在进行电力系统仿真建模时,静止无功补偿器(SVC)是一种重要的柔性交流输电(FACTS)设备。SVC能够改善电能质量,例如治理谐波、提高功率因数、抑制电压波动和闪变等。当设计大型SVC系统时,往往需要根据实际工程的交流系统和负荷情况,通过系统仿真来校核设计方案的有效性。SVC控制系统是其核心部件,仿真模型的准确性直接影响到SVC系统补偿性能和动态响应特性的验证效果。
PSCAD(Power System Computer Aided Design)与EMTDC(Electromagnetic Transients including DC)是一套强大的电力系统电磁暂态仿真软件。PSCAD提供了丰富的电力电子元件模型,适用于高压直流输电和FACTS系统仿真。然而,PSCAD自带的控制元件相对单一且参数设置不灵活,不能完全满足SVC控制系统建模的需要。
MATLAB是美国MathWorks公司推出的商业数学软件,包括MATLAB和Simulink两大模块。它具有强大的数据处理能力,并内含多种功能函数和元件库,广泛应用于控制算法的仿真研究。MATLAB/Simulink可以与PSCAD/EMTDC的仿真模型进行接口,允许用户开发基于MATLAB/Simulink的自定义模型,并通过接口元件将它们与PSCAD/EMTDC模型进行连接,从而使得仿真过程更加灵活方便,并可充分发挥两种仿真软件的优势。
本文提出了基于MATLAB/Simulink与PSCAD/EMTDC接口元件的一种应用PSCAD/EMTDC与MATLAB联合仿真技术搭建详细SVC控制系统仿真模型的方法。在控制系统模型中,电/无功功率调节器模型采用了实际SVC控制装置的算法。仿真数据与实际SVC控制装置动模试验录波文件的比较结果表明,控制模型的补偿特性和动态响应性能与实际装置基本一致,这证明了仿真建模方法的可行性和仿真模型的正确性。
EMTDC是PSCAD/EMTDC仿真软件的计算核心,其主程序基于Fortran语言开发,由系统动态程序模块(System Dynamics)和电力网络求解模块(Network Solution)组成。System Dynamics包括数字仿真动态子程序(DSDYN)和数字仿真输出子程序(DSOUT)。DSDYN用于添加控制动态代码,而DSOUT输出经过Network Solution模块计算后的变量。EMTDC具有良好的开放性,可以与Fortran、C和MATLAB三种语言编写的代码或程序进行接口。
用户将自定义代码添加至EMTDC有两种方法。第一种是直接嵌入法,在自定义元件的PSCAD脚本定义中编写元件功能的Fortran代码,将用户代码作为DSDYN或DSOUT子程序的一部分直接嵌入至EMTDC主程序中。第二种是间接调用法,在自定义元件的PSCAD脚本定义中添加对外部子程序的调用声明,由DSDYN或DSOUT子程序对其进行调用。自定义元件的核心功能在外部子程序中实现。
PSCAD/EMTDC与MATLAB联合仿真技术的应用,不仅提高了SVC控制系统建模的灵活性和准确性,而且还拓展了仿真软件的功能,使得模型更加贴近实际装置,有助于在设计阶段校核SVC系统的有效性,为电力系统的稳定运行提供了重要的仿真工具和技术支持。