基于RTDS的统一潮流控制器的建模与仿真

《基于RTDS的永磁风力发电机场站级低电压穿越仿真分析》篇一

一、引言

随着可再生能源的快速发展，风力发电作为绿色能源的重要组成部分，在全球范围内得到了广泛的应用。永磁风力发电机因其高效、可靠的特点，在风力发电领域占据重要地位。然而，风力发电场的稳定运行面临诸多挑战，其中之一便是低电压穿越（LVRT）问题。本文将针对基于RTDS（实时数字仿真系统）的永磁风力发电机场站级低电压穿越问题进行仿真分析，以深入理解其工作原理及性能表现。

二、RTDS系统概述

RTDS是一种实时数字仿真系统，能够模拟电力系统各种复杂的动态过程。在风力发电领域，RTDS系统可用于模拟风力发电场的运行状态，包括风速、发电机运行状态、电网电压等。通过RTDS系统，我们可以对永磁风力发电机的低电压穿越能力进行仿真分析，以评估其在电网故障时的性能表现。

三、永磁风力发电机低电压穿越问题分析

低电压穿越是指风力发电机在电网电压降低时，仍能保持并网运行并输出一定功率的能力。对于永磁风力发电机而言，其低电压穿越能力的强弱直接影响到风电场的稳定运行。当电网电压降低时，若永磁风力发电机无法及时响应并调整输出功率，可能导致风电场与电网解列，造成能源损失。因此，对永磁风力发电机的低电压穿越能力进行仿真分析具有重要意义。

四、基于RTDS的仿真分析

本文采用RTDS系统对永磁风力发电机的低电压穿越能力进行仿真分析。首先，建立风电场的仿真模型，包括风速模型、永磁风力发电机模型、电网模型等。然后，模拟电网电压降低的故障情况，观察永磁风力发电机的响应过程及输出功率的变化情况。通过仿真分析，我们可以得到以下结论：

1. 永磁风力发电机在电网电压降低时，能够迅速响应并调整输出功率，保持并网运行。

2. 不同风速下，永磁风力发电机的低电压穿越能力有所差异。在较高风速下，发电机能够更好地保持并网运行及输出功率的稳定性。

3. 通过合理控制励磁电流和桨距角，可以进一步提高永磁风力发电机在低电压穿越时的性能表现。

电力系统实时数字仿真器RTDS

叶󰀁林1󰀁杨仁刚1󰀁杨明皓1󰀁RickKuffel2󰀁林华谘2(1󰀁中国农业大学电力系󰀁100083󰀁2󰀁RTDSTechnologiesInc.)󰀁󰀁摘󰀁要󰀁电力系统实时数字仿真器RTDS(RealTimeDigitalSimulators)是实时全数字电磁暂态电力系统模拟装置,采用与EMTP仿真程序相同的算法,但由于其具有很强的硬件计算能力,进行系统研究时速度要快得多。另外,RTDS仿真系统的频率特性包括了一个很大的频率范围(从直流到4kHz),在此频率范围内,RTDS仿真系统是全面分析电力系统各种问题的理想工具。RTDS仿真系统可以用于电力系统分析研究、测试保护系统、控制系统的测试及其教育培训。󰀁󰀁关键词󰀁电力系统󰀁实时数字仿真󰀁电磁暂态程序

1󰀁引言随着电力系统规模的不断扩大,电网的电气连接更加紧密,同时各种新型电力系统元件(如FACTS装置)的不断出现,给电力系统的规划设计、运行及故障的分析处理等带来了新的挑战。通常,在电力系统的规划和设计阶段主要是依靠功能强大的非实时的离线(off󰀂line)计算机仿真软件,如EMTP/EMTPView、ATP/ATPDraw、EMTDC/PSCAD等[1,2]。但是完整的项目实施还需要在投入运行之前对电网、电气设备及继电保护装置等进行实时测试,以验证设备、保护及其控制系统能否满足实际电网运行的要求。实时数字仿真器RTDS(RealTimeDigitalSimulators)是实时全数字电磁暂态电力系统模拟装置,它的出现为电力系统的设计、运行及研究提供了新的解决方案[3,4]。经过多年的硬件和软件设计,1993年第一台商业化的RTDS装置在加拿大Manitoba高压直流研究中心(HVDC)开发成功。RTDS技术公司(RTDSTechnologiesInc.)随后于1994年2月在加拿大的ManitobaHVDC研究中心成立。公司的主要任务是制造、销售、技术服务和对实时数字模拟装置(RTDS)的开发。RTDS技术公司的成立极大地推进了电力系统实时仿真器这项新技术,并提供仿真的解决方法以及制造仿真系统。在公司成立的第一个五年内,就有超过130台RTDS仿真装置分别被安装在14个国家。许多世界上最著名的电力设备制造商(如GE、ABB)、电力公司、研究机构、大学和设计院都采用RTDS技术公司提供的高质量的电力系统实时仿真设备来完成其科研、生产和开发任务。RTDS技术公司提供电力系统仿真技术用于复杂的高压交直流网络的快速、可靠、精确和经济的研究。实时数字仿真技术代替以模拟量仿真为基础的老一代网络分析系统。RTDS模拟装置的开发没有先例,运用的先进的硬件和软件技术是专门为电力系统的实时仿真所创造的。RTDS仿真装置使电力专家有可能确定网络的结构同时对运行年限的各个方面进行实时试验。系统的问题能更快地被发现,解决的办法也能立即进行设计和试验。使用RTDS仿真装置,电力系统新设备和网络的设计或改进能够被评价和准确地试验。现在人们能用数字技术建立电力系统更详细和更广泛的模型。使用RTDS在实时的条件下,也就是如同在实际的网络运行状态下,设备能被试验、运转和优选;意外事故能被设计和模拟;元件间的互相影响能被更好地分析和理解。2󰀁RTDS仿真系统的特点实时数字仿真器RTDS是一个全数字化的电力系统电磁暂态(EMTP)模拟装置。RTDS硬件基于DSP(数字信号处理器)和并行计算,计算速度可达到实时输出的目的。RTDS的基本组成部分分为RACK,多个RACK之间通过总线和工作站接口卡WIF(WorkstationInterface)相连,RACK的数量视仿真系统的规模而定。每个RACK包括多个RPC(Risc󰀂49󰀂 电力电气 !电工技术杂志∀2004年第7期ProcessorCard)卡或3PC(TripleProcessorCard)卡,每个3PC卡包括3个SHARCAD21062数字信号处理器(DigitalSignalProcessor,DSP),速度更快,功能更强。一个或多个DSP可仿真一个电力系统的基本元件,如母线、线路、开关、电压互感器(PT)、电流互感器(CT)、发电机、励磁系统等。RTDS通过这些基本元件构成系统。构成的系统运行于其上层工作站的PSCAD(电力系统计算机辅助设计)软件。PSCAD是RTDS专用的图形界面,可供用户完成构成系统、运行监控、分析结果等工作。RTDS的核心软件为EMTDC软件,该软件是可以进行直流研究的电磁暂态计算程序。RTDS通过以太网与工作站相连。在工作站上,可以通过PSCAD对RTDS完成各种操作。RTDS最重要的特性是它能维持实时条件下的连续运行,也就是说,它能足够快地求解电力系统的方程并连续地产生输出,这些输出真实地代表了实际网络的状态。由于计算结果的实时性,仿真系统能直接连到电力系统控制和保护设备上进行闭环试验。这种试验方法可在多种故障条件下对设备进行测试,其中许多测试条件是无法用其他办法或不允许在实际系统中实现的。因此,RTDS仿真系统可用来做保护系统的闭环试验并且大大优于其他试验方法,还能校验保护设备的性能及设置。放大器常被接入回路以使继电保护能用其在运行中所使用的工作电压和电流来测试。RTDS仿真系统是先进的计算机硬件和大量的计算机软件的综合体。电力系统的模型是通过从任意数目的用户自定义的电力系统元件库中取出元件模型构造而成,同时显示在计算机屏幕上。软件是与RTDS仿真系统硬件联系的主要界面。它的设计允许用户完成所有必需的步骤,包括准备和进行仿真工作,分析输出结果等。硬件是完全模块化的,允许用户随时扩展设备以适应最复杂和详细的系统模型。3󰀁RTDS仿真系统的应用RTDS仿真装置是一个全数字化的电力系统电磁暂态(EMTP)模拟装置。它用于进行控制和保护设备的闭环试验,完成系统分析研究,培训运行人员、工程师和学生。它是一种取代暂态网络分析仪和模拟式或数模混合式模拟装置的经济而高效的方案。RTDS仿真装置使用户有可能研究扰动对电力系统设备和网络的影响,以防止故障或停运,其应用示意如图所示。

RTDS实验报告

孙杰 2009203099

在电力系统中为验证新的控制、保护等装置的性能，在安装、投运之前需要对其进行实时仿真测试，以确定其是否满足设计要求。具体的可分为动态模拟试验方式和数字仿真方式。动模试验是一种物理模拟方式，应用相似理论建立缩小的物理模型来模拟实际的电力系统，比如我们学院的动模实验室。但是随着仿真系统规模的扩大，系统情况的复杂，建立动模试验的投资也越大，建设周期也越长，因而限制了动模试验方式的进一步发展。数字仿真是以计算机为主体，采用数学模型和数值算法对电力系统进行模拟，具有安全、经济、方便等优点。

故障出现时，依次会出现波过程、电磁暂态过程和机电暂态过程。波过程的时间是毫秒级，电磁暂态过程时间是秒级，机电暂态过程时间会长点。RTDS全称为实时数字仿真，是实时全数字电磁暂态电力系统模拟装置。RTDS不是实现系统元件的物理小型化，其元件参数和电路结构以软件模型为基础。RTDS的研究能被迅速而且方便地修改，从一个问题切换到另一个问题只需要最短的时间。

RTDS仿真系统是先进的计算机硬件和大量的计算软件的综合体。硬件是完全模块化的，允许用户随时扩展设备已适应复杂系统模型。软件是与RTDS仿真系统硬件联系的主要界面。允许用户完成所有必须的步骤，包括准备和运行仿真工作，分析输出结果等。电力系统的模型是通过从任意数目的用户自定义的电力系统元件库中取出元件模型来构造而成，同时显示在计算机屏幕上。可以进行编译和运行。通过设置CT和PT可以看系统任意位置的电流和电压。

硬件基于DSP和并行计算，具有很强的硬件计算能力，进行系统研究是运算速度快得多，计算速度可达到实时输出的目的。RTDS的基本组成部分分为RACK。多个RACK之间通过WIF卡相连，RACK的数量要视仿真系统的规模大小而定。具体每个RACK包括多个RPC卡或3PC卡，每个3PC卡包括三个数字信号处理器，功能更强，速度更快。系统可以分成几部分分别在不同3PC中进行仿真。

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 电力系统实时数字仿真器RTDS

叶　林1　杨仁刚1　杨明皓1　RickKuffel2　林华谘2

(11中国农业大学电力系　100083　21RTDSTechnologiesInc.)

摘　要　电力系统实时数字仿真器RTDS(RealTimeDigitalSimulators)是实时全数字电磁暂态

电力系统模拟装置,采用与EMTP仿真程序相同的算法,但由于其具有很强的硬件计算能力,进行

系统研究时速度要快得多。另外,RTDS仿真系统的频率特性包括了一个很大的频率范围(从直流

到4kHz),在此频率范围内,RTDS仿真系统是全面分析电力系统各种问题的理想工具。RTDS仿真

系统可以用于电力系统分析研究、测试保护系统、控制系统的测试及其教育培训。

关键词　电力系统　实时数字仿真　电磁暂态程序

1　引言

随着电力系统规模的不断扩大,电网的电气连接更加紧密,同时各种新型电力系统元件(如FACTS装置)的不断出现,给电力系统的规划设计、运行及故障的分析处理等带来了新的挑战。通常,在电力系统的规划和设计阶段主要是依靠功能强大的非实时的离线(off—line)计算机仿真软件,如EMTP/

EMTPView、ATP/ATPDraw、EMTDC/PSCAD等[1,2]。但是完整的项目实施还需要在投入运行之前对电网、电气设备及继电保护装置等进行实时测试,以验证设备、保护及其控制系统能否满足实际电网运行的要求。实时数字仿真器RTDS(RealTimeDigitalSimulators)是实时全数字电磁暂态电力系统模拟装置,它的出现为电力系统的设计、运行及研究提供了新的解决方案[3,4]。经过多年的硬件和软件设计,1993年第一台商业化的RTDS装置在加拿大Manitoba高压直流研究中心(HVDC)开发成功。RTDS技术公司(RTDS