现对准稳态方程
的描述。在这种嵌入方法中, 当前仿真步首先获
取上一个仿真步网络求解得到的交流电压和直流
电流的历史数据, 据此求解准稳态方程, 根据求解
结果更新网络的交流电流和直流电压, 然后再进
图 1 HVDC 系统示意图 行当前仿真步的系统网络的求解。求解过程如
图 5 所示。
2 准稳态模型在 PSCAD / EMTDC 中的建
模实现 3 仿真验证
3.1 仿真条件
HVDC 的 准 稳 态 模 型 在 PSCAD / EMTDC
中实现的重要环节就是对于接口的处理。在操作 该仿真基于 HVDC 的基准系统。一套系统
