基于RTDS的高压直流输电系统的建模与仿真
基于RTDS的高速铁路牵引供电系统建模与仿真的开题报告
基于RTDS的高速铁路牵引供电系统建模与仿真的开题报告一、研究背景及意义近年来，随着我国高速铁路建设的不断发展，高铁行业的快速发展对电气工程技术提出了更高的要求。
高速铁路牵引供电系统作为高速列车运行的重要组成部分，直接影响着其运行质量和安全性。
RTDS（Real Time Digital Simulator）是一种基于数字信号处理技术的实时仿真系统。
通过RTDS系统可以对电气设备的性能及其控制系统进行建模、仿真和测试，实现对系统的全面理解和优化。
本课题拟利用RTDS系统对高速铁路牵引供电系统进行建模与仿真，研究其特性及其对整个供电系统的影响，为高速铁路的运行和安全提供理论依据和技术支撑。
二、研究内容和方法1.研究内容（1）高速铁路牵引供电系统的组成与工作原理分析，包括接触网、变电站、牵引供电系统等部分；（2）基于RTDS平台对高速铁路牵引供电系统进行建模，确定系统的输入输出参数；（3）进行牵引负载的仿真研究，分析供电系统的响应特性，如电压等；（4）分析牵引负载对供电系统及电压稳定性等方面的影响，对该系统进行改进和优化；2.研究方法（1）文献调研：对高速铁路牵引供电系统的组成和工作原理进行深入了解；（2）建模：利用RTDS软件平台对高速铁路牵引供电系统进行建模，并确定输入输出参数；（3）仿真：基于建模结果，开展基于不同牵引负载情况的系统仿真研究；（4）分析：对仿真结果进行分析，分析牵引负载对电力系统的影响因素，为系统的优化提供技术支持。
三、预期结果通过本次研究，预计可以得到如下结果：1.建立高速铁路牵引供电系统的RTDS仿真模型，实现系统工作状态的仿真演示；2.通过仿真模拟，分析不同牵引负载对供电系统及电压稳定性等方面的影响，为高速铁路的安全运行提供参考和技术支持；3.在对仿真结果进行分析的基础上，提出改进和优化建议，为高速铁路牵引供电系统的研究、设计及实际运营提供指导和支持。
四、研究进度及计划1.研究进度2022年3月-5月：文献调研、数据收集和RTDS系统建模2022年6月-8月：完成系统结构仿真和供电系统响应特性分析2022年9月-11月：分析牵引负载对供电系统及稳定性的影响，并提出改进建议2022年12月：完成毕业论文并答辩。
基于RTDS的MMC-HVDC系统建模与仿真的开题报告
基于RTDS的MMC-HVDC系统建模与仿真的开题报告一、研究背景随着电力系统的发展，交流输电和直流输电技术扮演着不同重要的角色。
高压直流输电（HVDC）已经被广泛应用于长距离电力输送和跨越海洋的越大电力输送。
多级换流器（MMC）作为一种最新的HVDC技术，已经越来越受到关注。
MMC拥有多级微电网结构、短路能力强和高可靠性等特点，可以有效地解决传统HVDC技术中的问题，如换流器失效、并接和逆变器过载等问题。
为了深入了解MMC-HVDC系统的运行机理和优越性能，需要进行系统级建模和仿真。
由于MMC形式的多级结构和大量的开关器件，MMC-HVDC系统的建模和仿真非常复杂。
因此，需要选择合适的建模工具和仿真平台，以实现对MMC-HVDC系统的快速建模和仿真分析。
基于RTDS（Real-Time Digital Simulator）的MMC-HVDC系统建模和仿真是目前应用最广泛的方法之一，该方法可以快速准确地模拟系统电气特性和故障情况。
RTDS是一种真实的数字仿真器，它模拟实际电力系统中的电源、传输线、输电系统和负载等运行状态，可以实现快速仿真和快速故障切除处理。
因此，通过使用RTDS构建MMC-HVDC系统模型，可以对系统进行准确的电气和动态性能分析。
二、研究目的本研究的主要目的是基于RTDS平台构建MMC-HVDC系统模型，包括MMC模型、直流线模型和升压变压器模型，以实现MMC的电气和动态性能仿真分析，并分析MMC的运行机理和优越性能。
三、研究内容本研究的主要内容包括：1. MMC-HVDC系统的基本理论和技术知识的学习和了解2. RTDS平台的学习和使用3. MMC-HVDC系统模型的建立，包括MMC模型、直流线模型和升压变压器模型4. 系统静态和动态性能的仿真分析，包括直流侧电压/电流波形分析、直流电压/电流调节和传输功率分析等5. MMC运行机理和性能优越性分析四、研究意义本研究的意义在于：1. 加深对MMC-HVDC系统的理解和认识，为电力系统运行和控制提供技术支持2. 探索MMC-HVDC技术在大规模电力输送中的应用，为能源高效传输打下基础3. 为电力系统建模和仿真提供参考和借鉴，促进电力系统技术的发展。
基于RTDS和实际控制系统的±800kV直流输电系统仿真
维普资讯
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技 术 Ｆ Ｔ 的 各 种 电 力 电 子 装 置 的 样 机 试 验 将 首 ＡＣ Ｓ 先 考 虑 在 实 时 仿 真 器 上 进 行 ”４ ［。 ］ 与 Ｐ ＡＳ Ｂ Ａ 等 机 电 暂 态 仿 真 分 析 软 件 相 Ｓ Ｐ、 Ｐ 比 ． ＤＳ仿 真 仪 器 不 仅 模 型 齐 全 且 具 有 出 色 的 自 ＲＴ 定 义 功 能 如 在 Ｂ Ａ 等 软 件 中 可 以 模 拟 的 发 电 机 、 Ｐ 变 压 器 、 类 综 合 负 荷 等 模 型 以 及 切 机 、 载 、 列 各 减 解 卿 系 统 恢 复 等 判 据 及 其 策 略 在 ＲＴ ＤＳ仿 真 器 中 皆
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在 交 直 流 混 联 系 统 的 仿 真 计 算 中 。直 流 输 电 系 统 的 模 拟 对 计 算 结 果 有 较 大 的 影 响 。 采 用 ＲＴ Ｓ 模 Ｄ
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脉 冲 输 入 卡 （ Ｔ Ｄｉｉ ｌ ｉ — ｔｍｐＣ ｒ 等 。 与 ＤＩ Ｓ： ｇｔ ｍｅ Ｓａ ａｄ） ａＴ
基于RTDS特高压直流控保仿真平台的锦苏特高压直流建模及仿真
基于RTDS特高压直流控保仿真平台的锦苏特高压直流建模
及仿真
卫鹏;刘建坤;周前;汪成根;张庆武
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2015(51)11
【摘要】传统对锦苏直流接入的江苏电网分析仅停留在纯数字的机电—电磁混合仿真研究,随着仿真技术的发展已不能满足分析的需要。
参照锦苏工程在RTDS实时数字仿真装置中搭建了锦苏直流的一次系统,直流控保真型装置作为二次控制保护仿真系统与RTDS实时数字仿真装置构成闭环仿真平台,其性能与实际直流输电工程在控制保护功能、稳态工况和交直流故障下的行为及趋势等方面特性保持高度一致。
以一次实际交流故障导致的换相失败案例为背景,分别利用该平台和传统的利用ADPSS的机电—电磁混合仿真的方法反演了故障并与实际录波进行了比对,验证了平台的精确性和可用性。
【总页数】6页(P134-139)
【关键词】RTDS;锦苏直流;特高压直流;控制保护系统;实时仿真
【作者】卫鹏;刘建坤;周前;汪成根;张庆武
【作者单位】江苏省电力公司电力科学研究院;南京南瑞继保电气有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM721.1
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基于RTDS的交直流联合输电系统建模及其故障分析
的仿真 技术 具有 重要 的现实 意义 ［］ １。 － ２
关 于 电力 系 统机 电暂 态 仿 真程 序 ，目前 国 际上
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并 能 准确 反映该 系统 的动态 特性 ： 有使 用灵 活 、 具 界
图 １ 简 单 交直 流 并 联 系统 原 理 图
面友好等特点， 并有丰富的帮助系统和Ｄ ｍ 系统 ， ｅｏ 便 于工程 人员 对 电力 系统进 行 离线 的分 析 、 算 。 献 计 文 ［】 对６ 动 Ｈ Ｃ ５针 脉 ＶＤ 系统 建 立 ’ Ｓｍｕｉｋ 型 ， 对 ￣ ｉ ｌ 模 ＂ ｎ 并 直 流线路 对地 短 路 时的暂 态过 程进 行 了仿 真 。
基金项 目： 科技部科学技术研究重点项 目（ Ｃ Ｉ ２ １ — １ ） 中央高校基本科研业务费重点资助 （０ ０ ０ ０ ０ ３ ） Ｎ ＳＥ ０ ０ ３ ８ ； ２ １ １２ ７ ０ ５ 作者简介 ： 付 聪 （ ９８ ）男 ， １ ８一 ， 湖北赤壁人 ， 硕士研究生 ， 研究方向为电力 系统运行与控制。
Ｔ ＯＺ Ａ Ｉ 特 Ｅ ＧＡ ＨＵ Ｎ Ｄ
稿
专
递
将 ｌ５ ０ＭＷ 电能 输 送 到 额 定 电压 为 ５ ０ｋ ０ ０ Ｖ的 逆 变 侧交 流系统 。 逆变侧母 线上带 负载３ ０ＭＷ。 ０ 感应 电机 消耗４ ０ Ｍ ， ０ Ｗ 剩余 有 功都 流人 无穷 大 电 网 中。直 流 额 定 电压 为 ５ ０ ｋ 额 定 电流 为 ３ｋ 正 常情 况 下 ０ Ｖ， Ａ， 触 发滞 后 角ｏ １ 。换 相角ｙ ２ ｏ触 发 越前 角 １ 。 ｚ ５， ＝ ＝２ ， ＝７。
基于RTDS的交流1000kV输电线路系统建模与继电保护仿真研究
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第 ２ 卷 增 刊 ５
Ｊａ ｇ ｕＥｌｃｒｃ ｌ ｇｎ ｅ ｉｇ ｉｎ ｓ ｅ ｔ ａ ｉ Ｅｎ ｉｅ ０ｋ ０ Ｖ输 电线路 系统建模与继 电保护仿真研究
核 心 ， 实 现 “ 电东 输 、 电南 送 ” 是 西 北 战略 的有 效 途
序 Ｅ ＤＣ相 同 的模拟 原理 ， 用并 行计 算 的方法 ， ＭＴ 采
可 以实 时 性地 仿 真处 理 电力 系统 的暂 态 变化 过 程 ，
径 。 国家 电网公 司 已经启动 了晋 东南 一南 阳一荆 州 １ ０ Ｖ ０ 交流特 高压 试验 示范工 程 ， ０ ｋ 这是 我 国即将 出 现 的最 高 电压等级 交 流输 电线路 。与 常规 电压等 级 的输 电线路 以及超 高 压 输 电线 路 相 比 ， ０ ０ｋ 特 １ ０ Ｖ 高压输 电线路 输 电距离 长 、 布 电容大 、 分 电感 电 阻 比 大。 相关 的理 论研究 表 明 ， 高压输 电线 路 的电气 量 特 在 故障后有着更 为丰富 的暂态 过程 ， 有 的继 电保 对现
南 阳一 荆 州 交 流 ｌ ｏ ｋ 特 高 压 示 范 工 程 输 电线 路 的 Ｒ Ｄ 实 时 仿 真 与 理 论 分 析 ，验 证 了仿 真模 型 计 算的 正确 ０Ｖ ｏ Ｔ Ｓ 性 。与 动模 继 电保 护 仿 真 系统 相 比 ， 于 Ｒ ＤＳ的 仿 真 系统 能 够 更 加 灵 活 方 便 地 变 换 故 障 环 境 ， 而 能 更 加 详尽 地 基 Ｔ 从 研 究特 高 压 输 电 线路 故 障对 继 电保 护装 置 的要 求 。
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其 中重点 考察 了晋 东南 一南 阳线 路 的故 障 分量 ， 整
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摘
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基于RTDS的电力系统实时仿真
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摘
要： 随着我国 电力系统建设 的迅速发展 ， 统 的非实时仿真技术越来越难 以满足 电力系统规划和设 计的需 传
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收 稿 日期 ：０ ８ ０ — ２ ２ ｏ — ｌ ｌ
作者简介 ： 张兴然 （ ９ １ ） 女 ， １８ 一 ， 河北保定人 ， 硕士 ， 事新型输 配电系统 的研究 。 从
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基于RT DS 的高压直流输电系统的建模与仿真M odeling and Emulation of HVDC System Based on RT DS张凤鸽1,张宏强2(1.武汉大学电气工程学院,湖北 武汉 430072; 2.二炮驻8602厂军代室,湖北 武汉 430034)摘要:介绍了高压直流输电(H VDC )系统的基本结构和工作原理。
利用RT DS 建立一典型单极6脉冲桥H VDC 系统的仿真模型,并仿真了该系统直流母线发生对地短路故障时的暂态过程,证实该模型和仿真方法实时、有效、直观。
关键词:高压直流输电系统;RT DS;模型;暂态过程[中图分类号]T M744[文献标识码]B[文章编号]1004-7913(2005)10-0021-03图1 HVDC 系统结构模型 高压直流输电(H VDC )技术是一种不同于常规交流输电方式的全新技术,与常规交流输电方式相比具有许多优点。
因此,世界上大功率长距离输电、海底电缆送电、交流系统间非同步联网等都广泛采用直流输电技术。
在我国,随着“西电东送、南北互供、全国联网”电力格局的形成,高压直流输电技术应用前景非常广泛。
目前,已有多个直流输电工程投产和在建。
实时数字仿真器RT DS (Real T ime Digital Simu 2lator )是为实现实时仿真电力系统暂态过程而专门设计的并行计算机系统。
RT DS 的数值仿真不仅具有很高的准确性和实时性,而且还能将网络状态方程的解通过D/A 转换,以物理量形式输出,与实际设备相连接,构筑灵活方便的数字—物理实验回路,进而对实际的控制装置和保护设备进行测试试验,是电力系统研究、规划、设计和运行分析的重要手段。
1 HV DC 系统的基本结构与工作原理H VDC 系统由换流站(包括整流站和逆变站)和H VDC 线路组成,有多种接线方式。
图1所示是1个单极6脉冲大地回流背靠背(BACK T O BACK )换流站系统构成图,主要包括以下设备。
a.换流变压器(换流变)。
变交流电压为桥阀所需电压。
b.换流器。
由晶闸管组成,用作整流和逆变。
换流器一般采用三相桥式线路,每桥有6个桥臂。
c.滤波器。
交流侧滤波器一般装在换流变压器交流侧母线上。
6n±1次谐波,高通滤波器吸收高次谐波。
直流侧滤波器一般装在直流线路两端,用有源滤波器广频谱消除谐波,单桥时吸收6n 次谐波,双桥时吸收12n 次谐波。
d.无功补偿器。
通常由静电电容器(包括滤波器电容)、静止无功补偿器向系统提供无功。
e.直流平波电抗器。
减小直流电压、电流的波动,受扰时抑制直流电流的上升速度。
在H VDC 系统中,可通过控制整流侧的触发延迟角α和逆变侧的逆变角β来控制电压、电流和功率的输送。
整流侧常用定电流I s 控制(I s 为给定值),其约束方程为直流电流I d =I s ,通过比较I d 和I s 的偏差来调节α,使二者偏差趋于零,达到控制目的。
逆变侧常用定熄弧角(γs )控制,保证晶闸管的可靠关断,其约束方程为γd =γs 。
2 HV DC 系统的仿真模型211 HV DC 一次系统模型利用RT DS/PSC AD 对一典型单极6脉冲H VDC122005年第10期 东北电力技术背靠背系统进行建模和仿真。
整流侧为额定电压60kV 交流系统网络,通过换流变压器后由单极6脉冲整流器整流,再通过H VDC 线路将电能输送到额定电压为345kV 的逆变侧交流系统。
为简化仿真模型,忽略直流侧滤波器和直流母线阻尼器。
交流系统额定频率为50H z ,换流站输送功率为102124MW ,额定直流电压为5618kV ,额定直流电流为316kA 。
4台换流变容量均为14412898MVA ,阀侧电压均为24kV ,直流母线两端平波电抗器的电感为014H 。
212 控制系统模型H VDC 的一次系统模型不能脱离极控系统而单独模拟运行,直流电压和直流电流的V d —I d 特性曲线是直流控制调节的基础,决定直流系统的稳态工况及受扰动时的动态特征。
整流侧最常用的控制方法是以I d 为控制对象,与αR (整流侧触发角)形成反馈控制,即所谓的定电流调节点火滞后角。
控制电路为比例-积分PI 调节电路,据此建立的αR 调节器仿真模型如图2所示。
图2 比例-积分定电流α调节器模型图3中,用I d 的测量值与参照值I d 1set (额定运行为I dN )的偏差ΔI d 经PI 环节确定αR 。
当I d 1meas <I d 1set 时,αR 减小,使I d 增大。
αR 的下限值(αR min )在工程中一般取5°,上限值(αR max )则取闭锁阀组时的90°(控制器停止状态时的αR 缺省值)。
同时在整流侧的控制中还加入了VDC L (低压限流)环节,当直流电压U DCmeas 过低时,控制器不会再继续保持电流恒定,而是适当地降低电流,避免系统发生连续的换相失败。
逆变侧调节器的定γ控制电路模型设计与整流侧的定电流控制模型类似,也是通过PI 调节形成γ—α1(逆变侧触发角)反馈电路,只是α1的取值范围为90°～155°,其中αI min =90°是由逆变与整流反相要求决定的,而αI max =155°是为了让逆变器的触发越前角(β)不小于25°,熄弧角(γ)不小于15°。
逆变器的控制除了定熄弧角控制外,也有定电流控制。
只不过逆变侧的定电流控制的电流整定值要比整流侧小一定的裕度。
在交流电压异常的情况下,逆变侧才可能获得电流控制权。
此时整流侧运行在αmin 控制范围,逆变侧的闭环电流调节器控制电流。
整流和逆变两侧的电流闭环控制器协调配合,在正常运行工况下,整流侧控制电流,逆变侧确定电压,这是在逆变侧的电流指令中减去一个电流裕度来实现的。
电流裕度值为额定电流值的10%,这样逆变侧的有效电流指令就比整流端低。
发生点火脉冲的关键是考虑如何与交流换相电压同步、触发脉冲是按相触发还是等间距触发。
首先,解决与交流换相电压同步问题,在实际中一般采用锁相环。
其次,为避免非特征谐波电流的产生,近30年来点火脉冲的触发均为等间距触发,即每一轮回α角的时间起始点等间隔、触发脉冲等宽度。
在PSC AD 的控制元件模型库中,有锁相环模型和等间距点火脉冲发生器模型,能方便地组合成切合实际的点火脉冲仿真模型。
6脉冲阀组(桥)的点火电路仿真模型如图3所示。
图3 点火脉冲模型3 HV DC 系统暂态过程的仿真与分析311 仿真结果模型编译通过后,在RUNTI ME 下设置仿真参数,并启动仿真,仿真步长为50μs 。
系统稳定运行后,在t 时刻发生直流母线对地短路故障,故障持续时间为0101s ,在故障发生的第t +01005s ,控制系统启动,关断了系统的所有阀组。
关断持续时间为011s ,之后故障解除系统开始恢复运行。
直流母线对地短路和恢复时,整流侧触发角(αR )、逆变侧熄弧角(γ)、直流电压(U DC )、直流电流(I d )、换流变阀侧A 相电流和整流侧母线电压的波形如图4所示。
312 分析结果H VDC 系统(见图2)的整流侧采用定直流控制,系统正常运行时,直流母线上电流I d =316kA ,基本恒定,整流侧U d 为5618kV ,当整流侧直流母线对地短路,负荷(逆变侧)被短路时,换流变阀侧电流和直流母线上的电流都会剧增。
短路电路是一交直流混合系统,其短路电流计算很繁杂,而仿真计算快捷、方便、准确(不像一般手工计算要作若干简化),同时给出变化波形。
由图4可22东北电力技术 2005年第10期图4 直流线路对地短路时的仿真波形(a)———整流侧触发角;(b)———逆变侧熄弧角;(c)———直流电压;(d)———直流电流;(c)———换流变阀侧A相电流;(f)———整流侧母线电压知,直流电流迅速升过316kA,换流变阀侧A相电流峰值接近10kA。
利用软件中TRACE工具,可以精确定位图中每一点的坐标,给出任意时刻变量的大小,以便做定量分析。
整流侧电流调节器用定电流控制,通过控制α来控制I d,通过比较实际I d和给定I s的偏差来调节α。
在整流侧直流母线对地短路的暂态过程中, VDC L的控制使用使α增大(由图4可见,此时α接近90°)。
同时两侧换流器仍能保持适当的电流(如图4换流变阀侧电流),消耗一定的无功功率,使换流站没有过多的剩余无功功率(由无功补偿设备产生的)流入交流系统,保持交流电压在允许范围内,所以交流母线电压波动不大(见图4)。
VD2 C L的控制有利于保持换流站无功功率的平衡。
正常工作状态下,逆变侧调节器的定γ控制,发生直流对地故障时,逆变侧进入定电流控制,定电流控制调节器的作用使故障发生时γ增大(见图4),阀组全部关断时,γ幅值达到180°。
故障发生的第01005s,保护控制系统启动,关断所有的阀组,整流器被阻断,I d被熄灭,并在极短时间内降到0。
整流侧输出电压变为零。
因VDC L的控制作用,直流系统对地短路故障并未使交流侧电压发生高频振荡,对交流系统扰动不大。
关断时间持续011s后,经过一段时间的调节,I d 逐渐恢复,重新达到316kA,U d振荡,并逐渐达到稳定值。
因直流母线两端未装设直流滤波器,故I d和U d所含谐波成分较大。
整个系统经过一段时间的调节,逐渐恢复正常的工作状态。
4 结束语利用RT DS能方便准确地对高压直流输电系统暂态过程中的动态特性进行建模和仿真,仿真时可实时显示各参数的变化,便于有效、直观地分析系统性能。
参考文献:[1] 廖 瑛,梁加红.实时仿真理论与支撑技术[M].长沙:国防科技大学出版社,2002.[2] RT DS T echnologies Inc.RT DS User M anual Set[R].Wuhan:Wuhan University RT DS test center,2001.[3] 倪以信,陈寿孙,张宝霖.动态电力系统的理论和分析[M].北京:清华大学出版社,2002.[4] 林良真,叶 林.电磁暂态分析软件包PSCAD/E MT DC[J].电网技术,2000.[5] 陈礼义,顾 强.电力系统数字仿真及其发展[J].电力系统自动化,1999.[6] 石 岩,张晋华,奚华中等.纯数字高压直流输电仿真培训系统的研究[J].电力系统自动化,1999.作者简介:张凤鸽(1980—),女,硕士,从事直流输电的研究工作。
(收稿日期 2005-06-22)322005年第10期 东北电力技术。