CN104866643B - 一种适用于psasp的超高压母线磁控式电抗器的建模方法 - Google Patents
一种适用于psasp的超高压母线磁控式电抗器的建模方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种适用于PSASP的超高压母线磁控式电抗器的建模方法，属于电力系统建模与仿真技术领域。本发明以PSASP软件为平台，利用用户自定义UD模块和用户程序接口UPI功能联合建立超高压母线磁控式电抗器模型，将该模型应用到实际电网仿真数据。本发明建立的模型能正确模拟实际超高压母线磁控式电抗器的动作逻辑，能够满足电网生产运行部门进行电网仿真计算的要求。
Description
技术领域
本发明属于电力系统建模与仿真技术领域，更准确地说，本发明涉及一种适用于PSASP的超高压母线磁控式电抗器的建模方法。
背景技术
当电力电子技术在电力系统中大规模应用后，原有的传统设备的动态特性将会发生根本改变，会具有电力电子装置的动态特性；同时，随着电力电子装置的广泛应用，电力电子装置对电网的潮流和稳定性具有很大的影响，使得电网的动态特性日趋复杂。目前，我国电力系统行业普遍采用电力系统软件如BPA，PSASP等进行相关潮流、稳定性等计算来指导生产以及规划等等，同时，对仿真计算的精度要求越来越高，而这是电力系统模型为基础的。
2013年，新疆与西北主网联网第二通道建成，该通道上装设4套阀控分级式线路可控高抗、1套磁控式母线可控高抗、1套分级式母线可控高抗和2套静止无功补偿器SVC。但是，新疆西北联网第二通道沿线网架结构薄弱，缺乏常规电源支撑，开关站较多，输电距离长，新疆与西北联网通道电压调整困难，对FACTS设备依赖程度高。为了更好地研究可控高抗群之间，以及可控高抗与SVC之间的协调控制，必须建立可控高抗及其控制器的模型。
根据可控电抗器构成原理的不同，可控高抗可分为基于磁控原理和基于高阻抗变压器原理两种类型。基于磁控原理的可控电抗器能够实现无功功率的连续调节，而基于高阻抗变压器原理的可控并联电抗器主要是分级可控的方式。
图1为超高压母线磁控式电抗器的工作原理示意图，测量系统4和5产生的偏差信号触发控制设备3，然后控制设备操作晶闸管整流器2，整流设备产生直流电流去改变电抗器的磁饱和度，从而实现对电抗器1的无功平滑调节，6和7均为断路器开关。
一般来说，可控高抗的控制对象为母线电压。根据上述工作原理，给出了超高压母线磁控式电抗器采用自动恒电压控制方式时的系统模型，如图2所示。该模型包含7个部分：1)电压测量环节；2)电压偏差环节；3)死区环节，当电压偏差的绝对值小于设定的电压误差的门槛，则输出为零；当电压偏差大于电压误差的门槛，则输出为正；当电压偏差小于电压误差的门槛，则输出为负；4)励磁电流调节环节，当死区输出大于0，则减小励磁电流，当死区输出小于0，则增加励磁电流，当死区输出小于0，励磁电流不变；5)限幅环节；6)直流内部的控制环节；7)直流励磁到交流输出环节。
具体而言，图2中，TR为电压量测环节的时间常数；Vt为可控高抗安装点电压；Vref为电压目标值；DBN为负向死区值；DBP为正向死区值；Iderf为可控高抗的励磁电流初始值；ΔI为励磁电流调节量；Idmax和Idmin分别为励磁电流的最大值和最小值；KP1和KI1分别为比例和积分控制器参数；Kf1和Tf1为反馈控制器的增益和时间参数；K1和K2为反映装置特性的参数；K3和K4为励磁特性参数。
从理论上讲，磁控式可控电抗器可以实现容量的平滑调节。从励磁电流调节环节可以看出，系统中设置励磁电流调节量ΔI，实现每次动作容量较小调节，已达到连续调节。
但是，在PSASP软件中，超高压母线磁控式电抗器的模型还不完善。当PSASP原有程序内部中的固定模型不能满足研究需要时，它提供了用户自定义建模模块(UD模块)。同时，在PSASP软件中，它开发了用户程序接口模块(UPI模块)，在Windows操作系统中，利用其所提供的动态连接库DLL支持，使程序以一定方式调用DLL中的函数或过程，给PSASP的用户程序接口提供支持。UD模块和UPI模块输入和输出的信息表中，都有用户自约定临时信息交换值TM1～TM10，它们用于连接UD模块和UPI模块。
若当仅采用UD模块或者UPI模块对电力设备进行建模时，仍然不能满足研究需要，则可UD和UPI联合的方法进行设备及其控制系统的建模。PSASP能够实现UD模型和UPI程序之间相互连接，以解决相互组合的问题。
发明内容
本发明目的是：为了解决在PSASP软件进行超高压母线磁控式电抗器建模还不完善的问题，提供一种适用于PSASP的超高压母线磁控式电抗器的模型建立方法，利用用户自定义UD模块和用户程序接口UPI模块联合建立超高压母线磁控式电抗器模型，并利用该模型应用到实际电网进行数据仿真。
具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：
1)采用PSASP软件中用户自定义UD模块和用户程序接口UPI模块联合建立超高压母线磁控式电抗器的模型，其中，采用用户自定义UD模块建立模型的电压测量、电压偏差环节、直流内部控制环节以及直流励磁到交流输出环节，采用用户程序接口UPI模块建立模型的死区环节和励磁电流调节环节；
2)利用PSASP软件中自定义临时信息交换值TM连接已完成的用户自定义UD模块和用户程序接口UPI模块；
3)采用电流源的形式将超高压母线磁控式电抗器注入母线，实现与电网的连接。
上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤1)的具体过程如下：
1-1)采用用户自定义UD模块建立模型的电压测量环节和电压偏差环节，形成UD模块一M1，采用用户自定义UD模块建立模型的直流内部控制环节以及直流励磁到交流输出环节，形成UD模块二M2；
1-2)采用用户程序接口UPI模块建立模型的死区环节和励磁电流调节环节，其中：
在死区环节分别设定正向死区DBP和负向死区DBN，根据系统允许的母线电压偏差进行设定，如果当前电压值Vt和目标电压值Vref的偏差信号Vref-Vt超出正向死区DBP和负向死区DBN，则可控高抗需要动作，否则不动作；
在励磁电流调节环节不实时判断死区环节的输出量ΔV，而是每隔ΔT时间进行判别，当ΔV>0，则励磁电流调节环节的输出Id＝Idref-ΔI，当ΔV<0，则励磁电流调节环节的输出信号Id＝Idref+ΔI，当ΔV＝0，则励磁电流调节环节的输出保持不变；ΔT由实际可控高抗动作特性决定，Idref为超高压母线磁控式电抗器的励磁电流初始值；ΔI为励磁电流调节量。
上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2)具体为：用当前电压值Vt和目标电压值Vref的偏差信号Vref-Vt作为临时信息交换值TM1，用于UD模块一和UPI模块的信息交互；用励磁电流调节环节的输出信号Id作为临时信息交换值TM2，用于UD模块二和UPI模块的信息交互。
上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)具体为，将超高压母线磁控式电抗器的输出作为注入母线电流的大小，把注入电流转换成实部与虚部实现与电网的连接：
将超高压母线磁控式电抗器的输出作为注入母线电流的大小，把注入电流转换成实部与虚部实现与电网的连接：
上式中，Vt为超高压母线磁控式电抗器安装点的电压。
本发明的有益效果如下：本发明能够实现在PSASP软件对超高压母线磁控式电抗器的建模，适用于分析超高压母线磁控式电抗器的动态特性，可用于电力系统的暂态计算仿真分析，研究超高压母线磁控式电抗器对电力系统稳定运行的影响。建立的模型能正确模拟实际超高压母线磁控式电抗器的动作逻辑，能够满足电网生产运行部门进行电网仿真计算的要求。
附图说明
图1是超高压母线磁控式电抗器的工作原理示意图。
图2是超高压母线磁控式电抗器的控制系统模型图。
图3是超高压母线磁控式电抗器模型UD模块和UPI模块之间连接框图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。
本发明方法主要包括三个步骤：
1)在PSASP软件中，采用用户自定义UD模块建立模型的电压测量环节和电压偏差环节，形成UD模块一M1，采用用户自定义UD模块建立模型的直流内部控制环节以及直流励磁到交流输出环节，形成UD模块二M2，并将电压偏差环节的输出(Vref-Vt)定义为临时信息交换值TM1作为UPI模块的输入信息，用于UD模块一和UPI模块的信息交互。
2)采用UPI模块建立死区环节和励磁电流调节环节。分别设定正向死区DBP和负向死区DBN，根据系统允许的母线电压偏差进行设定。如果当前电压值和目标电压值的偏差信号(Vref-Vt)的超出正向死区DBP和负向死区DBN，则可控高抗需要动作；否则，不动作。对于励磁电流调节环节来说，不用实时判断死区环节的输出量ΔV，每隔ΔT的时间进行判别，当ΔV>0，则励磁电流调节环节的输出Id＝Idref-ΔI；当ΔV<0，则励磁电流调节环节的输出Id＝Idref+ΔI；当ΔV＝0，则励磁电流调节环节的输出保持不变。定义其输出Id为临时信息交换值TM2，该交换值为直流内部控制环节的输入信息，用于UD模块二和UPI模块的信息交互。UD模块和UPI模块之间连接关系别如图3所示。
3)由于超高压母线磁控式电抗器的输出为电流的形式，可直接将其输出作为注入母线电流的大小，把注入电流转换成实部与虚部实现与电网的连接：
将超高压母线磁控式电抗器的输出作为注入母线电流的大小，把注入电流转换成实部与虚部实现与电网的连接：
上式中，Vt为超高压母线磁控式电抗器安装点的电压。。
实际运行时，按照所使用程序语言要求，需要将上述UPI模块编译为动态连接库*.DLL。使用VC6.0编写DLL文件，建立一个Win32Dynamic-Link Library的空项目，将编写好的UPI文件加入到该项目中，编译链接即可生成DLL文件，直接调用该DLL文件即可。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
Claims (4)
1.一种适用于PSASP的超高压母线磁控式电抗器的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用PSASP软件中用户自定义UD模块和用户程序接口UPI模块联合建立超高压母线磁控式电抗器的模型，其中，采用用户自定义UD模块建立模型的电压测量、电压偏差环节、直流内部控制环节以及直流励磁到交流输出环节，采用用户程序接口UPI模块建立模型的死区环节和励磁电流调节环节；
2)利用PSASP软件中自定义临时信息交换值TM连接已完成的用户自定义UD模块和用户程序接口UPI模块；
3)采用电流源的形式将超高压母线磁控式电抗器注入母线，实现与电网的连接。
2.根据权利要求1所述的适用于PSASP的超高压母线磁控式电抗器的建模方法，其特征在于，所述步骤1)的具体过程如下：
1-1)采用用户自定义UD模块建立模型的电压测量环节和电压偏差环节，形成UD模块一M1，采用用户自定义UD模块建立模型的直流内部控制环节以及直流励磁到交流输出环节，形成UD模块二M2；
1-2)采用用户程序接口UPI模块建立模型的死区环节和励磁电流调节环节，其中：
在死区环节分别设定正向死区DBP和负向死区DBN，根据系统允许的母线电压偏差进行设定，如果当前电压值Vt和目标电压值Vref的偏差信号Vref-Vt超出正向死区DBP和负向死区DBN，则可控高抗需要动作，否则不动作；
在励磁电流调节环节不实时判断死区环节的输出量ΔV，而是每隔ΔT时间进行判别，当ΔV>0，则励磁电流调节环节的输出Id＝Idref-ΔI，当ΔV<0，则励磁电流调节环节的输出信号Id＝Idref+ΔI，当ΔV＝0，则励磁电流调节环节的输出保持不变；ΔT由实际可控高抗动作特性决定，Idref为超高压母线磁控式电抗器的励磁电流初始值；ΔI为励磁电流调节量。
3.根据权利要求2所述的适用于PSASP的超高压母线磁控式电抗器的建模方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：用当前电压值Vt和目标电压值Vref的偏差信号Vref-Vt作为临时信息交换值TM1，用于UD模块一和UPI模块的信息交互；用励磁电流调节环节的输出信号Id作为临时信息交换值TM2，用于UD模块二和UPI模块的信息交互。
4.根据权利要求1或2所述的适用于PSASP的超高压母线磁控式电抗器的建模方法，其特征在于，所述步骤3)具体为，将超高压母线磁控式电抗器的输出作为注入母线电流的大小，把注入电流转换成实部与虚部实现与电网的连接：
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上式中，Vt为超高压母线磁控式电抗器安装点的电压。
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