基于PSCAD_EMTDC的高压直流输电线路保护仿真研究
高压直流输电母线差动保护PSCAD仿真
link appraisement
张艺迪，女，本科，华北电力大学（北京校区） 国际教育学院，研究方向为高压直流输电系统。
图7 直流母线故障与保护仿真电路图
图8 直流母线短路故障设置
图9 整流侧母线出口电流
PSCAD仿真验证
为验证本文所提保护方案的可行性，本文在PSCAD
真软件中搭建图5所示的高压直流输电系统，并添加差动保护装置以及自动重合闸装置，设置直流母线逆变侧额定电压500V，整流侧额定电压200V，差动保护电流整定值为0.3A，自动重合闸动作时间为故障结束后30ms。
直流母线故障与保护仿真结构如图7所示。
0.2s时设置系统整流侧发生短路故障，故障时间持续2.6s后消失，如图8 所示。
整流侧电流输出如图9所示。
基于PSCAD EMTDC软件的直流输电系统仿真
基于PSCAD/EMTDC软件的直流输电系统仿真范勇1, 谈顺涛 2 ,何登志 3(1. 南京南瑞继保电气有限公司，南京 211100;2.武汉大学电气工程学院，武汉430072;3.安顺供电局，贵州省安顺市 561000)摘要：讨论了高压直流输电(HVDC)系统的基本调节方式、控制策略[1]。
基于山峡-常州高压直流输电的参数，通过结合ABB高压直流输电控制软件Hidraw功能流程图，创建了新直流控制元件模型，并使用PSCAD/EMTDC软件建立了一典型单极12脉冲高压直流输电系统的仿真模型;在此模型基础上进行了动态仿真,分析了系统的静态特性、动态特性和故障暂态过程。
仿真结果与实际运行结果一致,证明了创建的直流控制元件的有效性，为今后对高压直流输电系统进行辨识、控制和故障诊断提供了支持.关键词:高压直流输电; Hidraw; PSCAD/EMTDC; 动态特性;暂态过程中图分类号：TM7430 引言由于我国能源资源分布的不平衡，而负荷中心主要集中在东部沿海地区，因此逐渐形成“西电东送、南北互供、全国联网”的电力格局[2]。
高压直流输电由于其本身具有技术特点可以很好满足西电东送和全国联网的要求！目前我国已投运贵广、天广、葛上等多个500ｋＶ直流输电工程，在建和规划建设灵宝背靠背联网、云南小湾至广东、贵州狗皮滩至广东等直流输电系统。
因此，了解和掌握HVDC动态特性和电磁暂态特性为HVDC系统提供了安全可靠的保证，对我国电网安全运行有重要意义。
PSCAD/EMTDC[4][5]软件作为电力系统研究、规划、设计和运行分析的重要手段,是由加拿大Manitoba高压直流中心开发的，主要用于交直流电力系统的电磁暂态研究，早已成为国际通用的研究工具。
PSCAD图形界面(GUI)的成功开发,使得用户更方便地使用EMTDC进行电力系统仿真计算。
EMTDC是PSCAD/EMTDC离线仿真电磁暂态计算的核心程序,它有精确的直流元件模型、方便的数据输入方式以及强大的数据分析功能,是进行直流系统分析和工程研究的有力工具。
PSCAD_EMTDC自定义模块研究及其在继电保护仿真中的应用_刘永浩
2016年第9期总第178期科技广场0引言继电保护仿真是进行保护动作特性分析的重要手段[1]，电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC自带的继电保护模块可以实现简单的保护分析与研究，但由于模块过于简单，算法单一，与实际工程存在着较大的差距，往往无法对保护的动作进行准确的模拟。
为了满足实际工程的不同要求，提高仿真的准确性及针对性，PSCAD/EMTDC的元件库具备自定义模块功能[2]。
考虑到实际保护复杂的逻辑、时序关系，以及各种工况的适用性，在利用PSCAD/EMTDC平台进行继电保护仿真时，采用自定义的形式构造保护模块更为准确与实用，尤其对保护动作特性分析、改进保护定值等具有重要的意义。
自定义模块由于其灵活性，越来越广泛地被应用于继电保护仿真。
文献[3-4]介绍了PSCAD/EMT DC与C语言接口的基本原理及方法，但均未就C 语言编程中可能出现的自定义模块内存调用冲突以及如何保证自定义建模的正确性等问题进行分析。
PSCAD/EMTDC自定义模块研究及其在继电保护仿真中的应用刘永浩(广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东肇庆526000)摘要：本文介绍了电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC的运算模式以及自定义建模的两种技术路线，对C语言静态变量的使用所导致的内存调用冲突问题以及自定义模块源代码与PSCAD/EMTDC工程的连接机制进行了分析，并结合工程仿真实际，提出了自定义模块的一般测试方案。
基于PSCAD/EMTDC程序与C语言接口技术建立的行波保护系统仿真模型能有效识别线路故障并正确动作，仿真结果表明，自定义模块的应用有效地弥补了自带元件库的不足，增强了仿真的灵活性和工程实用价值。
关键词：PSCAD/EMTDC；自定义模块；C语言；接口中图分类号：TM77；TP311文献标识码：A文章编号：1671-4792（2016）9-0075-05Study on User-Defined Module Based on PSCAD/EMTDC and Its Application in Relay Protection SimulationLiu Yonghao（Zhaoqing Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Company，Guangdong Zhaoqing526000）Abs tract：The paper introduces the main operation mode of the open language interface in PSCAD/EMTDC and two technical methods of user-defined modeling.The paper analyzes the memory conflict problem caused by the use of static variables and the connection mechanism between user-defined module's source file and the project of PSCAD/EMTDC.The paper puts forward general test schemes for user-defined modules by combining with engineer-ing simulations.A transient traveling wave relay protection model defined by C language has a good performance. Simulation results indicate that the application of the user-defined module can effectively improve the flexibility of simulation.Keywords：PSCAD/EMTDC；User-Defined Module；C Language；InterfaceDOI:10.13838/ki.kjgc.2016.09.019本文以西门子行波保护系统为原型，利用自定义模块功能搭建了其数字化仿真模型，并对C 语言构建自定义模块中可能出现的内存调用冲突以及自定义模块的测试等问题进行分析和探讨。
基于PSCAD_EMTDC的高压直流输电线路保护仿真研究
第23卷第2期2006年4月现 代 电 力Modern Electric Power Vol 123 No 12Apr 12006文章编号:100722322(2006)022******* 文献标识码:A 中图分类号:TM72111;TM773基于PSCAD/EMT DC 的高压直流输电线路保护仿真研究朱 瑜,梁 旭,闵 勇(清华大学电机系电力系统国家重点实验室,北京100084)Simulation of Line Protection of HV DC T ransmission B ased on PSCAD/EMTDCZhu Yu ,Liang Xu ,Min Y ong(State Key Lab of Power Systems ,Dept.of Electrical Engineering ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China )基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(批准号50323002)摘 要:本文在PSCAD /EM TDC 平台上建立了实用的直流输电线路行波保护系统模型。
通过分析高压直流线路发生故障后的特点,按照行波保护的原理,利用直流线路发生故障瞬间,线路上产生的暂态电流电压行波的幅值和方向不受控制系统作用影响的特点,通过计算直流电压下降率和直流线路故障前后的电压电流行波差值,来判断直流线路是否发生故障。
在南方电网贵广直流输电系统仿真模型上对所建立的直流输电线路行波保护系统进行了仿真测试,通过设定极1整流侧直流线路发生接地短路故障,验证行波保护系统的动作情况,仿真测试结果证明了本文所建立的线路行波保护系统的正确性和实用性。
关键词:高压直流输电;线路故障;线路保护;暂态行波;行波保护Abstract :This paper develops t he p ractical t raveling wave p rotection system of HV DC t ra nsmission lines based on PSCAD/EM TD C.The p ap er analyzes t he f ault cha racteris 2tics of HV DC t ra nsmission lines .Up on t he t heory of t rave 2ling wave ,t he value a nd direction of t he t ransient current and voltage due to t he short circuit f ault happ ened in t he D C line will not be aff ected by t he cont rol system of HV D C.So t he short circuit f ault of t he D C line can be detected by cal 2culating t he decline rate of direct voltage and compa ring t he setting values wit h t he t ra nsient t raveling wave of D C cur 2rent a nd voltage af ter t he f ault.The traveling wave p rotec 2tion model of HV D C t ra nsmission lines is applied into t he simulation model of t he Gui 2Guang HV D C t ransmission in t he Sout h Grid of China wit h a grounded f ault near t he rec 2tifier of t he t ra nsmission line in p ole 1.The simulation result p roves t hat t he p rop osed t raveling wave p rotection system ofHV D C t ra nsmission lines is correct and ca n be applied into t he real HV D C t ra nsmission system.K ey w ords :HV D C ;line f ault ;line p rotection ;t ransient t raveling wave ;t raveling wave p rotection0 引 言由于高压直流输电具有电能损耗小,可控性强等特点和优势,使其在远距离大容量输电、海底输电、系统互联等领域中得到了广泛应用[1,2]。
基于PSCADEMTDC的牵引供电系统仿真分析
基于PSCAD/EMTDC 的牵引供电系统仿真分析王雨竹（中国铁道科学研究院北京100081）中图分类号：TM725文献标识码：A文章编号：1672-7894（2015）03-0216-03作者简介：王雨竹（1975—），男，辽宁铁岭人，高级工程师。
摘要本文分别对牵引供电系统的仿真常用方法、牵引网潮流计算和目前存在问题进行综述，并尝试对单线和复线牵引网的阻抗进行了仿真，同时利用PSCAD/EMTDC 进行了直供和AT 方式牵引供电系统的仿真模型搭建，并对仿真结果进行了分析。
关键词牵引供电仿真分析Analysis on the Simulation of Tractive Power Supply Sys 原tem Based on PSCAD/EMTDC //Wang YuzhuAbstract This paper made a review on commonly used methods to simulate tractive power supply system,power flow calculation and problems currently existing,attempted to simulate the impedance of single line and multiple line traction network,es-tablished the simulation models for tractive power supply system with direct supply and AT style respectively by using PSCAD/EMTDC,and analyzed the simulation result.Key words traction;power supply;simulation;analysis1引言牵引供电系统是电气化铁路中的重要组成部分，它将电力系统的电能传递给电力机车，使其完成牵引运行。
基于PSCAD／EMTDC的高压直流输电控制系统的仿真分析
（ 武汉大 学 电气工程学院 ，湖北 武汉 ４ ｏ ７ ） ３ ０２
摘要：利用 电磁暂态仿真软件 Ｐ ｃ Ｄ／ＭＴ ｓ Ａ Ｅ Ｄｃ搭 建了一个 背靠背直流输电系统模型 ，并在稳 态运行和故 障运行 两种状 态下进行仿真分析 ，给 出了仿真 波形和结论分析 。仿真结果表明 ，在 Ｐ ｃ ／ＭＴ ｓ ＡＤＥ Ｄｃ环境
输 电系 统 的运行 状态和控 制方法 就显得极 为必要 。 或栅 极 的触发 脉冲 的相 位 ， 以达到 调 节输送 的直 可
本文 采用 电磁 暂态 仿真 软件 Ｐ Ｃ Ｓ ＡＤ／ＭＴ Ｅ Ｄｃ搭 建 流 电流和 直流 功 率 的 目的， 从而 实现 对直 流输 电系
了典型 背靠 背 （ Ｂ）换 流站 ，给 出 了正常运 行及 统 的控制 。 ＢＴ
厶 一 ＝ —
＝一 ＝ ＿
¨） （ １
为整 流器 的触 发滞 后 角 ； 为逆变 器 的触发 越 的要求 。由于高压 直流输 电具 有 电能损耗 小 ，可控 式 中 性 强和稳 定性 高等特 点和 优势 ， 其在远 距离 大容 前 角 。且有 使 量输 电、海底 电缆输 电、系统互 联等 领域 中得 到 了 广 泛 的应 用 ” 。鉴 于此 ，高压 直流 输 电必 将在 我
系统 运行 要 求
段 ，使两侧 的特性 曲线不相交。ＤＧ 和 肘 段
直 流线 路 短路 故障 时 ， 两侧 换流 器仍 能保 持适 当 的
路输 送功 率 的大 小和方 向， 以满足 整个 交直 流联 合 是低电压时最小电流 限制特性 。 了这段特性， 有 在 整流 器 的基本 控 制特性 是 定 电流控 制方 式 ， 如 电流 ，保 持交流 电压在合 适 范 围 内。 图 ３所示 。 由式 （ ）和 （ ）可 知 ：定６ １ ２ ｃ 角特性 为
基于PSCADEMTDC的背靠背高压直流输电系统仿真
第２７卷第２期２００７年２月电力自动化设备Ｅｌｅｃ￡ｒｉｃＰｂｗｅｒＡｕ幻ｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔＶｏｌ。
２７Ｎｏ．２ｎｂ．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）０２一００６９一０２２００５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—Ｍａｇｎｅｔｉｃ７ｒｒａｎｓｉｅｎｔｉｎＤＣｓｖｓｔｅｍ）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（ＢａｃｋＴｏＢａｃｋ—ＨｉｇｈＶ０１ｔａｇｅＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）工程额定直流功率３６０ＭＷ．功率可双向传输。
基于PSCAD的高压直流输电系统建模和仿真
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_EMTDC程序与继电保护仿真模型接口技术及应用
依照此模式， 就可以实现在用户自定义程序中 读取 ＰＳＣＡＤ ／ ＥＭＴＤＣ 每 一 步 的 计 算 数 据 以 及 将 用 户程序的计算结果反馈回 ＰＳＣＡＤ ／ ＥＭＴＤＣ 的目的。
２ 仿真实例
电力系统仿真模型采用图 ２ 所示的南方电网平 果 ５００ ｋＶ 串 补 相 关 电 网 模 型 ［１０］ 。 仿 真 中 继 电 保 护 仿 真模块以国电南自 ＰＳＬ－ ６００ 系 列 继 电 保 护 装 置 为原型， 并按微机保护的实际软件流程建立其数字
图 ２ ５００ ｋＶ 串补电网仿真模型 Ｆｉｇ．２ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ５００ ｋＶ
ｓｅｒｉｅｓ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｇｒｉｄ
保护装置仿真模块用 Ｃ 语言编程实现， 并作 为 ＰＳＣＡＤ ／ ＥＭＴＤＣ 的用户自定义模块（ 元件） ， 嵌入 图 ２ 所示的电网模型中。 ２．１ ＰＳＣＡＤ ／ ＥＭＴＤＣ 与 保 护 仿 真 模 型 的 互 联 实 现 方法
第 ２６ 卷第 １１ 期 ２００６ 年 １１ 月
电力自动化设备
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｖｏｌ．２６ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ．２００６
PSCAD/EMTDC程 序 与 继 电 保 护 仿 真 模型接口技术及应用
肖 异， 尹项根， 张 哲， 陈德树 （ 华中科技大学 电气与电子工程学院， 湖北 武汉 ４３００７４）
基于PSCAD_EMTDC的电网GIC影响仿真分析
PSCAD EM TDC 是用于电力系统时域和频 域仿真计算的软件包, 由加拿大M an itoba 大学高 压直流输电研究中心D enn is W oodfo rd 博士等人 研制。自 1976 年开始至今, 经过大量的研发、拓展、 完善工作, 软件包已具有丰富、准确的元件库、模型 库, 成为以 EM TDC 为核心, 以 PSCAD 为图形界 面友的新一代仿真程序。 软件包以精确、高效、便 捷、界面友好等特点被广大电力系统研究、分析人 员所推崇, 广泛用于电力系统暂态过程计算、直流 系统分析与工程研究、FA CT S 控制器设计、电能 质量现象分析和电力电子器件设计等领域[7, 8]。
后利用 PSCAD EM TDC 软件建立电网 G IC 仿 真分析模型, 仿真分析模型建立需考虑电网结构、
地理位置、负荷情况等各种影响因素。
211 基于平面波理论的 ESP 和 G IC 算法 地磁暴发生时, 高能粒子流存在于距地面很
远处, 可认为其电流为距地面无限远、电流密度恒
定、面积无限大的片状电流或线状电流, 因此电流
限值, 线状电流模型对应 E X 与 E Y 的下限值[10 ]。 感应电场计算模型为
∞
E ( t) = -
∫ 1
g (t - u) du
பைடு நூலகம்
(1)
ΠΛ0Ρ 0
u
式 中, E ( t) 为水平感应电场 E X 或 E Y; Λ0 为 真空电导率; Ρ 为地面电导率; g ( t) 为地磁场水平
分量 B X 或 B Y 的变化率。 采用平面波理论计算电网 G IC 时, ESP 可看
对高纬度地区电网和强地磁暴仿真目标, 感 受的地磁暴持续时间长, G IC 幅值的变化剧烈, 仿 真计算应当计及 G IC 的历史累积效应, 以及对相 关的仿真条件进行验算, 以保证和提高计算结果 的准确度。可取计算时段前 10 m in 的地磁场数据 进行仿真计算, 以获得必要的初始数据。
PSCAD_EMTDC自定义元件在电力系统仿真中的运用
12 第26卷第7期2010年7月电力科学与工程Electr i c Power Sc i ence and Eng i n eer i n gVol 126,No 17Jul .,2010PSCAD /E M T DC 自定义元件在电力系统仿真中的运用袁 欣,孙元博,张承学(武汉大学电气工程学院,湖北武汉430072)摘要:以配电网单相故障选线为背景,以提高电磁暂态分析软件PSCAD /E M T DC 在电力系统仿真中的灵活性为目的,提出了基于PSCAD /E M T DC 与MAT LAB 接口技术的自定义模型实现方法。
充分利用了PS CAD /E M T DC 与MAT LAB 两款软件的优点。
用PSC AD /E MT DC 建立接口模型,实现接口模型的参数设置,启动MAT LAB 数据引擎调用M 文件。
分析了一个配网单相短路实例,将接口程序产生的数据作为选线算法的入口数据并进行了一种方法的故障选线。
仿真结果表明,通过相应的接口技术可以实现自定义模型的故障选线功能。
关键词:PS CAD /E M T DC;自定义模型;MAT LAB;接口技术;相关系数中图分类号:T M743;TP311154 文献标识码:A收稿日期:2010-04-09。
基金项目:江西省研究生创新基金项目(YC08A075)。
作者简介:袁欣(1985-),男,硕士研究生,研究方向为电力系统仿真、运行与控制,E 2mail:yuanxin1570@ 。
0 引 言 PSCAD /E MT DC 是目前世界上被广泛使用的一种电力系统仿真分析软件。
主要功能是进行电力系统时域和频域计算仿真,典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时,电参数随时间变化的规律程序。
用户在面板上可以构造电气连接图,输入各元件的参数值,运行时则通过F OR 2T RAN 编译器进行编译、连接,运行的结果可以随着程序运行实时地生成曲线,以检验运算结果是否合理,并能与MAT LAB 接口[1,2]。
南方电网高压直流保护的PSCAD_EMTDC仿真模型研究
文章编号：1674-0629(2007)02-0031-05 中图分类号：TM721.1; TM743 文献标志码：B南方电网高压直流保护的PSCAD/EMTDC仿真模型研究余江1，周红阳1，黄佳胤1，梁旭2，毛岚2（1. 中国南方电网电力调度通信中心，广东广州 510620；2. 殷图科技发展有限公司，北京 100083）Research of PSCAD/EMTDC Simulation Model forHVDC Protection System of China Southern Power GridYU Jiang1, ZHOU Hong-yang1, HUANG Jia-yin1, LIANG Xu2, MAO Lan2(1. Dispatching Center of China Southern Power Grid, Guangzhou, Guangdong 510620, China;2. In-To Technology Development Co., Ltd., Beijing 100083, China)Abstract: This paper describes the nesessity and key points of set他ing up simulation model of HVDC protection system of China Southern Power Grid (CSG). Based on the specification of control modes and the logic diagrams of HVDC protection system provided by SIEMENS, a simulation model of Gao-Zhao HVDC project is developed independently with PSCAD/EMTDC software package. By this model, the performance of HVDC functions, such as the wave front travelling protection, the over grounding-net current at the station, or the AC over current function is researched, which confirms that the simulation model can play an important role in security and stabilization of AC/DC system operation.Key words: HVDC Protection; Simulation Model; Function Block; Software Logic; SIMADYN D摘要：详细阐述了建立直流保护仿真模型的重要性，并根据西门子提供的控制保护模块说明以及直流保护逻辑图，基于PSCAD/EMTDC软件平台，建立了不依赖于厂家的高肇直流保护仿真模型。
基于PSCAD软件±500kV直流输电系统操作过电压仿真研究
基于PSCAD软件±500kV直流输电系统操作过电压仿真研究以某直流输电系统工程为例，根据其参数利用电磁暂态软件PSCAD/EMTDC建立仿真模型，模型主要包括等值交流系统、换流变压器、交直流滤波器、平波电抗器、直流输电线路及接地极等各电气设备。
运用模型对几种典型故障进行仿真，结果表明：此模型能够准确的模拟出直流输电系统，并为其输电工程的绝缘、故障分析以及过电压仿真提供了先决条件与依据，具有很大的实践意义。
标签：直流输电工程；PSCAD；过电压1 概述随着我国国民经济的飞跃发展，电力系统作为国民经济发展不可分割的一部分，其规模发展越来越大，对其安全要求也越来越高。
随着科研人员的潜心研究，电压等级越来越高、输送容量越来越大的直流工程在我国建成，等级越高则换流站设备的过电压水平就越高，从而导致事故出现几率增大，设备更容易损坏甚至也更加容易造成停电事故，以致于威胁电网运行[1-3]。
如何让所建的直流工程安全运行是电网工作人员需要解决的重要问题，因而研究直流过电压有着至关重要的意义。
本文通过该模型对高压直流的典型故障如交流母线单相接地、换流站Y/Y 换流变压器阀侧绕组接地和直流极线中点接线故障等进行仿真研究，为高压直流工程提供依据，为后续高压直流工程绝缘优化设计提供参考。
2 PSCAD/EMTDC仿真软件介绍程序PSCAD/EMTDC是目前世界上被广泛使用的一种电力系统分析软件。
在本仿真中主要运用的元件有：交流电源、电阻、电感、变压器、换流阀、输电线路等，这些元件直接从元件库选择简单又方便。
除此之外，PSCAD还具有一项高级的功能即可以自行创建所需的元件，然后可以将所建元件封装成为一个新元件，或者采用Fortran或C语言编写创建一个新元件。
只要熟练运用各种元件模型库，就能搭建所需要的模型。
PSCAD/EMTDC的建模步骤为：（1）新建一个工程文件，将具体的仿真模型搭建在该工程文件中；（2）搭建完整的仿真所需电气主接线图，对其中的元件进行参数设置和对仿真环境进行设置等；（3）保存模型参数，进行编译；（4）运行并调试模型；（5）分析输出数据，验证模型。
基于PSCAD_EMTDC软件的直流输电系统数字仿真(精)
基于 PSCAD/EMTDC 软件的直流输电系统数字仿真任震 1, 欧开健 1, 荆勇 1, 余军 2(11华南理工大学电力学院 , 广东广州 510640;21电力科学研究院电力系统仿真中心 , 北京 100085摘要 :对直流输电系统物理仿真和数字仿真进行了比较 , 说明了直流输电系统数字仿真具有安全性、经济性和方便性等优点 , 且数字计算机、数值计算技术以及与系统仿真有密切关系的新技术的飞速发展为其提供了技术可能性 , 提出了基于PSC AD/E MTDC 软件建立直流输电系统模型应该遵循的一般原则和要求 :在模型中保留直流控制保护系统、保持系统的动态性能和对交流系统进行有原则的等值简化。
关键词 :PSCAD/E MTDC; 直流输电系统 ; 数字仿真中图分类号 :TM 769; TM72111文献标识码 :A 文章编号 :1006-6047(2002 09-0011-020引言EMTDC(Electro -Magnetic Transient in DC system 是一个离线仿真的电磁暂态计算程序 , 它有精确的直流元件模型、方便的数据输入方式以及强大的数据分析功能 , 是进行直流系统分析和工程研究的有力工具。
PSCAD 图形界面 (GUI 的成功开发 , 使得用户能更方便地使用 E MTDC 进行电力系统仿真计算。
E MTDC 是PSCAD/EMTDC 仿真的核心程序 , PSC AD 是与 EMTDC 完美结合的一个强大的图形用户界面 , 用户可以在一个完全集合的图形环境下构造仿真电路 , 运行、分析结果和处理数据 , 保证并提高了研究工作的质量和效率 [1]。
与直流输电系统物理仿真相比较 , 直流输电系统数字仿真具有很多独特的优点。
本文提出了基于 PSC AD/EMTDC软件建立直流输电系统模型应该遵循的一般原则和要求 , 分析了基于该软件的直流输电数字仿真系统的主要特点 , 并提出了其基本功能。
基于PSSE和PSCADEMTDC联合仿真的交直流系统混合仿真研究
第37卷第3期电力科学与工程V ol. 37, No. 3 2021年3月Electric Power Science and Engineering Mar., 2021 doi: 10.3969/j.ISSN.1672-0792.2021.03.005基于PSS/E和PSCAD/EMTDC联合仿真的交直流系统混合仿真研究陈凌云，程改红，康义（中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，湖北武汉430071）摘要：机电—电磁联合仿真技术兼顾机电暂态仿真和电磁暂态仿真二者优点，可应用于交直流输电系统仿真研究中，基于PSS/E与PSCAD/EMTDC联合仿真技术，对南方电网进行直流系统电磁暂态建模及交流系统机电暂态建模，并进行实例仿真研究，通过不同仿真工具的仿真曲线对比分析，说明机电—电磁混合仿真技术的优越性。
研究结果表明，机电—电磁混合仿真与机电暂态仿真整体上系统响应趋势近似，在故障期间及故障恢复初期直流响应特性上还存在一定的差异性，机电—电磁联合仿真技术能更精确地体现多次换相失败及换相失败后直流系统恢复的过程，对交直流输电系统仿真研究具有较强的适用性。
关键词：PSS/E；PSCAD/EMTDC；交直流系统；混合仿真；机电暂态；电磁暂态中图分类号：TM721 文献标识码：B 文章编号：1672-0792(2021)03-0030-09Hybrid Simulation Research on AC/DC System Based on PSS/Eand PSCAD/EMTDC Co-simulationCHEN Lingyun, CHENG Gaihong, KANG Yi(Consulting Group, Central Southern China Electric Power Design Institute Co., Ltd.,Wuhan 430071, China)Abstract:Electromechanical and electromagnetic hybrid simulation technology takes into account the advantages of electromechanical transient simulation and electromagnetic transient simulation, and can be applied to AC/DC transmission system simulation research. In this paper, based on simulation platform of PSS/E and PSCAD/EMTDC, electromagnetic transient model of HVDC system and electromechanical transient model of AC system for China Southern Power Grid are established, and simulation analysis is carried out. Through the comparative analysis curves of different simulation tools are given, the advantages of electromechanical-electromagnetic hybrid simulation technology are illustrated by contrast收稿日期：2020-10-12基金项目：中国能源建设集团规划设计有限公司科技项目（GSKJ2-X05-2019）作者简介：陈凌云（1978—），女，高级工程师，研究方向为电力系统规划；程改红（1977—），女，高级工程师，研究方向为电力系统规划；康义（1970—），男，正高级工程师，研究方向为电力系统规划。
PSCAD教程08-应用PSCAD进行直流输电系统仿真研究
武汉大学电气工程学院 乐 健 2012.06
应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
主要内容
一、高压直流输电系统的主要元件 二、相关元件的PSCAD模型 三、高压直流输电系统运行与控制 四、高压直流输电系统的PSCAD仿真
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应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
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三相全波桥式换流电路原理图
应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
4. 换流变压器(Converter Transformer) 向换流器提供适当等级的不接地三相电压源设备 作用: 使HVDC系统建立自己的对地参考点； 减小注入系统的谐波。 特点: 接线方式： Y0/Y, Y0/△， Y0/Y/△ 短路电抗大： 15~20% 噪声大
1. 晶闸管（ Thyristor ）
特点：
o 可控导通 o 单向导电
K G
导通的充要条件：
• 正向电压>0 • 控制电流脉冲
A
可靠关断的充要条件：
• 正向电流<0 • 正向电压<0， 且持续一段时间
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应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
晶闸管
- 8kV (-9kV) - 2kA - 5 inch wafer
无插值时的二极管电流
由于时间步长固定，若器件动作处于时间步长间隔中，只 有等到下一时间步长时程序才能体现出此事件。此时将造 成仿真错误 。
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应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
解决方法： 缩短仿真步长—仿真时间延长、内存需求增大， 不能根本性解决问题。 变步长仿真—检测到开关动作事件时，划分仿真步长为 更小的时间间隔。不能避免虚假电压和电流尖峰。 插值方法—具有更快的速度和更高的精度。能在采用较大时 间步长的情况下更精确地对任何开关事件进行仿真。
PSCADEMTDC_实验指导教程_(试用版)
Tlines：输电线的分布参数模型。 Cables：电缆模型。 PI_sections：输电线的∏型等值线路。 Machines：各种电机，包括汽轮机、水轮机等。 HVDC_FACTS_PE：高压直流输电和灵活交流输电模型库。 CSMF：各种控制模块和计算模块。 Miscellaneous：杂项，包括数据标签、多维信号输入、信号分离等。 Logical：逻辑电路库，包含常见的逻辑控制单元。 Sequencer：信号或命令发生器。 Protection：继电器和继电保护单元。 Imports_Exports_Labels：输入输出标签。 Data_Recorders-Readers：其它运行信息或记录的波形可以通过此输入到当前例中。
4. 新建元件
库中没有的元件或模块需要自己创建，新建元件或模块的步骤如下：点工具栏中的 （New compenent）图标，出现如图 1-4 对话框 ：
图 1-4 模块结构设置
定义的模块名显示在例子下的 definition 中，必须要填，工作区显示的名称相当于元件 的标题，两个名称最好一样，以便对应；输入输出引脚是模块上下左右伸出的连接线数；Page Module 选上是用电气网络图设计，所建的模块双击可直接进入下一层绘制电气连接图，这 主要用于设计复杂系统时若一层工作区不好画或画不完，则将系统按节点分为几个模块，先 建立模块，双击每个模块在下一层画相应节点图，然后将模块连接起来；不选是用语言编写， 不能双击打开，要点右键选 Edit definition，然后在工作区窗口切换栏中选 scrip，出现编程 界面，用 C 语言或 FORTRAN 语言编程，这主要用于创建一个有某种具体功能的元件。设
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状态栏：显示当前例子状态。在编译运行时会显示进度，完成后显示 Ready。 项目窗口切换：在例子、记录信息和文件之间切换，一般不用。 消息窗口：显示例子的编译运行信息，没有错误显示为绿色，有错误以红色显示，双击红色 消息则在工作区指示出错误地方。 工作区窗口切换：使工作区在电气连接图、模块结构图、参数、编程代码等显示界面切换。 主工作区：在此绘制电力系统电气连接图，可以绘制成多层。 元件库栏：包含一些常用的基本元件，这些元件主库里面都有，放在这儿只是方便使用，直 接点击即可选中到工作区。
电力系统故障仿真实验指导书(PSCAD EMTDC软件手册)
电力系统故障仿真实验指导书（PSCAD/ EMTDC软件手册）（试用版）目录第一章PSCAD/EMTDC软件介绍 (1)1.1 概述 (1)1.2 PSCAD/EMTDC软件的使用 (2)1.2.1 PSCAD/EMTDC基本操作方法 (2)1.2.2 PSCAD/EMTDC故障建模及仿真流程 (12)第二章实验项目 (16)实验一电力系统故障建模 (16)1、实验目的 (16)2、预习要求 (16)3、实验内容及步骤 (16)4、思考题 (17)5、实验报告 (17)实验二电力系统故障仿真分析 (17)1、实验目的 (17)2、预习要求 (17)3、实验内容及步骤 (17)4、思考题 (18)5、实验报告 (18)实验三 IEEE14bus系统建模（选做） (19)附录不同电压等级下的输电线路典型参数 (20)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。
基于PSCAD的高压直流输电系统建模和仿真
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。
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第23卷第2期2006年4月现 代 电 力Modern Electric Power Vol 123 No 12Apr 12006文章编号:100722322(2006)022******* 文献标识码:A 中图分类号:TM72111;TM773基于PSCAD/EMT DC 的高压直流输电线路保护仿真研究朱 瑜,梁 旭,闵 勇(清华大学电机系电力系统国家重点实验室,北京100084)Simulation of Line Protection of HV DC T ransmission B ased on PSCAD/EMTDCZhu Yu ,Liang Xu ,Min Y ong(State Key Lab of Power Systems ,Dept.of Electrical Engineering ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China )基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(批准号50323002)摘 要:本文在PSCAD /EM TDC 平台上建立了实用的直流输电线路行波保护系统模型。
通过分析高压直流线路发生故障后的特点,按照行波保护的原理,利用直流线路发生故障瞬间,线路上产生的暂态电流电压行波的幅值和方向不受控制系统作用影响的特点,通过计算直流电压下降率和直流线路故障前后的电压电流行波差值,来判断直流线路是否发生故障。
在南方电网贵广直流输电系统仿真模型上对所建立的直流输电线路行波保护系统进行了仿真测试,通过设定极1整流侧直流线路发生接地短路故障,验证行波保护系统的动作情况,仿真测试结果证明了本文所建立的线路行波保护系统的正确性和实用性。
关键词:高压直流输电;线路故障;线路保护;暂态行波;行波保护Abstract :This paper develops t he p ractical t raveling wave p rotection system of HV DC t ra nsmission lines based on PSCAD/EM TD C.The p ap er analyzes t he f ault cha racteris 2tics of HV DC t ra nsmission lines .Up on t he t heory of t rave 2ling wave ,t he value a nd direction of t he t ransient current and voltage due to t he short circuit f ault happ ened in t he D C line will not be aff ected by t he cont rol system of HV D C.So t he short circuit f ault of t he D C line can be detected by cal 2culating t he decline rate of direct voltage and compa ring t he setting values wit h t he t ra nsient t raveling wave of D C cur 2rent a nd voltage af ter t he f ault.The traveling wave p rotec 2tion model of HV D C t ra nsmission lines is applied into t he simulation model of t he Gui 2Guang HV D C t ransmission in t he Sout h Grid of China wit h a grounded f ault near t he rec 2tifier of t he t ra nsmission line in p ole 1.The simulation result p roves t hat t he p rop osed t raveling wave p rotection system ofHV D C t ra nsmission lines is correct and ca n be applied into t he real HV D C t ra nsmission system.K ey w ords :HV D C ;line f ault ;line p rotection ;t ransient t raveling wave ;t raveling wave p rotection0 引 言由于高压直流输电具有电能损耗小,可控性强等特点和优势,使其在远距离大容量输电、海底输电、系统互联等领域中得到了广泛应用[1,2]。
据不完全统计,全世界约有40个国家建成投产了80个左右直流输变电工程项目,总容量约50GW 。
截至2004年,我国共有葛上,天广,三常,三广和贵广5条直流输电系统投入实际运行,总输送能量为13000MW ,全年输送电量为460199亿kWh [3]。
在直流输电系统中,直流线路距离长,属于比较容易出现故障的设备,提高直流输电线路的安全性和可靠性对于整个电网的安全稳定运行具有十分重要的意义,直流输电线路保护是直流线路安全稳定运行的基本保障。
直流输电保护系统是直流输电的核心,其性能的好坏直接决定着设备的安全性和系统运行的稳定性。
直流输电保护系统按照保护对象不同,可以划分为换流站保护,直流线路保护,中性母线保护,交直流开关场保护和接地极保护等几个部分。
对于直流线路保护,主要采用行波保护作为主保护,同时配合低电压保护,线路横差保护,线路纵差保护等作为后备保护[4,5]。
目前,完整的直流输电保护系统的核心技术只被ABB ,SIEM ENS ,AL STOM 等少数几个公司掌握,在实际工程应用中由于不清楚厂方提供的保护系统内部的具体结构,在对这些保护系统进行检测、调试和分析等工作时遇到了很大的困难。
1 高压直流输电保护系统由于直流输电系统的特殊性和复杂性,它与交流保护系统有所不同,主要有如下几个方面[1,2]:直流输电保护系统是将单独运行的换流系统内的所有能引起系统停运的设备故障保护通过微处理器技术集中在一起,便于故障分析处理和技术改进。
直流输电保护系统与控制系统密切的关系,只有控制保护系统密切有效配合才能快速抑制故障发展,确保系统设备安全,避免扰动,迅速恢复系统,提高运行稳定性。
发生故障时,直流输电系统,实际运行中发生的部分故障完全可以在控制系统的作用下自行恢复,如果故障进一步发展甚至出现永久性故障时,保护系统动作,采取相应保护措施以保证系统的正常稳定运行。
直流输电保护系统为了防止设备本身故障对系统造成的不良影响,采取多重冗余配置,对于各自独立的相同保护装置设定不同的冗余方式,防止保护装置因自身误动或者拒动对系统安全运行造成影响,保护装置本身和整个系统的可靠性。
2 高压直流输电线路行波保护作为高压直流输电线路的主保护,行波保护具有高速动作和准确判断的特性。
本节分析了直流输电线路发生故障后线路的暂态特性,依据经典的行波保护原理,在PSCAD/EM TDC平台上具体实现高压直流输电线路的行波保护系统仿真模型。
211 直流输电线路故障分析直流输电线路故障大多是对地故障,一般是由于雷击、污秽等环境因素造成的闪络。
在直流输电线路发生故障初始阶段,线路电容通过线路阻抗放电,沿线路产生电流行波和电压行波,其波动方程为[5]:52u5x2=L C 52u5t2(1)52i5x2=L C 52i5t2(2)求解得到u=u f t-xv+u b t+xvi=1Z Cu f t-xv-u b t+xv(3)其中,Z C=L/C为波阻抗,v=1/L C为波速。
经过初始行波的反射折射过程后,直流线路故障电流进入暂态阶段,主要分量包括直流分量(强迫分量)和暂态振荡分量(自由分量)。
此时,在电流调节器的控制作用下,整流侧触发角增大,直到故障电流稳定于整定值[5]。
212 直流输电线路行波保护直流线路发生故障后,可以利用直流极控系统来快速限制和消除故障电流,但同时由于电流调节器的作用使得故障电流相比交流线路小的多,单凭故障电流电压的大小无法做出正确判断,因而可以考虑通过暂态分量来检测故障直流线路故障并采取正确保护措施。
行波保护正是考虑到线路故障瞬间所产生的暂态电流电压行波的幅值和方向不受控制系统控制,能够准确反映故障特征而设计的。
行波保护具有超高速的动作性能,其保护性能不受电流互感器饱和、系统振荡和长线分布电容等因素的影响,同时不依赖于通信系统。
行波保护动作后,系统将启动整流侧的线路故障恢复顺序控制,按照预先设定的次数和去游离时间全压或降压启动故障直流极[5]。
行波保护的基本原理是:当直流线路发生接地故障时,线路上出现行波,直流电压下降,整流侧直流电流过冲后在电流控制器的作用下减小,同时逆变侧直流电流也减小,直至稳定于整定值[617]。
根据这个特点,可以通过测量直流电压,得到直流电压下降率d u/d t,如果下降率比整定值大,将故障前电压电流行波和故障后电压电流行波的差值与给定值进行比较,如果差值大于给定值,则发出行波保护动作信号。
文献[4]给出了高压直流输电线路行波保护的整定判据为d u/d t>Δ,Δu>Δ,Δi>Δ(4) 由加拿大Manitoba直流研究中心开发的PSCAD/EM TDC是离线电磁暂态仿真计算程序,凭借其精确的元件模型、方便的输入方式和强大的分析功能能够很好地分析直流系统中的各类电磁暂态过程,因而成为进行直流系统分析和工程研究的有力工具[8]。
本文利用这个程序建立了高压直流输63现 代 电 力 2006年电线路行波保护系统的仿真测试平台。
图1所示为利用PSCAD/EM TDC 建立的直流线路行波保护系统模型,图2所示为直流线路行波保护系统的流程图。
由测量元件得到直流线路电压电流值V d 和I d 作为保护系统的输入信号,通过滤波器模块TW Filter 得到电压电流行波信号V d L 和I d L ,其中,V d L 通过微分器模块Diff 计算得到电压下降率d V /d t ,通过比较器模块Comp 和整定参考值Δ进行比较,如果下降率大于整定参考值,则输出动作触发信号d V /d t P ,同时计算故障前后电压电流行波差值del V d L 和del I d L ,如果差值大于整定参考值Δ,则发出保护触发信号del V d L P 和del I d L P 。