PSCAD风机和风电场建模教程
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PSCAD/EMTDC 实验指导教程(试用版)西南交通大学电气工程学院电力系统仿真实验室二OO七年九月第一章PSCAD/EMTDC软件介绍1.1 概述PSCAD/EMTDC是加拿大马尼托巴高压直流研究中心出品的一款电力系统电磁暂态仿真软件,PSCAD(Power Systems Computer Aided Design)是用户界面,EMTDC (Electromagnetic Transients including DC)是内部程序。
EMTDC最初代表直流暂态,是一套基于软件的电磁暂态模拟程序。
Dennis Woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了EMTDC的初版,编写这个程序的原因是因为当时现存的研究工具不能够满足曼尼托巴电力局对尼尔逊河高压直流工程进行强有力和灵活的研究的要求。
自此之后程序被不断开发,至今已被广泛地应用在电力系统许多类型的模拟研究,其中包括交流研究,雷电过电压和电力电子学研究。
EMTDC开始时在大型计算机上使用。
然后在1986年被移植到Unix系统和以后的PC机上。
PSCAD代表电力系统计算机辅助设计,PSCAD的开发成功,使得用户能更方便地使用EMTDC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。
PSCAD V1 1988年首先在阿波罗工作站上使用,然后大约在1995年PSCAD V2开始应用。
PSCAD V3以PC Windows作为平台,在1999年面世。
目前最新版本的是PSCAD V4.2.1。
用户可以通过调用随EMTDC 主程序一起提供的库程序模块或利用用户自己开发的元部件模型有效地组装任何可以想象出的电力系统模型和结构。
EMTDC的威力之一是可以较为简单地模拟复杂电力系统, 包括直流输电系统和其相关的控制系统。
采用PSCAD/EMTDC进行的典型模拟研究包括:●一般的交流电力系统电磁暂态研究●直流输电结构和控制●FACTS(灵活交流输电系统)元部件模型●由于故障、断路器操作或雷电冲击引起的电力系统的过电压研究●绝缘配合研究●谐波相互影响研究●静止补偿器研究●非线性控制系统研究●变压器饱和研究, 如铁磁振荡和铁芯饱和不稳定性研究●同步发电机和感应电动机的扭矩效应和自励磁研究●陡前波分析●研究当一台多轴系发电机与串补线路或电力电子设备相互作用时的次同步谐振现象●向孤立负荷送电电力系统数字仿真实验室使用PSCAD/EMTDC主要进行一般的交流电力系统电磁暂态研究,进行简单和复杂电力系统的故障建模及故障仿真,分析电力系统故障电磁暂态过程。
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PSCAD案例教程--换相电抗对换相失败的影响及短路电流抑制措施本文由任子媛撰写,中国科学软件网发布问题的提出直流输电系统电能具有输送容量大、损耗低、输电功率调节反转迅速灵活,输电可靠性高、非同步联络能力强等优点,因此在远距离、大区域的电网互联及大容量输电等方面被广泛应用。
然而,直流系统中换相失败的发生会引起系统直流电流剧增、换流阀寿命缩短、直流输电功率减少及逆变侧的弱交流系统电压不稳定等严重后果;连续的换相失败更是威胁着整个电力系统的安全稳定。
通过减小换流变压器短路电抗来降低换相电抗的方法,可以在一定程度避免换相失败,但在交流系统发生故障时,可能导致换流变两侧绕组的故障冲击电流过大而损坏换流变压器。
因此需要分析换相电抗对换相失败的抑制作用及其对短路电流的影响,并对交流系统发生故障时换流变压器的短路电流提出限制措施。
EMTDC计算模型在电磁暂态仿真模型中搭建了准东-重庆±1100kV特高压直流输电仿真模型,图1给出了该双端直流输电系统的整体研究模型,包括双端交流电网、整流站准东站、逆变站重庆站及直流线路等效模型。
图2按照实际工程建立了逆变站12脉动换流器串联的直流输电工程主回路。
图1准东-重庆±1100kV特高压直流输电仿真模型图2逆变站主回路pscad建模换相电抗对换相失败的影响基于上述PSCAD/EMTDC模型,设置交流母线A相在0.8067s发生暂时性接地故障,故障持续60ms,过渡电阻18Ω,仿真计算换流变短路电抗分别24%和8%时的关断角γ及换相电压,波形见如图3。
(a)漏抗为24%时(b)漏抗为8%时图3关断角γ及换相电压仿真波形图由图3可以得到,当换流变压器漏抗为24%时,在A相发生单相接地故障后,关断角γ小于7°且直降为0°,发生换相失败,在初次换相失败后系统并未恢复正常,发生了严重的继发性换相失败,且换相电压最低降至0.86p.u.;而当换流变漏抗降低为8%时,关断角γ始终大于7°,不会发生换相失败,换相电压最低仅降至0.91p.u.,且故障清除后电压波形更为平稳。
文档范例公司名,文献名 斜体 如:Friends of Wind Energy按钮或菜单 加粗 如:Insert new,用“/”分隔多级菜单,不含引号。
目录 用“\”分割,不含引号。
介绍本样例完成一次完整的风机定位操作,从测风数据开始到推测一个具体位置建立风机的产量结束。
接下来,建立一个由多台风机组成的风场,推算该风场的年发电量,包括叶轮尾流造成的损失。
最后,计算一个区域的风资源地图。
您可以在这里找到样例所用的数据:C:\Documents and Settings\AllUsers\Application Data\WAsP\Sample data,这个目录是在您安装Wasp时自动生成的。
案例这家公司Friends of Wind Energy ,Waspdele Ltd.要求您推算Waspdale的风机发电量。
他们计划在Waspdale的山顶建一台1MW风机。
(他们要求发电量适中)。
在机位点(Turbine Site)处没有测风,但在Waspdale机场(Airport)附近有一个气象站。
地图如下。
您具备的资料有:∙该区域的等高线图∙机场的测风数据∙该区用地性质的简单描述∙气象站附近的机场建筑草图,带标注的。
∙风机的功率特性这些数据被转成数字文件, 如下:∙等高线和粗糙度线数字化图∙包含测风数据的文件∙描述机场附近建筑的文件∙包含风机功率曲线的文件使用WAsP进行推算从工程数据您可以知道在给定风速下风机能发出多大功率。
如果风机恰好建在收集气象数据的位置,那估算就再简单不过了。
然而,从地图上看到拟建风机的位置和机场气象站完全不是同一个位置:气象站的特性本身也会影响它采集到的数据。
另外,风机位置的特性将对风机附近的风的特点产生影响。
风机轮毂高度和测风仪高度也不相同。
您所需要的是根据气象站记录的风气候推算风机位置的风气候。
这正是WAsP做的。
您可以用WAsP分析记录的风数据,经过场址影响修正制作一个不依赖于场址的局部风气候的描述。
PSCAD 使用说明1.PSCAD安装PSCAD / EMTDC常见4.0.2 ctacked版本或4.2版本,这个版本PSCAD被封装成一个ISO文档,如图1-1,可用虚拟光驱或winrar打开。
下面使用winrar将其解包。
图1-1PSCAD封包形式在系统安装了winrar3.2以上版本后,可以直接双击这个iso文档,然后点击“解压到”图标,如图1-2,就可以对其进行解包。
如图1-2 使用winrar解PSCAD的封包解压后可以得到三个文件夹,如下图1-3所示:图1-3PSCAD须按以下步骤安装,否则,装好后可能不运行。
另外,操作系统最好使用WinXP专业版,曾在WinXP Home版本上出现过不明原因的PSCAD不能运行情况。
安装步骤:(1)首先,运行PSCAD 4.0目录下的Setup.exe,一路按OK或者NEXT在选择安装列表时选中“PSCAD(all Editions)”,如图1-4,不要选择License Manager和Real Time Playback (它需要硬件采集设备支持,否则只是评估版)这两项。
使用附带的EGCS/GNU Fortran77编译器就选中“GNU Fortran Compiler”,如果要使用之前自行安装的Fortran90编译器就不要选这一项。
图1-42、当License Manger选择对话框出现时,如图1-5,选择“I will only be using Single-user/single-machine licenses.”或“professal”这一项,随后一路OK即可。
注意:选the Student Edition 版本,模型只允许15个结点。
如图1-53、前面的PSCAD 4.0以及EGCS/GNU Fortran77(如果选择了)全部安装完毕后,运行PSCAD 4.0 Patchfile 目录下的Setup.exe (安装PSCAD 4.0.2补丁)。
前言—华北电力大学电力系统是非常复杂的。
其数学表达式的定义比航天飞行器及行星运动轨迹的定义更要错综复杂和具有挑战性。
比起计算机.家电和包括工业生产过程在内的一些大型复杂机器,电力系统是世界上最大的机器。
EMTDC是具有复杂电力电子、控制器及非线性网络建模能力的电网的模拟分析程序。
对于一个好的技术人员来说它是一个很好的工具。
当在PSCAD的图形用户界面下运行时,PSCAD/EMTDC结合成的强大功能,使复杂的部分电力系统可视化。
从20世纪70年代中期起,EMTDC就成了一种暂态模拟工具。
它的原始灵感来源于赫曼.多摩博士1969年4月发表于电力系统学报上的IEEE论文。
来自世界各地的用户需求促成它现在的发展。
20世纪70年代暂态仿真发生了巨大的变化。
早期版本的EMTDC在曼尼托巴水电站的IBM 打孔计算机上运行。
每天只有一两个问题可以被提交并运行,与今天取得的成就相比等编码和程序开发相当缓慢。
随着计算机的发展,功能强大的文件处理系统可被用在文本编辑等。
今天,功能强大的个人计算机已可以更深入细致的进行仿真,这是二十年前所不能想到的。
用户要求EMTDC仿真的效率和简便。
所以曼尼托巴高压直流输电研究所开发了PSCAD图形用户界面以方便EMTDC仿真的研究。
PSCAD/EMTDC在20世纪90年代最初创立并使用在unix工作站。
不久,作为电力系统和电力电子控制器的模拟器,它取得了极大的成功。
PSCAD 也成为了RTDS-时实数字仿真或混合数字仿真的图形用户界面。
Dennis Woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了EMTDC的初版,是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件,PSCAD是其用户界面,PSCAD的开发成功,使得用户能更方便地使用EMTDC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。
操作环境为:UNIX OS, Windows95, 98, NT;Fortran 编辑器;浏览器和TCP/IP协议。
风电并网系统的建模与仿真随着可再生能源的快速发展,风力发电成为了一种在能源产业中越来越重要的能源形式。
风电并网系统的建模与仿真是评估风电系统性能并优化设计的关键步骤。
本文将探讨风电并网系统模型的建立和仿真方法,以及其在系统性能分析、控制策略设计等方面的应用。
首先,对于风电并网系统的建模,需要考虑风机、变流器、直流侧电容滤波器、电网以及控制系统等多个组成部分。
建立准确的系统模型可以更好地分析系统工作状态、性能和稳定性,并为系统设计和优化提供指导。
一种常用的风电机组模型是基于双馈感应发电机(DFIG)的模型。
该模型主要包括机械侧转子和电气侧定子两个部分,并考虑了风速、转速、电网电压等外部环境因素的影响。
同时,还需要将风电机组模型与电网系统模型相连接,建立整个风电并网系统的模型。
在风电并网系统的仿真中,首先需要确定仿真目标和仿真环境。
目标可以包括系统性能评估、控制策略优化、电网稳定性分析等方面。
仿真环境涉及到模型选择、仿真工具的选择等。
常用的风电并网系统仿真工具包括MATLAB/Simulink、PSCAD、DIgSILENT等。
这些工具提供了丰富的风电机组模型和电网系统模型,并具备强大的仿真功能和分析工具。
选择合适的仿真工具可以根据实际需求和个人偏好。
在风电并网系统的仿真中,需要考虑多个因素的影响,包括风速、风向、电网电压、电网频率等。
对于不同的仿真目标,需要确定相应的输入信号和评估指标。
例如,对于电网稳定性分析,可以采用短路故障或过载故障等情况进行仿真,评估系统的动态响应和稳定性能。
在风电并网系统的仿真中,还需要考虑系统的控制与调节策略。
常见的风电控制策略包括最大功率点跟踪控制、无功功率调节控制、跟踪电网电压和频率等。
仿真可以帮助评估不同控制策略的性能,并优化参数设置,以实现最佳的系统性能。
另外,风电并网系统的仿真还可以用于故障诊断、故障定位等方面。
通过模拟不同故障情况,可以评估系统的抗干扰能力和故障响应能力,并提供相应的诊断和定位方法。
第51卷第21期电力系统保护与控制Vol.51 No.21 2023年11月1日Power System Protection and Control Nov. 1, 2023 DOI: 10.19783/ki.pspc.230553风电场站单机聚合模型倍乘元件阻抗参数设计王晗玥,许建中(新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学),北京 102206)摘要:现有较大规模风电场站等值模型中常采用倍乘方式实现机组聚合,以节省建模与仿真计算等资源。
针对风电场站单机聚合模型倍乘元件在风电场建模中应用广泛、参数设置缺少规律性的现状,对倍乘元件阻抗参数在风电场等值建模中的影响展开研究。
首先,以PSCAD软件官网的经典倍乘元件入手,分析各个自定义阻抗参数间的关系与重要程度。
其次,搭建风电场基准测试模型并展开等值聚合,通过参数遍历测试,研究倍乘元件阻抗参数对等值误差的影响机理,依据稳态运行点等值误差、仿真步长两个方面的限制,提出倍乘元件阻抗参数选择方法。
最后,选取稳态运行点、三相电压跌落、宽频振荡3个工况,对影响机理与推荐参数展开验证。
从等值误差的角度,对大型风电场建模仿真中倍乘元件阻抗的参数设计提供了参考建议。
关键词:风电场;单机聚合模型;倍乘元件;阻抗参数;等值误差Design of impedance parameters of a multiplier element in an aggregation model ofa single wind turbine of a wind farmWANG Hanyue, XU Jianzhong(State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources(North China Electric Power University), Beijing 102206, China)Abstract: In existing equivalent models of large-scale wind farms, multi-wind turbines are often aggregated using a multiplier element to save modeling and simulation computing resources. The multiplier element of a single-wind turbine aggregation model of wind farm is widely used in wind farm modeling, but the parameter setting lacks regularity. Thus this paper studies the influence of multiplier element impedance parameters on wind farm equivalent modeling. First, it starts with a multiplier element on the official website of PSCAD to analyze the relationship and importance of each self-defined impedance parameter. Second, a reference test model of a wind farm is built and equivalent aggregation is carried out. Through a parameter traversal test, the influence mechanism of impedance parameters of multiplier elements on equivalent error is studied. From the limitations of steady-state operating point equivalent error and simulation time step, the method of impedance parameter selection of the multiplier element is proposed. Finally, three operating conditions of steady-state operating point, three-phase voltage dip and broadband oscillation are selected to verify the influence mechanism and recommended parameters. Some suggestions are provided for the parameter setting of the impedance of the multiplier element in modeling and simulation of large wind farms in terms of equivalent error.This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 52277094).Key words: wind farm; aggregation model of a single wind turbine; multiplier element; impedance parameters;equivalent error0 引言近年来我国风电、光伏等可再生能源快速增基金项目:国家自然科学基金项目资助(52277094) 长,电力系统作为能源枢纽,正在向以新能源为主体的新型电力系统快速转变[1-4]。
基于PSCAD的高压直流输电系统建模与仿真摘要:为了配合高压直流输电系统在我国的发展,介绍了高压直流输电系统的基本结构和工作原理,运用PSCAD仿真软件分别建立、分析了HVDC系统的简化模型和CIGRE的HVDC 标准测试系统模型,对四种故障下的暂态响应进行仿真计算,仿真结果表明交直流系统中的任何故障都会使直流输电控制系统的控制模式发生快速切换,且其响应速度很快,即使在交流系统故障未切除的很短时间内,直流控制系统也已能达到一种稳定的控制模式。
关键词:高压直流输电(HVDC);电流源型换流器;PSCAD;PWM;标准测试系统0 引言高压直流输电今年来发展很快,是我国重要的区域联网方式。
文献[1]指出,我国已建成了世界上第一个±800kV的最高直流电压等级的特高压直流输电工程,且计划在2020年前投运的直流输电工程将超过30个,学习和掌握直流输电技术成为电力电子技术领域及电力工程领域工作人员不可缺少的知识构成。
本文利用PSCAD仿真软件对HVDC系统进行了由简单到复杂的建模和仿真,对其运行特性进行观测和研究,是在高压直流输电课程的学习之后的总结与提升,为以后的深入学习奠定基础。
在简化模型中,直流输电系统简化为以不可控整流器、平波电抗器和逆变器相连接的交流电源,逆变器的触发脉冲由PWM调制生成,观测整流输出电流和逆变输出电压。
在较复杂的CIGRE的直流输电标准测试系统模型中,采用可控的双桥12脉动换流器作为整流器和逆变器,观测交直流侧电压、电流。
1 HVDC系统简介4图1 长距离式HVDC系统主接线1—交流系统2—换流变压器3—脉动换流器4—平波电抗器5—交流滤波器6—直流滤波器高压直流输电由将交流电变换为直流电的整流器、高压直流输电线路和将直流电变换为交流电的逆变器三部分构成,因此从结构上看,高压直流输电是交流-直流-交流形式的电力电子换流电路。
到目前为止,工程上绝大部分直流输电的换流器(又称换流阀,包含整流器和逆变器)由半控型晶闸管器件组成,称采用这种换流器的直流输电为常规高压直流输电。
PSCAD中高级操作与应用
武汉大学电气工程学院
乐健
2012.06
主要内容
●一、组件的创建、管理与调用●二、元件的创建、管理与调用●三、数据级接口方法与应用●四、程序级接口方法与应用●五、其它中高级应用
一、组件的创建、管理与调用
典型的PSCAD仿真模型可分为三个部分:主回路部分;控制部分;显示输出部分。
因此,较复杂的仿真模型宜采用组件分层式(分页面式)建模方法。
主回路部分
PSCAD模型
控制部分显示输出部分
1.1 组件的创建—方法1
必须选中名称用于显示的组件说明
组件的连接端子
建立完成后,PSCAD将自动加入一个定义,并
在当前画布内创建一个
该组件的实例。
1.2 组件的创建—方法2
点击“Module”后,PSCAD将自动加入一个名为“untitiled”的组件定义,后续的更名、添加连接端子和参数输入界面
设等工作必须手动完成。
同时PSCAD不会创建相应的组件实例。
1.3 组件的信号传递
一般情况下,组件模型不需要定义连接端子,此时组件模型与外部模型间的信号传递可采用wireless connection元件的无线传输方式完成;也可定义连接端子,此时应采用Import 和Export元件的硬连接线方式;也可采用设计输入界面的方式,结合Import元件进行连接;当需要进行电气信号连接时必须采用Xnode端子的硬连接线方式。
由主页面发送至控制页面内
无线连接
主页面内控制页面内
Ctrlsystem 画布
Main 画布
无连接端子定义。
PSCAD电力系统仿真——从风机到风电场建模目录A部分:引言 ...............................................................................................................................- 2 -1.介绍....................................................................................................................................- 2 -2.PSCAD部件........................................................................................................................- 2 -3.仿真建模结构....................................................................................................................- 3 -4.仿真执行............................................................................................................................- 3 - B部分:建模 ...............................................................................................................................- 4 -5.从风到同步发电机............................................................................................................- 4 -5.1风源.........................................................................................................................- 5 -5.2风力发电机组件.....................................................................................................- 6 -5.3风力发电机的调速器组件.....................................................................................- 9 -5.4同步发电机.......................................................................................................... - 12 -5.5涡轮发电机连接:在额定负载下的模拟.......................................................... - 15 -6.AC/DC/AC:电源和频率转换 ........................................................................................ - 17 -6.1二极管整流器...................................................................................................... - 17 -6.2过电压保护.......................................................................................................... - 19 -6.3 DC母线 ................................................................................................................ - 20 -6.4 6-脉冲晶闸管逆变器........................................................................................... - 23 -6.5与电网的连接...................................................................................................... - 29 -7.配电网............................................................................................................................. - 31 -7.1定义网络.............................................................................................................. - 31 -7.2潮流仿真.............................................................................................................. - 34 - C部分:仿真 ............................................................................................................................ - 36 -8. 恒风速研究................................................................................................................... - 36 -8.1架构完整模型...................................................................................................... - 36 -8.2恒风研究.............................................................................................................. - 37 -9.故障分析......................................................................................................................... - 38 -9.1默认在节点3 ....................................................................................................... - 38 -9.2默认在节点2 ....................................................................................................... - 41 -9.3结论...................................................................................................................... - 43 -10.变风速研究................................................................................................................... - 44 -10.1动态变桨控制.................................................................................................... - 44 -10.2被动变桨控制仿真............................................................................................ - 47 -10.3比较被动和动态的桨距控制............................................................................ - 48 -11.风电场........................................................................................................................... - 50 -11.1从一个单一风力发电机到风电场.................................................................... - 50 -11.2 PWM调节驱动器.............................................................................................. - 53 - D部分:附录 ............................................................................................................................ - 64 -12. 参考文献..................................................................................................................... - 64 -A部分:引言1.介绍近年来,风力发电已引起特别的兴趣,许多风力发电站在世界各地的服务。