基于PSCAD/EMTDC软件的高压直流输电仿真教学研究

针对“高压直流输电”课程教学过程中,高压直流系统控制原理复杂抽象,直观上难以理解的特点,本文通过运用PSCAD/EMTDC仿真软件,基于CIGRE HVDC标准测试模型,对高压直流输电系统在整流侧和逆变侧交流系统分别发生故障时的运行特性进行仿真测试。教学实践表明,PSCAD/EMTDC软件的应用加强了学生对理论知识的理解,激发和培养了学生的学习兴趣和动手实践能力,有效地提升了教学效果。     

一种高压直流锁相环的建模和分析

首先分析了SIEMENS锁相环的工作原理,然后对有限长单位冲激响应(finite impulse response,FIR)滤波器及反正切环节进行等效转换,并对频率跟踪器展开分析,建立了锁相环的离散域数学模型。接着根据传递函数分别从稳定性、动态响应和稳态误差3个方面对锁相环进行了分析,得到了锁相环系统各参数的限制范围,并由此整定了一组锁相环系统的新参数;然后在频率跳变、频率斜坡变化、相位跳变及谐波侵扰等干扰工况下对新旧参数锁相环进行了测试,结果表明新参数锁相环具有较优的锁相性能;最后在CIGRE HVDC标准测试模型和贵广Ⅱ工程模型中对新旧参数锁相环进行了仿真对比,结果表明,在交流故障下新参数锁相环能够更加有效地抑制后续换相失败,对高压直流输电系统的故障恢复性能具有改善作用。     

基于PSCAD的锁相环参数设计及仿真教学

锁相环原理及参数设计涉及到电路、数学和自动控制等学科,比较抽象,学生理解起来较困难。本文介绍了课堂理论教学与仿真演示、仿真实验操作及习题、检查实验报告和习题情况的仿真教学方法,以及基于理论分析归纳的参数设计原则,再在PSCAD/EMTDC暂态仿真软件中搭建锁相环模型,并进行仿真验证。教学实践表明,该仿真教学方法有助于学生更好地掌握锁相环工作原理及其参数设计方法,能有效提高教学质量。     

基于交流故障快速检测的高压直流换相失败抑制方法

交流侧故障是高压直流输电系统发生换相失败的主要原因。不对称故障时,换相电压的相位偏移会引起实际触发角偏移,当实际触发角大于指令值时,很可能导致换相裕度不足而引发换相失败。首先计算了交流单相短路接地故障下的最大换相电压相位偏移量,提出了基于交流故障快速检测的高压直流换相失败抑制方法。该方法可以快速检测单相故障发生相,计算出锁相环输出相位与偏移量最大的换相电压相位之间的差值,并取最大相位误差量对锁相环输出的同步相位进行修正。在PSCAD/EMTDC中利用CIGREHVDC标准测试模型测试,结果表明所提的方法在逆变侧弱系统及强系统中均能有效提高发生单相故障后的后续换相失败抵御能力。     

一种基于级联延迟信号消去锁相环的高压直流输电同步触发控制

现有同步触发控制在交流故障下无法精确产生触发脉冲,这将增大逆变器发生后续换相失败的风险。为此,该文通过建立小信号模型对同步触发控制系统进行详细分析,提出一种改进同步触发控制方法。该方法采用级联延迟信号消去锁相环快速跟踪换相电压相位,并根据交流故障快速检测改进触发方式,使得实际触发角快速准确地跟随触发角指令,有利于高压直流控制系统的精准调节。最后,利用CIGREHVDC标准测试模型对改进同步触发控制进行测试。仿真测试结果表明,该改进同步触发控制能够有效降低逆变器发生后续换相失败的概率,显著提升高压直流输电系统在故障后的恢复性能。     

交流故障下高压直流输电系统同步触发控制性能分析及改进

高压直流控制系统通过同步触发控制实现对换流器的控制作用。文中分别从同步和触发2个环节对2种具有代表意义的同步触发控制原理进行详细介绍,其中一种的特色是在同步环节采用环前滤波器进行谐波滤除和不平衡处理,触发环节为等间隔触发,以SIEMENS同步触发控制为代表;另外一种的特色是在触发环节含有辅助触发控制和触发角限制,同步环节无环前滤波器,以ABB同步触发控制为代表。然后,对2种同步触发控制在交流故障下的性能进行分析和对比,并将2种同步触发控制的特点进行结合,提出了改进型同步触发控制,建立了其小信号模型。最后,进行了阶跃响应仿真对比和交流故障测试,仿真测试结果验证了改进系统抑制后续换相失败的能力更强,同时验证了改进方向的正确性。