【正文】 PSCADMATLAB 接口仿真準備，現(xiàn)根據(jù)上一節(jié)圖 可以建立 MATLAB 環(huán)境下的電路模型，如圖 所示，其參數(shù)同上圖 設(shè)置。 a 故障控制模型 b 故障類型與投入控制 c 定時邏輯控制 圖 故障控制單元 調(diào)節(jié)盤各數(shù)字代表的故障類型說明如下表 所示： 表 調(diào)節(jié)盤的位置含義 位置 故障類型 位置 故 障類型 1 A 相接地 6 BC 兩相接地 2 B 相接地 7 ABC 三相接地 3 C 相接地 8 AB 兩相間 位置 故障類型 位置 故障類型 4 AB 兩相接地 9 AC兩相間 5 AC 兩相接地 10 BC 兩相間 此時故障的投入時間、持續(xù)時間、以及系統(tǒng)運行時間可以任意選擇。在 時投入故障，在持續(xù)時間內(nèi)故障相 a 相的電流劇增至幅值近似 1kA，故障相電壓 a 相電壓近似為零。 基于 PSCAD/EMTDC 和 MATLAB 的電磁暫態(tài)接口仿真研究 PSCAD 和 MATLAB 的接口介紹 EMTDC electromagic transient in DC system 是 20 世紀 70 年代中期發(fā)展起來的一個電磁暫態(tài)仿真軟件，經(jīng)過近 30 年的發(fā)展，目前其已具有了十分完善的 EMTDC 的元件模型庫和功能，被廣 泛應(yīng)用于交直流電力系統(tǒng)研究、電力電子仿真以及非線性控制等領(lǐng)域，日益成為一種世界各國通用的電力系統(tǒng)分析軟件。 另一方面， PSCADMATLAB 接口可以把 PSCAD/EMTDC 程序強大的電力系統(tǒng)分析功能和 MATLAB 語言高超的圖形可視化技術(shù)結(jié)合起來，增強 PSCAD/ EMTDC 程序的圖形處理能力。該 Fortran子程序可以啟動 MATLAB數(shù)據(jù)引擎并建立起 Fortran子程序和 MATLAB數(shù)據(jù)引擎之間的通信管道。在自定義元件上右鍵選擇Edit Definition 便自動進入 Graphic 界面。這里 主要用到Text Field 和 Input Field。有 REAL、 INTEGER、LOGIGAL 和 COMPLE 四種，根據(jù)實際情況選用。 圖 整流模塊 3 逆變側(cè)元件 如圖中“ inverter81”所示代表逆變模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。該 Fortran 子程序可以啟動 MATLAB 數(shù)據(jù)引擎并建立起 Fortran 子程序和MATLAB 數(shù)據(jù)引擎之間的通信管道，同時，含有 MATLAB 命令的 M 文件也傳到 MA TL AB 數(shù)據(jù)引擎中，這樣， PSCAD/EMTDC 和 MATLAB 就緊密地結(jié)合了起來 , 用戶可以根據(jù)需要編制 M 文件，實現(xiàn)所需的仿真。 此時的故障在 時刻投入，持續(xù) 的時間，由直流電壓和電流的波形可知，在故障期間，任意類型的短路故障都會至少使三相的某一相的電壓下降，致使換流側(cè)的母線電壓下降不可避免，因而 會使得換間的換相失敗，直流電流增大，直流電壓下降， 后 故障切除后 再經(jīng)過 50ms 左右換流才會恢復(fù)正常，如圖 a 和 b 所示，詳見附錄 B。本文此處只畫出各個電量的基波頻率分量的相量圖。 a MATLAB 繪制 Vs1 相量圖 b PSCAD 繪制 Vs1 相量圖 c MATLAB 繪制 Is1 相量圖 d PSCAD 繪制 Is1 相量圖 圖 正常無故障運行時相量圖 藍色為 a 相，綠色為 b 相，紅 褐 色為 c 相 以 a 相接地為例，電量的各個序分量相量圖如圖 a 、 b 、 c 、 d 所示。根據(jù)邊界條件 ，如圖 a 、 b 、 c 、 d 所示各個序分量相量圖，此時，三者相等滿足邊界條件。 3 運用 PSCADMATLAB 的接口技術(shù)實現(xiàn)電磁暫態(tài)的仿真。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。 3 在 PSCADMATLAB 接口技術(shù)方面，只是簡單的實現(xiàn)了兩者的接口仿真功能，需要進一步的理論學(xué)習(xí)來加強接口技術(shù)的應(yīng)用能力。 a MATLAB 繪制故障點三相電流相量圖 b PSCAD 繪制三相故障電流相量圖 圖 三相接地短路時的故障點三相電流相量圖 藍色為 a 相 ，綠色為 b 相，紅 褐 色為 c 相 綜上所述，基于 PSACDMATLAB 的接口仿真在五種條件下的仿真結(jié)果符合故障分析中的邊界條件；同時，由 MATLAB 繪制的相量圖與 PSCAD 的仿真結(jié)果幾乎一致。 以 b、 c 兩相為例。下面就故障 1 處進行無故障、單相接地短路、兩相相間短路、兩相接地短路和三相接地短路的相量圖繪制。 因此，從本文的仿真結(jié)果來看，在交直流傳輸系統(tǒng)中，除非在直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)的換流節(jié)點及其附近處發(fā)生故障，會使得換流側(cè)的換相失敗，其他遠離換流節(jié)點的交流系統(tǒng)故障對直流系統(tǒng)的影響很小，如表 表示遠離換流節(jié)點的不同長度輸電線處 發(fā)生三相短路時的直流電壓和電流情況，此時故障 2 和 3 同時作用。其中模塊符號任意，根據(jù)用戶需要進行個性化的繪制，參數(shù)和功能同樣根據(jù)用戶的仿真需求進行不同的設(shè)置定義。同第三章所介紹的故障設(shè)置不同的是此時將故障設(shè)為 瞬時性和永久性故障，并由邏輯控制環(huán)節(jié)實現(xiàn)定時故障控制，圖示的三處故障類似，包含所有短路類型的故障，如圖 a 、 b 表示其設(shè)置情況。 2. 元件選擇介紹 1 變壓器元件 該系統(tǒng)圖形交流部分的三個變壓器設(shè)置如圖 所示。就本部分所闡述的主題來講，接口所要完成的 代碼在 DSDYN 文件中添加，只需要對 DSDYN 文件添加代碼。它提供該元件在使用時可修改參數(shù)的界面。根據(jù)變量的輸入輸出類型、數(shù)據(jù)類型、維數(shù)填寫完畢，一個自定義元件的外殼便生成了。 PSCAD/ EMTDCMATLAB 接口的界面如圖 所示，圖中假定有 m 個輸入量， n 個輸出量，通過接口中 MA TLAB 的 M 文件對 m 個輸入量進行處理 , 得到 n 個所需的輸出量。 PSCAD/ EMTDC 是暫態(tài)分析程序， MATLAB 是數(shù)學(xué)模型軟件包，它們之間具有互補性，通過兩者之間的接口能把它們的優(yōu)點結(jié)合起來。兩種仿真環(huán)境下，仿真波形幾乎一致。 3. 兩種故障設(shè)置的比較 經(jīng)過兩種仿真環(huán)境的運行過程對比可知，在故障設(shè)置方面， PSCAD 的設(shè)置更為靈活方便，因為只要在控制端點加入邏輯關(guān)系控制就可以通過切換操作快捷的改變故障的設(shè)置，而后只需通過可視化的調(diào)節(jié)盤進行故障控制。該模型如圖 a 、 b 所示。 2 變壓器元件 變壓器 T1 和 T2，選擇三相雙繞組變壓器，變比為 10/110kV，容量分別是50MVA，短路電壓百分比 Uk%選擇為 10，即為銅損耗標幺值 設(shè)置，其他的采用默認設(shè)置，如圖 a 、 b 所示。 S1， S2： T1， T2： L1， L2： 討論各種故障條件下的故障相電流情況。根據(jù)錯誤的顯示源“ source”，雙擊即可指出錯誤位置，進行相應(yīng)的修改和仿真直至運行成功。電力系統(tǒng)元件庫模型用來建立電力系統(tǒng)電路的等值仿真電力模型。 3 電力電子元件：包括了各種電力電子設(shè)備。在仿真進行過程中，用戶可以通過輸入輸出元件庫的控制元件自由調(diào)整參數(shù)值，以便觀察系統(tǒng)某些動態(tài)情況下的響應(yīng)特性。 Imports_Exports_Lables：輸入輸出標簽。 PI_sections：輸電線的型等值線路。 PSCAD/EMTDC 有以下主元件庫： Passive：電阻、電感、電容，三相負荷以及 RLC 組成的無源濾波支路。 狀態(tài)欄：顯示當前例子狀態(tài)。用表達式寫成 28 29 因而，簡單不對稱短路電流的計算，歸根到底，不外乎先求出系統(tǒng)對短路點的負序和零序輸入電抗和，再根據(jù)短路的不同類型組成附加電抗，將它接入短路點，然 后就像計算三相短路一樣，算出短路點的正序電流。此時，故障點另外的其余部分的參數(shù)仍然是對稱的。 （ 4）嚴重的短路電流要影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，可使并列運行的發(fā)電機組失去同步造成系統(tǒng)解列。針對實際電力系統(tǒng)運行情況，故障又可以分為單一故障和復(fù)雜故障。利用 PSCAD 方便快捷的圖形建模工具建立一個典型的交直流傳輸系統(tǒng)，分別就交流側(cè)和直流側(cè)故障進行電磁暫態(tài)仿真，并通過 PSCADMATLAB 接口模塊，在系統(tǒng)運行時，將 PSCAD的變量輸入至接口模塊，再由 MATLAB 語言引擎調(diào)用 M 文件實現(xiàn)在故障條件下對系統(tǒng)參數(shù)的相量圖繪制，并且利用 PSCAD 的相量圖顯示儀進行比較，最終驗證了接口環(huán)境下電磁暫態(tài)仿真的合理性和有效性。本文只引用介紹電磁暫態(tài)過程仿真。根據(jù)用途可分為研究仿真和培訓(xùn)仿真。 1996 年 5 月 28 日華北電網(wǎng)沙嶺子電廠事故，事故原因是沙嶺子電廠試驗人員誤動作造成保護動作，使 3 條 500kV 線路相繼跳閘，引起張家口地區(qū)對主系統(tǒng)振蕩，造成沙嶺子電廠和下花園電廠全?！?3】。 interface techniques 目 錄摘 要 I Abstract II 第一章 概述 1 國內(nèi)系統(tǒng)事故概況 1 電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)數(shù)字仿真概述 2 本文主要工作 3 第二章 電力系統(tǒng)的故障分析 5 電力系統(tǒng)的故障介紹 5 電力系統(tǒng)的短路故障概念和分類 5 電力系統(tǒng)的短路故障原因及其危害 6 電力系統(tǒng)的不對稱故障分析方法―對稱分量法 7 對稱分量法原理 7 對稱分量法的應(yīng)用 8 正序等效定則 10 第三章 基于 PSCAD/EMTDC 和 MATLAB 的電磁暫態(tài)仿真設(shè)計 12 PSCAD/EMTDC 的工作環(huán)境介紹 12 MATLA 的工作環(huán)境介紹 15 基于 PSCAD 和 MATLAB 的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真設(shè)計 19 基于 PSCAD 交流電力網(wǎng)絡(luò)的模型建立 19 基于 MATLAB 交流電力網(wǎng)絡(luò)的模型建立 24 統(tǒng)的故障設(shè)置 28 真分析 30 第四章 基于 PSCAD/EMTDC 和 MATLAB 的電磁暫態(tài)接口仿真研究 32 PSCAD 和 MATLAB 的接口技術(shù)介紹 32 接口技術(shù)的背景 32 接口技術(shù)原理及接口的實現(xiàn)過程 33 基于 PSCADMATLAB 的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真 35 基于 PSCAD 的交直流系統(tǒng)的模型建立 35 電力系統(tǒng)的故障設(shè)置 39 PSCADMATLAB 的接口環(huán)節(jié) 40 時域仿真分析 41 接口仿真分析 43 第五章 結(jié)束語 51 參考文獻 52 附錄 A 54 附錄 B 58 致謝 62 概述 國內(nèi)系統(tǒng)事故概況 我國電力系統(tǒng)是世界上發(fā)展非常迅速的系統(tǒng)。截止 2021 年底，裝機容量已經(jīng)達到 500GW，位居世界第二；至 2021 年底，已經(jīng)突破 600GW。 1998 年 7 月 29 日中國臺灣電力系統(tǒng)頻率崩潰事故，事故原因有低頻減載容量嚴重不足、大機組和電網(wǎng)不協(xié)調(diào)、臺 灣電網(wǎng)穩(wěn)定標準較高、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理、不重視防止電網(wǎng)破壞的防線建設(shè)【 6】。研究仿真包括各種電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)仿真軟件，如 EMTP和 BAP；培訓(xùn)仿真包括調(diào)度員培訓(xùn)仿真 DTS、變電站人員培訓(xùn)仿真器等。 電磁暫態(tài)過程仿真是使用數(shù)值計算方法對電力系統(tǒng)中從數(shù)微秒到數(shù)秒之間的電磁暫態(tài)過程進行仿真 模擬。 電力系統(tǒng)的故障分析 f 3 兩相短路 f 2 兩相短路接地 f 1,1 單相短路接地 f 1 電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機會最少。 電力系統(tǒng)的短路故障原因及其危害 造成短路的原因有很多，主要有如下幾個方面【 15】： （ 1）電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞。 （ 5）不對稱短路包括單相短路和兩相短路，其短路電流將產(chǎn)生較強的不平衡交變電磁場，對附近的通信設(shè)備、電子設(shè)備等產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常運行，甚至使其發(fā)生誤動作。現(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)圖形分解如下圖 所