（电力系统及其自动化专业论文）大型交直流系统的pscad建模与仿真.pdf

声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文大型交直流系统的p s c a d 建模与 仿真，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作 和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：腹! 叁堑= 日期：呈! 丝生! 旦旧 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：监i 叁蔓： 日期：兰! ! ! 笙! 旦1 日 导师签名：蛰盏盘 日期：垄f ! 垒2 骞日 华北电力人学硕十学位论文 摘要 电力系统针对不同的时间尺度和规模尺度，对同一实际系统会采用不同的仿真软 件进行仿真。因此，对于不同仿真软件之间，数据等值以及模型有效转换是必要的， 尤其是针对机电暂态和电磁暂念过程的不同软件之间，的等效转换问题。本文针对比较 b p a 和p s c a d e m t d c 中的各种常用电器元件的稳态特性和暂态特性，以b p a 仿真结 果为基准分析相同点和差异，并进行缩小差异性的修正；基于2 0 1 5 年左右电网的b p a 动态等值模型数据，在p s c a d e m t d c 中建立了含华东、华中、西南5 0 0 k v 电网，全 国特高压交流骨干网和9 条高压特高压直流系统的电磁暂态模型并进行仿真分析。仿 真结果表明：在b p a 与p s c a d 两个不同的仿真软件之间进行数据和模型的转换是完全 可以满足仿真需求的，并且根据本文提出的转换逻辑和转换策略进行转换之后，能够 保证两个不同仿真软件描述同一实际系统。在我国，b p a 电网模型数据比较完整，本 论文的工作，对将我国含有直流及电力电子设备的b p a 数据转换为p s c a d 平台下的数 据模型有重要的借鉴意义，对我国直流输电系统的电磁暂态仿真问题的分析，具有积 极的推动作用。 关键词：b p a ，p s c a d e m t d c ，电力系统仿真，高压直流 a b s t r a c t f o rt h es i m u l a t i o ns t e p sa n dm o d e ls c a l e d i f f e r e n ts i m u l a t i o ns o f t w a r e sw i l lb e u s e dt os i m u l a t et h es a m es y s t e m t h ec o n v e r s i o n so ft h ed a t aa n dm o d e l si nd i f f e r e n t s i m u l a t i o ns o f i w a r e sa r ea c h i e v a b l ea n dn e c e s s a r y t oi l l u s 仃a t et h ee f f e c t i v e n e s so ft h e c o n v e r i s o n sp r o p o s e di nt h i sp a p e r , c o m p a r i s o n sh a v eb e e nm a d ef o re a c hi n d i v i d u a lk i n do f e l e m e n tm o d e lb e t w e e nb p aa n dp s c a d e m t d c t a k i n gt h eb p as i m u l a t i o nr e s u l ta s r e f e r e n c et h es i m u l a t i o nr e s u l t sa r ea n a l y z e da n dt h ed i f f e r e n c eh a db e e nm o d i f i e d t h e n e t w o r kw h i c h h y b r i dt h e5 0 0 k v t r a n s m i s s i o ns y s t e m so fe a s t ，c e n t r a l ，w e s ts o u t hp o w e r 鲥d ， u h v a cb a c k b o n en e t w o r ka n dn i n eu h v d ct r a n s m i s s i o ns y s t e m si sm o d e l e di n p s c a d e m t d cb a s e d0 1 1d y n a m i ce q u i v a l e n tm o d e ld a t ao fb p a t h es i m u l a t i o nr e s u l t s h o w st h a tt h es t e a d ya n dd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fe l e c t r i c a l - m a g n e t i cm o d e lc a ns a t i s f y t h ed e m a n do fs i m u l a t i o ns p e e da n da c c u r a c yw h i c hc a nb eu s e dt ot h es t a b i l i t ya n a l y s i so f t h es t u d i e da c d cs y s t e m a f t e rt h ec o n v e r s i o n sa c c o r d i n gt ot h ep r o p o s e dc o n v e r s i o nl o g i c a n ds t r a t e g ，t h a tt h et w od i f f e r e n ts i m u l a t i o ns o f l w a r e sd e s c r i b e dt h es a m er e a ls y s t e mc a nb e a s u r e d i nc h i n a , d a t ao fp o w e rg r i dm o d e l si nb p ai sc o m p l e t e ，t h ew o r ko ft h i sp a p e rh a sa n i m p o r t a n tr e f e r e n c eo nt h ec o n v e r s i o nf r o mb p ad a t aw h i c hc o n t a i n sh v d ca n dp o w e r e l e c t r o n i cd e v i c e st op s c a d i tw i l lc r e a t eap o s i t i v er o l ei np r o m o t i n gt h es i m u l a t i o no f e l e c t r o m a g n e t i ct r a n s i e n tp r o b l e m so fh v d c t r a n s m i s f i o ns y s t e ma n a l y s i si nc h i n a t e n gh o n g y a n ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n da u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f l i uc h o n g r u k e yw o r d s ：b p a ，p s c a d e m t d c ，p o w e rs y s t e ms i m u t a t i o n ，h v d c 华北电力人学硕十学位论文 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论1 1 1 研究背景及意义1 1 1 1 电力系统仿真的重要性1 1 1 2 国内外电力系统分析软件现状1 1 2b p a 与p s c a d 仿真软件简介；3 1 2 1b p a 软件特性3 1 2 2p s c a d 软件特性3 1 3 本文主要工作4 第二章b p a 与p s c a d 相关模型比对研究6 2 1 概述6 2 2 线路模型6 2 2 1b p a 和p s c a d 中线路模型简介6 2 2 2 模型问参数转换6 2 2 3 模型仿真对比7 2 3 负荷模型8 2 3 1 负荷模型简介8 2 3 2b p a 负荷模型到p s c a d 负荷模型参数转换9 2 3 3 模型仿真对比1 0 2 4 变压器模型1 3 2 4 1 模型简介1 3 2 4 2 模型间数据转换1 4 2 4 3 模型仿真对比1 5 2 5 同步发电机模型1 6 2 5 1 发电机模型1 6 2 5 2 励磁机模型1 8 2 6i e e e 9 节点交流系统验证2 8 2 6 1i e e e 9 节点交流系统2 8 2 6 2 模型仿真结果对比分析3 0 第三章b p a 与p s c a d 直流模型转换及比对一3 4 华北电力人学硕十学位论文 3 1 直流建模一般方法及模型分类3 4 3 2b p a 中的直流模型3 4 3 3p s c a d 中的直流模型3 5 3 3 1 直流模型及控制简介3 5 3 3 2c i g r e 直流模型及控制系统3 5 3 3 3a b b 直流模型及其控制系统3 6 3 4 模型仿真验证3 9 3 4 1 不同电磁暂态模型对比3 9 3 4 2b p a 与p s c a d 双端直流模型模型对比4 0 3 4 32 d c 交直流系统仿真验证4 4 第四章2 0 15 全国电网电磁暂态模型建立4 8 4 12 0 1 5 全国电网机电等值模型简介4 8 4 1 1 概述4 8 4 1 2 交流部分4 8 4 1 3 直流部分4 9 4 2 交直流系统在p s c a d 中建模4 9 4 2 1 交流模型5 0 4 2 2 直流模型5 l 4 3 仿真对比5 2 4 3 1 直流静态特性5 2 4 3 2 交流系统潮流5 3 第五章结论与展望5 8 5 1 本文的主要成果5 8 5 2 工作展望5 8 参考文献5 9 致谢6 2 附录6 3 在校期间发表的学术论文和参加科研情况6 9 华北电力人学硕十学位论文 1 1 研究背景及意义 1 1 1 电力系统仿真的重要性 第一章绪论 电力系统是一个大规模、时变的复杂系统，在国民经济中有着非常重要的作用。 降低运行费用、增强可靠性以及提高电能质量是电力系统的发展方向之一【1 1 ，正因 为此，电力系统仿真的重要性变得更加突出。尽管仿真本身只是一个模拟的电力系 统，并不能完全反映电力系统的动态过程，但是电力系统动态仿真已成为电力系统 研究、规划、运行、设计等各个方面不可或缺的工具。仿真结果对电力系统规划方 案起到关键性的作用；新元件的接入、运行方式的确定用仿真结果作为依据更具有 说服力；新方法研究、新装置设计、参数确定用仿真来确认能够大大减小研究成本 【2 】 o 电力系统仿真可以分为模拟动态仿真和数字仿真两种，其中大多数是离线仿 真，也有极少数在线仿真【3 1 。要想通过仿真得到一个能接受的仿真结果，最好的办 法是用多种仿真软件对同一系统进行仿真，并对它们的结果进行比较。因此，在不 同仿真系统中准确表示同一个电力系统，是比较仿真结果准确度的关键基础之一； 各个仿真软件都有属于自己的数据格式，这些数据并非都能通用，但它们都是基于 电力系统的物理模型，有很多的共同属性，所以对于不同的仿真软件的数据洛式以 及数学模型等进行转换是可以实现的，并且也是必要的。 本论文主要针对基于由机电暂态仿真软件b p a 所提供的国家电网2 0 1 5 年规划 交直流系统的模型和参数，在电磁暂态仿真软件p s c a d e m t d c 中搭建模型并进行 仿真。由于b p a 2 0 的应用很早而且广泛，我国许多设计院和规划部门都采用b p a 软件对系统进行建模。但是，随着我国电网的日趋复杂以及直流系统的逐步投入运 行，需要对其电磁暂态过程进行研究和分析，这就需要建立对应电网的电磁暂态仿 真模型。p s c a d e m t d c 是目前应用比较广泛的电磁暂态仿真模型，因此有必要研 究将b p a 模型转化为p s c a d e m t d c 模型的方法和模型转换存在的差异性，以及 解决差异的措施，对我国建设智能电网具有重要的意义。 1 1 2 国内外电力系统分析软件现状 电力系统离线仿真是在数字计算机上为电力系统的物理过程建立数学模型，用 数学方法求解，以进行仿真研究的过程，其仿真所用时间与实际系统的动态过程并 不相等。目前针对电力系统的暂态过程的仿真软件主要分为两种，一种是电磁暂念 l r l r 华北电力人学硕十学位论文 过程仿真，一种是机电暂态过程仿真。 电磁暂态过程仿真是使用数值计算方法对电力系统中从数微秒到数秒之间的 电磁暂态过程进行仿真模拟。电磁暂态模式下，系统可通过微分方程进行完整描述。 系统参数可以分相输入。对于对称系统，数据以单相系统形式输入，在程序内部自 动转换为三相数据；对于不对称系统，则以三相系统形式分相输入，各相元件参数 可以独立修改。这也适用于任意类型的直流系统。电磁暂态模式为各种电磁暂态和 机电暂态问题提供了完整的解决方案。但是，由于电磁暂态模式是建立在解微分方 程的基础上，它的求解速度较慢，所能够描述的系统也相对较小。所以，这种模式 一般不适用于大型电力系统长时间过程的仿真分析。典型的电磁暂念模式的仿真软 件包括e m t p 及e m t d c 等程序。 机电暂态模式则采用有效值方式进行计算，电网络用基于复阻抗的代数方程描 述。机电暂态计算基于工频正弦波假设条件，将系统由三相网络经过线性变换转换 为相互解耦的j 下、负、零序网络分别计算，系统变量采用基波相量表示，因此，机 电暂态仿真只能反映系统工频特性及低频振荡等特性。采用这种模式可进行机电暂 态过程的仿真。同时，在这一模式下，发电机和其他电机既可以用完整的也可以用 降阶的微分方程来表示。由于引入了对称分量法( 正序、负序及零序系统) ，机电暂 态模式也可以计算系统的不对称故障。这种模式采用代数方程描述系统对所描述 系统的大小一般没有限制。因此，在实际工程中特别是对于大型电力系统的稳定研 究，机电暂态模式仿真程序如p s s e 、b p a 及p s a s p 程序得到广泛的应用。但是， 由于这些程序采用纯基波模型，在使用上也有一定的局限性，特别是它无法处理电 力系统非线性特性等。 电力系统仿真软件主要功能：潮流计算；电磁暂态仿真；机电暂态仿真；控制 保护仿真等。目前国内外广泛使用的仿真软件包括【4 】： 1 ) 邦纳维尔电力局( b o n n e v i l l rp o w e ra d m i n i s t r a n t i o n ，b p a ) 丌发的b p a 程序和 e m t p ( e l e c t r o m a g n e t i ct r a n s i e n t sp r o g r a m ) 程序； 2 ) 曼尼托巴高压直流输电研究中心( m a n i t o b ah v d cr e s e a r c hc e n t e r ) 开发的 p s c a d e m t d c ( p o w e rs y s t e m c o m p u t e r a i d e d d e s i g n e l e c t r o m a g n e t i c t r a n s i e n t sp r o g r a mi n c l u d i n gd i r e c tc u r r e n t ) 程序； 3 ) 德国西门子公司研制的电力系统仿真软件n e t o m a c ( n e t w o r kt o r s i o nm a c h i n e c o n t r 0 1 ) ； 4 ) 中国电力科学研究院开发的电力系统分析综合程序p s a s p ( p o w e rs y s t e m a n a l y s i ss o f t w a r ep a c k a g e ) ： 5 ) m a t h w o r k 公司开发的科学与工程计算软件m a t l a b ； 6 ) 法国电力公司( f f d ) 和比利时t r a c t e b e l 联合开发的电力系统动念仿真软 件e u r o s t a g 4 2 ； 2 华北电力人学硕十学位论文 7 ) 电力系统可视化仿真软件一p o w e rw o r l d ； 8 ) 美国p t i 公司的p s s e 程序。 1 2b p a 与p s c a d 仿真软件简介 1 2 1b p a 软件特性 本论文主要针对机电暂态仿真软件b p a 与电磁暂态仿真软件p s c a d 进行讨论 和分析，现对仿真软件b p a 和p s c a d 的特点做简单介绍。 b p a 程序是美国联邦政府能源部下属邦纳维尔电力局( b p a ) 计算方法开发组自 二十世纪6 0 年代初期开发的电力系统分析软件包，该程序采用稀疏矩阵技巧的牛 顿一拉夫逊法，并将梯形积分法运用于暂态稳定的计算，形成较为稳定的数值解。 目前我国电力系统多数单位所用的b p a 程序是中国电力科学研究院在美国b p a 程 序1 9 8 3 年9 月版本的基础上不断完善和开发而成的，且已在我国电力系统规划设 计、调度运行和试验研究等各部门得到了广泛的应用，成为我国电力系统分析计算 的重要工具之一1 5 j 。中国版b p a 2 0 程序采用的基本的解法是：微分方程线性化后用 梯形积分法求解，网络方程应用导纳矩阵三角分解后迭代求解。b p a 程序分为潮流 程序和稳定程序两部分。 b p a 潮流计算的收敛性和方针计算稳定性都很好，其软件参数以填写卡片为主， 每个数据都有固定的列数。b p a 软件包又分为教育版和商业版，其中教育版因其界 面友好、数据填写方便，适合初学者使用，但是程序计算的节点数受限制：而商业 版可以计算大系统，但更适合对该程序熟练掌握者。 1 2 2p s c a d 软件特性 d e n n i sw o o d f o r d 博士于1 9 7 6 年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了e m t d c 的初版，是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件，p s c a d 是其用户界面， p s c a d 的丌发成功，使得用户能更方便地使用e m t d c 进行电力系统分析，使电力 系统复杂部分可视化成为可能，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端，可模 拟任意大小的交直流系统【6 l 。 p s c a d e m t d c 软件的主要功能是进行电力系统时域和频域仿真，可以进行交 流系统的谐波研究、暂态扭矩的分析、直流系统的启动、直流系统换相方法研究、 串联或并联的多端输电系统的电磁暂态仿真、同杆架设的交直流电路的相互影响 等。e m t d c 程序具有“拍照 功能，可记录下某个时刻系统的工作状态，为重新 计算提供正确的初始断面，可以在该工作状态的基础上进一步研究系统的暂态过 程。 i 华北电力人学硕十学位论文 p s c a d e m t d c 的典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时，参数随时 间变化的规律，此外p s c a d e m t d c 软件广泛应用于高压直流输电系统、f a c t s 控制器的设计、电力系统谐波分析及电力电子领域的仿真计算。 p s c a d e m t d c 的元件模型库包括：集中参数和随时间变化的电阻r 、电感l 、 电容c ；电压源、电流源、多相谐波源；单相或三相变压器( 双绕组和三绕组) ；分 布参数线路模型和电缆模型；单相p i 型等值线路；单相和多相逻辑控制断路器，可 用来模拟网络连接方式的变化及各种类型的短路故障；旋转电机模型，可用于模拟 三相同步发电机、三相感应电动机、汽轮机、水轮机的调速器及交直流励磁器；继 电器模型；高压直流输电( h v d c ) 及灵活交流输电( f a c t s ) 模型库；测量元件库，例 如单相电压表、电流表、三相电压表( r m s ) 和瞬时有功功率无功功率表；控制系统 模型库：逻辑电路库；控制面板，包括滑动触头( s h d e r ) 、丌关( s w i t c h ) 、按钮( b u t t o n ) 及调节控制盘( d i a l ) ，运行时可以在线控制其参数值。其中高压直流输电( h v d c ) 及 灵活交流输电( f a c t s ) 模型库可以进行电力电子仿真、模拟f a c t s 元件和h v d c 特性。另外，p s c a d e m t d c 程序的m a t l a b 接口还可以进行可视化数值计算的 功能。只要能够熟练地运用各种元件模型库，就可以对所需要的系统进行建模了。 1 3 本文主要工作 本文主要工作是使用p s c a d e m t d c 程序，基于国家电网公司2 0 1 5 年规划电 网一大型交直流混合系统的s p a 模型数据，建立相应的p s c a d e m t d c 模型。对 比各种常用电器元件的稳态特性和动态特性，并对比该交直流混合系统在两种不同 仿真软件中的稳态特性和动态特性，以b p a 仿真结果为基准分析相同点和差异，并 进行缩小差异性的修正。 具体工作如下： 1 以2 0 1 5 规划电网中输电线路、负荷、变压器、发电机及其励磁调速模型的 参数为基准，分别在s p a 和p s c a d 中搭建相应模型并进行仿真，对比b p a 与p s c a d 对同一模型仿真结果的差异以及对仿真结果的影响。 2 在输电线路、负荷、变压器、发电机及其励磁调速系统在两种仿真软件中 采用的仿真模型进行对比的基础上，找出规律性的修改方法，提出解决模型仿真结 果存在差异的措施，并对所提出的措施进行仿真验证，使p s c a d 仿真结果与b p a 仿真结果对于单个元件的稳态特性与动态特性方面均能趋于一致。 3 对比两个仿真软件直流模型控制系统，在p s c a d 建立以a b b 控制为主的 直流模型。对b p a 提供的2 d c 系统在p s c a d 中建立修改后系统的电磁暂态模型， 对两种模型的潮流分布和动态特性进行对比，并验证解决模型差异措施的可行性和 正确性。 吩- - 一 华北电力人学硕十学位论文 4 分析2 0 15 年国家规划电网一一大型交直流混合系统中，b p a 仿真结果与 p s c a d 仿真结果存在潮流误差及动态相应过程不同的原因，采用提出的改进方式进 行修正，并分析修| 下措施的适用性，并对无法统一的方面，进行分析，给出合理解 释。 5 、i 华北电力人学硕十学位论文 2 1 概述 第二章b p a 与p s c a d 相关模型比对研究 由于不同的仿真软件对于同一模型的模拟并不完全一致，所以对于不同仿真软 件之间模型比对的研究就十分重要。本章以2 0 1 5 年规划电网中典型设备在b p a 仿 真软件中所给的模型和参数为基础，在b p a 和p s c a d 中搭建相应模型，分析对比 了线路、负荷、变压器和发电机模型的稳念特性以及动态特性，以此验证b p a 与 p s c a d 模型转换的可行性【3 6 】【3 7 1 。 2 2 线路模型 2 2 1b p a 和p s c a d 中线路模型简介 在b p a 仿真软件中，线路模型包括：对称线路数据卡( l 卡) ，用于模拟对称 的兀型支路，在模拟母线之间连接线或者母线的常闭分段断路器时，可使用电抗值 x = 0 0 0 0 1 ( 标么值) 的一条线路；线路高抗参数数据卡( l + 卡) ；不对称线路数据 卡( e 卡) ；两端直流线路数据卡( l d 卡) ；多端直流线路数据卡( l m 卡) 1 7 】。 在p s c a d 仿真软件中，线路模型包括集中参数模型和分布参数模型【s l 。集中 参数模型根据b p a 所给参数在p s c a d 中选择电阻、电抗、电容搭建模型。分布参 数模型在p s c a d 中有两种建设架空线路的基本方式。第一种是最基本的方法( 也 称作远程法) ，包括有两个架空线路接口的输电线路装置元件，代表线路的送端和 受端；元件接口的目的是为了能够和更高级的电网相连。第二种并且也是近来常介 绍的一种方法，用直接连接的方法。接口和线路通道封装在一个器件中。然而这种 方法只适用于单相、三相、六相、单回线系统，并且导线数目最多为六。 2 2 2 模型间参数转换 对于集中参数模型，参照b p a 中所给模型数据填写p s c a d 中的模型，需要注 意的是：b p a 中所给参数均为标幺值，而在p s c a d 中需要填写有名值。对于分布 参数模型，在p s c a d 中对应填写单位长度值。 6 吖j j，1 华北电力人学硕十学位论文 2 2 3 模型仿真对比 2 2 3 1 仿真算例 图2 1 系统仿真简图 以b p a 模型的线路参数为基准，在b p a 和p s c a d 中搭建如图2 1 所示的小系 统。仿真系统是由发电机、线路和负荷组成。对比在不同仿真软件中，不同的运行 条件下，通过线路的潮流是否一致。 2 2 3 2 线路潮流曲线比对 1 )稳态运行 x 备l ，| 蔫， a ) 线路有功潮流 l b p ： 卜一p s c d x 傍直时键i s ) b ) 线路无功潮流 图2 2 集中参数线路稳态潮流比对 神 主 ： 耋o 毒 喜 。 ，- x待毒对r每fx坊l聍趣抽 a ) 线路有功潮流 b ) 线路无功潮流 图2 3 分布参数线路稳态潮流比对 2 ) 暂态运行 7 k 错 啪 懈 o i譬碍毒f，鹭管， 华北电力人学硕十学位论文 系统运行达到稳念后，母线a 处设置三相金属短路故障，故障持续时间为0 1 s 。 x 舞鼻嚣奢( ) a ) 线路有功潮流 x 讳i 对每t i b ) 线路无功潮流 图2 4 集中参数线路暂念潮流比对 x ! i r x 席罩r ， a ) 线路有功潮流b ) 线路无功潮流 图2 5 分布参数线路暂念潮流比对 对比稳念以及暂态运行中线路的潮流：稳态运行时潮流数值大小基本相等；故 障时刻以及故障切除后，仿真曲线走势大致相符。由于b p a 和p s c a d 具有不同的仿 真特性，所以系统在故障切除后达到稳态运行的时间存在差异。 2 3 负荷模型 2 3 1 负荷模型简介 2 3 1 1b p a 中的负荷模型 在b p a 软件中负荷模型分为以下几种：代数模型( l a 和l b ) 、新静态负荷模型 ( l a 、l b 及其附加卡l + ) 、感应马达模型( m d ) 、新的感应马达模型( m l 、m j 、m k ) 和考虑配电网支路的综合负荷模型( e l ) 【1 0 】【1 l 】【12 1 。其中，代数模型和新静态负荷模型 均为多项式综合负荷模型，考虑恒功率负荷、恒电流负荷、恒阻抗负荷所占的比例 及其随频率的一次变化特性。 感应马达类负荷模型考虑了感应电动机负荷机电暂态过程的动态模型，忽略了 j k ， 哇 华北电力人学硕十学位论文 定子绕组的暂态过程，只考虑转子绕组及转子运动状态。即忽略了电磁暂态过程， 只考虑机电暂态过程。 2 3 1 2p s c a d 中的负荷模型 p s c a d 中负荷模型包括f i x e dl o a d ( 固定负荷) ，3p h a s el o a d s ( r e s i s t i v e i n d u c t i v ea n dc a p a c i t i v e ) ( 三相负荷( 电阻、电感和电容) ) 和异步电机模型哺1 。 f i x e dl o a d ( 固定负荷) 这个模型模拟了在电压和频率作用下的负荷特性，与 b p a 中的代数模型和新静态负荷模型类似，表示了综合负荷静态特性，只是在 p s c a d 中，固定负荷模型采用指数形式描述。 2 3 2b p a 负荷模型到p s c a d 负荷模型参数转换 在2 0 1 5 年规划电网的b p a 模型中，负荷模型数据由母线b 卡读取。在p s c a d 仿真软件中，选择f i x e dl o a d ( 固定负荷) 表示负荷为正时的模型。由于两个仿真 软件中对负荷模型的描述方式不一致，因此需要进行模型数据转换，并进行等效性 分析，来验证负荷模型转换前后，在两个不同的仿真软件中是否具有相同特性。 根据b p a 中母线( b 卡) 所给参数来填写p s c a d 中f i x e dl o a d ( 固定负荷) 参数。在转换过程中有一些需要特殊处理的数据： 1 ) p s c a d 中f i x e dl o a d ( 固定负荷) 所填写的有功负荷和无功负荷均为单相负荷， 而在b p a 母线b 卡所给出的是三相负荷。 2 ) b p a 母线b 卡的母线电压一般为线电压，p s c a d 中f i x e dl o a d ( 固定负荷) 对 应填写的应是单相电压。 3 ) b p a 负荷模型为恒功率模型，则对应p s c a d 中填写万d p = 0 ，塑d v = o ，等= o ， d o ：o ： a f 4 ) 若b p a 负荷模型为恒阻抗模型，则对应p s c a o 中填写万d p = 2 ，d d q y = 2 ，篆= o ， d q n d f 一u 。 5 ) 若b p a 负荷模型为恒电流模型，则对应p s c a d 中填写万d p = l ，舅= l ，箬= o ， d q ：0 。 竹 6 ) 在p s c a d 负荷模型参数中，默认基准频率为6 0 h z ，将基准频率设为5 0 h z 。 在负荷模型中还有一类负荷是需要特别处理的，即有功为负值的负荷。在对 全系统进行动态等值后的2 0 1 5 年规划电网的b p a 数据模型中，出现部分母线所带 负荷的有功为负的情况，此类负荷在b p a 中不会影响系统的静态特性，但在 9 华北电力人学硕十学位论文 p s c a d e m t d c 中，负荷模型的数值必须为j 下，有功负荷数值如果为负， 进行仿真，必须对于有功为负的负荷进行处理。 当忽略线路有功损耗时，线路中流过的有功潮流为： 弋u i u _ 2s i n ( 8 1 一万2 ) ：p x “ 模型无法 ( 2 1 ) 假定系统某个节点的电压为以，角度为最，若一个理想电压源经过一个电抗x 向此节点注入数值为p 的有功功率，则可以通过调节两个参数来实现，一是控制u ， 二是控制角度点。因此在不考虑无功的情况下，可以u 将固定，只控制理想电压源 的角度或就可以实现定有功注入控制，即： 8 i = a r c s i n ( 箍m ( 2 - 2 ) 因此本文采用电抗链接电压源的形式来模拟此类有功为负的负荷特性。负有功 负荷在p s c a d 系统的实现如图2 - 6 所示： n n d d u 1 a n 9 2 赫而一 图2 6 p s c a d 中负有功负荷模型 2 3 3 模型仿真对比 2 3 3 1 仿真结果 仿真系统采用图2 1 所示的简单电力系统仿真进行。 a 静态负荷模型比对 1 0 、7 i 。钔 o 乍 ： 泣 p i 【 华北电力人学硕十学位论文 x 毒最龟彳捌 c ) 负荷模型为恒电流模型时的负荷特性曲线 图2 7 静态负荷模型特性比对 对比静态负荷模型在不同的仿真软件中的负荷特性曲线，在不同的仿真软件 中，负荷特性大致相符。 b 有功为负的负荷模型比对 在b p a 软件中提供的i e e e 9 模型加入了数值为负的有功负荷，并在p s c a d 中 建立了其电磁暂态模型，图2 8 为修改后i e e e 9 的潮流图，在母线c 处将有功负荷 改为1 0 0 m w 。 华北电力人学硕+ 学位论文 g 0 3 i q8 5 9 发电机i 2 0 3 1 + j 8 5 9 鼍比2 野7 0 。0 ，1 6 3 叩5 3 - 2 ；，刚6 3 叶j5 3 2 ， 7、，j 、， 1 2 3 砷1 8 母酞1 0 7 川1 7 6 ，一：一母线2 铂u 譬：。， u 弧州譬歹州5 5 o 母缱， 。g ：8 5 o + j2 6 8 髓也# l 3 图2 8 带有负有功负荷的i e e e 9 模型潮流图 基于该电磁暂态模型，本文对包含负有功负荷模型进行了动态特性比对，在母 线b 处做金属性接地故障，故障持续时间0 1 s 。 a x o 互嚣 x 嚣真童：毒o 1 2 柏 柏 2 x 协曩钾竭： 2 x 仿鼻躬画t 、， j o-i+o器 -鼍，l-t亏言f军su_，to， 艟 晰 协 椭 僻 菩膏暑言覃：，gu誊譬 曲 o l，z鼍曹暑奄i西毒 一；王一簪暑喜事譬gm薯i卜 k i l 华北电力人学硕十学位论文 耋 1 柏 耋 三 耋 望 耋 ，- 图2 9 包含负有功负荷的i e e e 9 各母线负荷波形对比 从图2 - 9 可以看出，尽管模型的动态曲线并没有完全重合，但其运动趋势和最 终的稳态值均趋于一致。这是由于b p a 主要仿真机电暂态过程，而p s c a d e m t d c 主要仿真电磁暂念过程。连接于母线c 的线路潮流差别比较明显，这是由于励磁模 型差异造成的。 2 4 变压器模型 2 4 1 模型简介 2 4 1 1b p a 中变压器模型 t 、t p 卡模拟的双绕组变压器和移相器【7 1 。b p a 中没有专门的三绕组变压器模 型，需要将三绕组变压器的每个绕组描述为一个双绕组变压器，将其中的一端接在 一起来模拟三台双绕组变压器。变压器和移相器的抽头可以是固定的，也可以是可 调的；如需要设置为可调的，则要附加填写r 卡。b p a 中双绕组变压器模型为两侧 均带非标准变比，从铭牌参数计算阻抗时只与短路损耗、变压器容量和系统基准容量 有关，而与两侧抽头电压无关；激磁支路为型【n 1 【1 4 】。 图2 1 0 b p a 中变压器模型 以下讨论中假设变压器的额定容量为，i 和j 侧的分接头所在位置的电压分 别为u a , 、u ，短路损耗为最，短路阻抗为，i 和j 侧的系统基准电压分别 为、，系统的基准容量为品。 由图2 一1 0 可得： 1 3 华北电力人学硕+ 学位论文 其中： l 互= 糟= 乏 z 矿z 巧r _ _ l = 丽p , s b + 鬻 驴瓦u o 。驴等 死 无，z 图2 1 1 朋n 型二端u 表示b p a 中变压器等值电路 ( 2 3 ) ( 2 4 )、 ( 2 - 5 ) 2 4 1 2p s c a d 中变压器模型 p s c a d 中变压器模型种类较多：t h r e ep h a s et r a n s f o r m e rm o d e l s ( 三相变压器 模型( 采用单相单位) ) ；u m e c ”u n i f i e dm a g n e t i ce q u i v a l e n tc i r c u i t ”t r a n s f o r m e r m o d e l s ( u m e c “统一励磁等效电路”变压器模型) ；s i n g l ep h a s et r a n s f o r m e rm o d e l s ( 单相变压器模型( 可以装配在任何配置) ) 【引。 2 4 2 模型间数据转换 在2 0 1 5 年规划电网的b p a 模型中，变压器模型采用t 卡表示。在p s c a d 仿 真软件中，选择t h r e ep h a s et r a n s f o r m e rm o d e l s ( 三相变压器模型) 中的双绕组表 示变压器模型。由于两个仿真软件中对变压器模型的描述方式不一致，因此需要进 行模型数据转换，并进行等效性分析，来验证变压器模型转换前后，在两个不同的 仿真软件中具有相同的稳态和暂态特性。 根据b p a 中变压器模型( t 卡，t p 卡) 所给参数来填写p s c a d 中t h r e ep h a s e t r a n s f o r m e r m o d e l s ( 三相变压器模型) 参数。在转换过程中有一些需要特殊处理的 数据： l lp s c a d 中t h r e ep h a s et r a n s f o r m e rm o d e l s ( 三相变压器模型) 参数中的b a s e o p e r a t i o nf r e q u e n c y ( 基准频率) 仿真软件默认值为6 0 h z ，应该为5 0h z 。 2 1b p a 中变压器模型( t 卡，t p 卡) 有部分会给出变压器额定容量( m v a ) ，若 1 4 1j， 华北电力人学硕十学位论文 没有给出，在p s c a d 中t h r e ep h a s et r a n s f o r m e rm o d e l s ( 三相变压器模型) 参 数中填写默认值1 0 0 ( m v a ) 。 3 ) b p a 中变压器模型( t 卡，t p 卡) 中没有给出两边绕组的接线方式，在p s c a d 中t h r e ep h a s et r a n s f o r m e rm o d e l s ( 三相变压器模型) 中一般情况下采取高压f 9 l f j y 接地，低压侧。 4 ) b p a 中变压器模型( t 卡，t p 卡) 中均会给出由铜损引起的等效电阻( 标么值) ， 漏抗( 标么值) ，有时会给出由铁损引起的等效电导。在p s c a d 中t h r e ep h a s e t r a n s f o r m e rm o d e l s ( 三相变压器模型) 中对应填写p o s i t i v es e q u e n c el e a k a g e r e a c t a n c e ( 正序漏抗) ，c o p p e rl o s s e s ( 铜损) ，无需填写铁损值。 5 ) 在p s c a d 中t h r e ep h a s et r a n s f o r m e rm o d e l s ( 三相变压器模型) 中对应于b p a 中变压器模型( t 卡，t p 卡) 没有给出的参数，一般情况写采用p s c a d 仿真 软件的默认值。 2 4 3 模型仿真对比 b p a 的变压器模型选用t 卡。p s c a d 对应选取t h r e ep h a s et r a n s f o r m e rm o d e l s ( 三相变压器模型) 中的双绕组表示变压器模型。进行仿真对比并验证模型在两个 不同的仿真软件中具有相同的稳态特性。 2 4 3 1 仿真算例简介 b p a 的变压器模型选用t 卡。p s c a d 对应选