第27卷第2期2007年2月
电力自动化设备Elec£ricPbwer
Au幻mationEquipment
Vol。27No.2
nb.2007囝
基于PSCAD/EMTDC的背靠背高压直流输电系统仿真高晓旺1,周勇1,康鲁豫2(1.郑州大学电气工程学院,河南郑州450002;2.南京电力自动化设备总厂,江苏南京210003)摘要:为了研究灵宝背靠背换流站在交流系统发生故障时的换相失败过程,利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对灵宝背靠背高压直流输电系统进行了建模。并在此基础上对高压直流输电系统中常见的故障进行了仿真分析.其中包括逆变侧交流系统发生三相故障和单相故障的情况。仿真结果表明.在PSCAD/EMTDC环境下建立的模型能够比较准确地描述在暂态过程中背靠背直流输电系统的动态特性。
可以为现场运行以及故障分析提供参考。在系统中加入故障检测控制环节.根据电压和电流的变化.适时增大提前触发角.可以有效地预防换相失败。关键词:背靠背;PsCAD/EMTDC;仿真中图分类号:TM721.1
文献标识码:A
文章编号:1006—6047(2007)02一0069一02
2005年我国第1个直流输电工程项目——灵宝背靠背换流站投入运行.实现了西北电网和华中电网的非同步联网.对于西电东送和推进全国电网互联有重要意义。在此背景下。采用计算机仿真的方法.研究背靠背直流输电系统的运行状态及控制方法很有必要。利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC[1_21(PowerSystemComputerAidedDesign/Electro—Magnetic7rransientinDC
svstem)对灵宝背靠背直流输电工
程进行仿真。分析了该系统的稳态和暂态特性。
l直流输电工程简介灵宝背靠背高压直流输电BTB—HVDC(BackTo
Back—HighV01tageDirectCurrent
transmission)工程额定直流功率360MW.功率可双向传输。交流系统电压等级分别为华中侧220kV、西北侧330kV。
换流站电气主接线如图1所示[3]。220kV交流场包
括:1组电抗器、2组HP3滤波器、3组唧12/24滤波器、2组并联电容器、进线1回、换流变压器支路1回。330
kV交流场包括:l组电抗器、l组HP3滤波器、3组HPl2/24滤波器、3组并联电容器、进线1回、换流变压器支路1回。换流变压器采用单相三绕组形式,单台容量均为143.6MV·A,每侧的3台换流变220kV母线平波电抗器330kV母线图1灵宝换流站主接线Fig.1Main
co衄ectiondiagmmof“ngbaoconvener
s协tion
收稿日期:2006一04—06;修回日期:2006—10—08
压器通过外部连线实现Yyl2、Ydll接线,和换流阀一起构成12脉动桥。直流系统额定电压120
kV.两
侧阀通过直流母线串接平波电抗器相连陆纠。
2直流输电系统建模利用PSCAD/EMTDC软件包建立灵宝背靠背直流输电系统的模型.通过站内额定功率360MW(120kV。3
kA)的直流输电线路,实现从330kV侧
(西北电网)向220
kV侧(华中电网)反向输送电能
(取220kV侧向330kV侧输送电能为正方向)。在保
证系统稳态运行的前提下.220
kV侧投入2组并联
电容器、1组HP3滤波器、2组HPl2/24滤波器,330kV侧投入3组并联电容器、2组HPl2/24滤波器,除
吸收高次谐波外.这些滤波器还分别向各自所在的电网提供大约180
Mvar的无功功率支持。
仿真采用的基本控制是[e.10]:整流侧由定电流控制和触发角a矗。限制2部分组成,其中a的参考值为
150,%。=50;逆变侧由定电流控制和定关断角y.控制组成.定电流控制器的整定值比整流侧小一个电流裕额(典型值为直流电流的10%),y.=170。正常运行时.整流侧运行于定电流控制。逆变侧运行于定关断角控制.两侧都采用PI调节器进行控制。此外,两侧都配有低压限流VDCOL(VoltageDependentCun.ent
Order“mit)环节.用于电压降低时对直流电流进行限制.从而减少故障时换相失败的可能性,有利于直流系统在故障后的迅速恢复。
3直流输电系统的仿真分析3.1正常运行时仿真波形正常运行时的波形如图2所示.整流侧的直流电流在0.2s时达到给定值3kA.直流电压达到给定值120
kV:稳态时整流侧的触发角a稳定在15。附近, 万方数据
万
方数据
逆变侧的提前触发角届稳定在37。附近;整流侧交流系统吸收的有功功率约为360MW,无功功率约为200
Mvar。以上数据与现场数据基本吻合,从而证明了系统仿真模型的正确性。3.2逆变侧交流系统故障时的暂态响应特性本文主要对逆变侧交流系统故障进行了仿真。其中.包括瞬时性的单相接地和瞬时性的三相直接接地。图3为逆变侧交流系统在O.70~O.75s发生单1.2
00.6J.51.O
∥8(a)整流侧直流电流2卑
01讨相接地故障时的仿真波形.图4为逆变侧交流系统
在0.70。O.75s发生三相接地故障时的仿真波形。由图3、4可知,单相故障和三相故障的情
形类似。故障发生后直流电流急剧增大.直流电压降到零;直流传输功率几乎中断。逆变侧无功功率消耗降低;逆变侧发生多次换相失败:同时由于逆变侧交流电压下降和直流电流增大.使整流和逆变器的触发角增大。故障消失后约150ms系统恢复到稳定状态。钆
O1.5t/8
(b)整流侧直流电压f/s
(c)整流侧d角和逆变侧卢角图2正常工作时的仿真结果Fig.2under
nomal叩emtioncondition
(d)整流侧吸收的有功和无功
皇400\
q0良皇∥8‘/s
卢角以及关断角7图3逆变侧交流系统发生单相接地故障时的仿真结果Fig.3
sinde—phase-to—gmundinverter1.0f/8
(a)逆变侧直流电流
4结论f/s
(b)逆变侧(c)整流侧a角和逆变侧直流电压‘‘口角以及关断角7t/sO.51.O1.5
∥s(d)逆变侧吸收的有功和无功图4逆变侧交流系统发生三相直接接地故障时的仿真结果Fig.4Simulationresult0fACsystemtllree-Phase—to-gmundfaultat
inVenersidePowerSy¥tem
Technology,2000,24(1):65—66
从仿真结果可看出.利用PSCAD/EMTDC对灵宝背靠背换流站建立的系统模型是较理想的。整流侧采用的定电流控制虽然可控制电流.但还是不能有效地阻止交流侧故障时直流电流的瞬时增大。在正常运行时.通过调节换流变压器分接头使逆变侧的关断角保持在170附近.可有效地减小换相失败,但在发生故障期间.由于换流变压器变比调整的时间常数较大,根本来不及阻止换相失败的发生。在系统中加入故障检测控制环节.根据电压和电流变化,适时增大提前触发角。可有效地预防换相失败。参考文献:[1]林良真,叶林.电磁暂态分析软件包PsCAD/EMTDC[J].电网技术,
2000,24(1):65.66.LIN
Liang—zhen,YE“n.Anintmduction
PSCAD/EMTDC[J].[2]任震,欧开健,荆勇,等.基于PsCAD/EMTDC软件的直流输电系统数字仿真[J].电力自动化设备,2002,22(9):11.12.REN
zhen,0u
Kai-jian,JINGYong,et
a1.Digitalsimulation0fHVDC
tmsmissionsystembased
PSCAD/EMTDC[J].ElectricP0wer
Aut0啪tion
Eqllipment,2002,22(9):11一12.
[3]马为民.西北一华中联网背靠背直流工程一次系统设计[J].高电压技术。2004,30(11):5.7.MA
Wei—IIlin.HVDCdesigIIofBTB
pmjectbetween
nonh—china肌dcentral
China[J].H曲VoltageEngineering,2004,30(11):5—7.
[4]杨金根,马为民.灵宝换流站交流滤波器性能研究[J].高电压技术。2004,30(11):60.62.YANG
Jin—gen,MA
Wei—min.StudypeIfonnanceoffilterin
Linbao
station[J].HighVol‘age
En百neering,2004,30(11):60一62.
[5]聂定珍,郑劲.灵宝换流站交流暂态过电压研究[J].高电压技术,2005,31(4):54—56.NIE
Ding-zhen,ZHENG
Jin.ACtmnsientovervolta异eHVDC
8tation[J].HighVolta:昏e
En百neering,2005,3l(4):54—56.(下转第74页continuedpage
74)
hiiiUiiUH雌
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0f
neutral
Founding
for
distribution
network[J].P0werSystem
Technolo鼎,2000,24(7):25—28.[9]王雷,厉吉文,丁学真,等.一种新型低压无功补偿装置的研制[J].电力自动化设备,200l,2l(12):32.33.WANG
I七i.U
Ji—wen.DINGXue.zhen。eta1.ResearchLV
reactive
power
compensation
deyice[J].ElectricAuto.mation
Equipmem,200l,21(12):32.33.
[10]陈劲操.就地无功补偿策略研究及实现[J].电力自动化设备,2002.22(9):63—65.
Jin—c∞.Researchand
fealizati伽0ffield
v盯c伽pen—
sati叩tactics[J].Electric附唧Auto啪tionEqIlip舭nt,2002,22(9):63—65
钟庆(1978一),男,江西龙南人。博士,主要研究方向为
电力系统及其自动化、电力电子技术在电力系统中的应用及其控制技术(E.mail:epqzhong@scut.edu.cn);
张尧(1948一),男,广东廉江人,教授,博士研究生导师,主要研究方向为电力系统运行与稳定、电力市场、电网规划(E-mail:epyzh彻g@scut.edu.cn)。
Automaticreactivepower
compensatorin
distribution
systemZHONG
Qin91,ZHANGYa01,RUIDong-yan92
(1.SouthChina
University
Technology,Guangzhou510640,China;2.Guangzhou
Zhiguang
E1ectric
I.td.,Guangzhou
510640,China)Abstract:Tomake
compensationmore
nexible,anautomaticcompensatordistri·bution
networksdeveloped,whichcombineshigh
impedance
TCT(ThyristorContml
7I'ransfb哪er)FC(FixedCapacitors).The
steplessrealized
chan舀ngan甜ethyristorsecondaryside
tmnsfo珊erS/C
highimpedance.711llenumbercapacitorgroupcapabilityreactor
pmpedychosensubstationparametells10w—vol£agebusbarcompensatioll.Hysteresisdesignedstandbyreduceswitchingtimes.Apracticalsimulatedthat,thedevicecompensatereactivepower
withbetter
perfo彻ance,whichhelpsrestrain上henuctuationimpmvefactordistrjbutionnetwork.This
projectis鲫pportedbytheNationalNaturalScienceFoundationof
Chi咖(50337010).Key
words:distributionnetwork;compensation;controllablereactor;
teresis
control
J—f一-+--—卜-—●·-—卜-一—}--—-_卜一—卜-+一+一—卜-—卜-+-—斗一-—卜-—·卜·——●一-—卜——卜——卜—+-+——卜-—卜---+---—卜一—卜-+-—_--+-—卜——卜-—卜
(上接第70页continuedfmm
p醒e
70)[6]浙江大学发电教研组直流输电科研组.直流输电[M].北京:水利电力出版社.1985.[7】徐政.交直流电力系统动态行为分析[M].北京:机械工业出版社.2004.[8]杨汾艳,徐政.直流输电系统典型暂态响应特性分析[J].电工技术学报.2005.20(3):45—52.YANG
Fen.van,XUZheng.TjrpicaltranBiem
respons髓intmnsmission
syBtem【J].Tmnsaction8China
Electmtechnical
S0cietv,2005。20(3):45.52.
[9]陈琦.高压直流输电系统的实时数字仿真研究[D].武汉:武汉大学.20()4.CHEN
Qi.StudysiInulationsvstems
with
咒a1.ti眦di酊talsiⅡmlator[D].Wuhan:wuhaIlUniversity,2004.
[10]石岩,徐玲铃,陶瑜,等.背靠背换流站极控系统的研究[J].高电压技术。2004,30(儿):37—39.SHIYaII,XULing—ling,TA0Yu,et
a1.StudyBTB
HVDC
pole
control
system[J].HighVoltage
Engineering,2004,30(11):37—39.
(责任编辑:柏英武)
作者简介:
高晓旺(1981一),男,河南安阳人,硕士研究生,研究方向
为电力电子技术在电力系统中的应用(E.mail:g—xw@163.com);周
勇(1957一),男,河南信阳人,教授,研究方向为电力电子技术在电力系统中的应用。
Simulationofback.to.backHVDC
svstemwith
PSCAD/EMTDCGAO
Xiao—wangl,ZHOUYon91,KANGLu—yu
(1.ZhengzhouUniversitv,Zhengzhou450002,China;
2.NanjingElectricPowerAutomationEquipmentGeneral
Factory,Nanjing210003,China)Abstract:PSCAD/EMTDC(PowerSvstemComputerAidedDesign/Electro.MagneticTransientinDC
system)softwareisusedto
establishmodel
Lin曲aoback.to.backHVD
C(Hi出Voltage
transmission)svstemstudyingitscommut砒ionfailureduringACsystemfault.Basedon
it,thegeneralfaultsHVDCare
simulated,includingthree—phase
f孔ltsingle—phasefaultsvstemat
inverterside.simulationresultsshowthat.thebuiltPSCAD/EMTDCcan
accuratelvsimulatedynamicbehaviorback—to—backtmnsientprocess
pmvidereferencesfor
fieldopemtionanalysis.B丫addingdetection&controlunitsYstem,theadvancedfiringangleraisedefkctivelyprevent
commutationaccordingto
the
changeof
voltageand
current.
KeyⅥrords:back.to.back;PSCAD/EMTDC;simulation 万方数据
基于PSCAD/EMTDC的背靠背高压直流输电系统仿真
作者:高晓旺, 周勇, 康鲁豫, GAO Xiao-wang, ZHOU Yong, KANG Lu-yu
作者单位:高晓旺,周勇,GAO Xiao-wang,ZHOU Yong(郑州大学,电气工程学院,河南,郑州,450002), 康鲁豫,KANG Lu-yu(南京电力自动化设备总厂,江苏,南京,210003)
刊名:
电力自动化设备
英文刊名:ELECTRIC POWER AUTOMATION EQUIPMENT
年,卷(期):2007,27(2)
引用次数:4次
参考文献(10条)
1.林良真.叶林电磁暂态分析软件包PSCAD/EMTDC[期刊论文]-电网技术 2000(1)
2.任震.欧开健.荆勇.余军基于PSCAD/EMTDC软件的直流输电系统数字仿真[期刊论文]-电力自动化设备 2002(9)
3.马为民西北-华中联网背靠背直流工程一次系统设计[期刊论文]-高电压技术 2004(11)
4.杨金根.马为民灵宝换流站交流滤波器性能研究[期刊论文]-高电压技术 2004(11)
5.聂定珍.郑劲灵宝换流站交流暂态过电压研究[期刊论文]-高电压技术 2005(4)
6.浙江大学发电教研组直流输电科研组直流输电 1985
7.徐政交直流电力系统动态行为分析 2004
8.杨汾艳.徐政直流输电系统典型暂态响应特性分析[期刊论文]-电工技术学报 2005(3)
9.陈琦高压直流输电系统的实时数字仿真研究[学位论文] 2004
10.石岩.徐玲铃.陶瑜.曾南超背靠背换流站极控系统的研究[期刊论文]-高电压技术 2004(11)
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1.学位论文高晓旺背靠背换流站的数字仿真分析2007
自上个世纪五十年代以来,随着电力电子器件(比如汞弧阀、晶闸管、GTR、GTO、IGBT等)的迅速发展,直流输电在远距离大容量输电、海底电缆输电和交流系统间非同步联网方面显示出了独特优势,使直流输电及其相关技术得到了越来越广泛的重视. 由于我国能源分布不均匀,负荷发展很不平衡,远距离大容量输电势在必行.另一方面电网互联也是我国电力工业发展的必然趋势,目前,各大区和独立省网的互联已进入实施阶段,其中灵宝背靠背直流联网工程是我国第一个背靠背直流输电联网(华中电网和西北电网)工程,也是我国自主设计、自主生产的示范工程,为我国直流输电工程的设计、制造和运行积累了经验. 为了得到满意的运行性能,在直流输电系统的规划设计阶段和实际运行中,必须预计到直流输电系统的性能、可能出现的问题及其解决措施,又由于直流输电在运行方式和故障处理上具有一定的特殊性,对极控制系统的要求非常高,因此,采用仿真工具对直流系统进行暂态、稳态仿真研究将是很有意义的. 本文根据灵宝背靠背直流输电工程的实际,采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了灵宝背靠背换流站的仿真模型,并对该系统的暂态和稳态情况进行仿真分析,主要内容如下: (1) 简述了直流输电系统的类型以及背靠背直流输电的特点,介绍了直流输电系统的构成、换流器的工作原理和直流输电的基本控制方式. (2) 结合灵宝背靠背换流站工程实际,采用PSCAD/EMTDC建立了输电系统和极控制系统仿真模型,在此基础上对高压直流输电系统常见的故障进行了仿真分析,其中包括交流系统发生单相接地故障和三相故障的情况,对故障情况下直流输电系统的动态响应特性以及故障恢复情
况进行了分析. (3) 讨论了直流输电换相失败的机理和检测方法,介绍了避免换相失败的措施.以灵宝背靠背换流站工程为例,分析了影响换相失败的各种因素及其相互关系.对换相失败的过程进行了仿真,并将仿真结果与换流站的现场录波进行了对比,两组波形变化基本相似.reactor软件
2.学位论文陈涛背靠背四象限电压源型变流器功率交换控制2007
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模型和控制器的有效性进行了多角度验证。 在以上研究的基础上,完成了基于反馈线性化控制策略的30kVA/380V背靠背四象限电压源型变流器物理样机的调试工作,并结合仿真内容进行了实验,实验结果与理论分析及仿真结果一致,验证了论文主要研究内容的结论。此外
,物理样机将为动态模拟实验室开展大规模互联电力系统及轻型直流输电系统的物理模拟提供实验平台。
3.期刊论文常勇.徐海军.衣福全.田忠.鄂士平.CHANG Yong.XU Hai-jun.YI Fu-quan.TIAN Zhong.E Shi-ping高
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在介绍高岭背靠背换流站交流场滤波器配置的基础上,研究了各型滤波器最优的投切时刻.综合理论分析和现场实测数据,借助电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC分析了换流站各类滤波器组投切时的不同特性,讨论了滤波器小组开关的过零点投切设备的整定问题.
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引证文献(4条)
1.陈勇.吴艳辉基于PSCAD/EMTDC的高压直流输电控制系统的仿真分析[期刊论文]-电力科学与工程 2008(9)
2.黎小林.黄莹.谢施君.董曼玲.贺恒鑫.张丹丹.何俊佳基于PSCAD/EMTDC的锁相环建模与性能分析[期刊论文]-南方电网技术 2008(4)
3.邢海瀛.陈柏超.田翠华超高压系统中可控电抗器抑制工频过电压研究[期刊论文]-电力自动化设备 2008(12)
4.李季.罗隆福.许加柱.李勇.张杰.刘福生直流输电谐波不稳定抑制新方法[期刊论文]-电力自动化设备 2008(02)
本文链接:d.g.wanfangdata/Periodical_dlzdhsb200702018.aspx
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