I
V VDCOL
图 2 整流侧定电流控制
Constant current control of rectifier
Iorder
Rcomp
Vset _ Σ+Vorder
图 3 逆变侧定电压控制 Fig. 3 Constant voltage control of inverter
图 2、图 3 中， Pset、Iset、Vset 分别为功率、电 流、电压设定值， Iset＝Pset /Vset ； ∆P 、Vorder、Iorder 分别为直流功率调制信号、电压整定值、电流整 定值； Vdcm 为直流线路上维持电压恒定点处的直 流电压； Rcomp 为电压恒定点到逆变侧之间的线路 电阻，一般为直流线路电阻 Rdc （维持整流侧电压 恒定）。其余变量的说明如下：
黄 莹，徐 政，贺 辉
（浙江大学电机系，浙江省 杭州市 310027）
HVDC MODELS OF PSS/E AND THEIR APPLICABILITY IN SIMULATIONS
HUANG Ying，XU Zheng，HE Hui （Dept. of Electrical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，Zhejiang Province，China）
（1）CDC4 直流模型正常运行时的控制方式 整流侧采用定电流控制，逆变侧采用定电压控
制，逆变侧也可采用定熄弧角控制。整流侧定电流
控制如图 2 所示，逆变侧定电压控制如图 3 所示。
Iset
Pset Vdcm
MDC
∆P Vdcm
+
+Σ
Vorder 桥和线路 取小 Iorder 仿真逻辑
Fig. 2
Vdcm
路或直流网络模型、直流系统控制模型[2,3]。直流
模型的详细程度取决于研究目的和实际的直流系
统，对换流器采用准稳态模型。PSS/E 模型库中的 直流模型按照是否考虑换流器高速控制及直流线
路电感动态特性（即直流线路暂态过程），可以
归纳为以下两种类型：①不考虑直流线路动态特
性的直流模型；②考虑直流线路动态特性的直流
Sin,0
_ Sin + Σ
最大限值 最小限值
Ks 1 + sT1
A + sT1 1 + sT3
B + sT4 1 + sT5
s 2 + sC + D s 2 + sE + F
最大限值 最小限值
直流辅助 调制信号
图 4 直流调制信号模型 HVDCAU Fig. 4 DC line auxiliary signal model HVDCAU
第 28 卷 第 5 期
电网技术
27
CDC4 中的 VDCOL 的电压–电流特性如图 5 所示。图中，IC0 为正常运行最小电流，IRSCUR 为闭 锁后重启最小直流电流。
Idc/A
(V3,IC3)
VDCOL (V2,IC2)
正常运行允许范围
(V1,IC1) IC0
重启动范围
IRSCUR
0
Udc/kV
3）低压限流环节 VDCOL 当一侧换流器电压降低超过一定幅度（如超
过 30%）时，另一侧换流器对无功功率的需求就 会增加，而交流电压的降低又减少了电容器和滤
波器的无功功率供给，这样就对交流系统恢复带
来不利影响；同时低电压下更容易发生换相失败
和电压不稳定。因此，采用低压限流环节
（Voltage-Dependent Current-Order Limit，VDCOL） 来减小低电压时的直流电流。
2 PSS/E 动态仿真基本原理简介
PSS/E 程序的动态仿真就是通常所指的机电暂 态仿真，它没有电磁暂态仿真的功能，动态仿真 缺省计算步长为 0.01s（系统频率为 50Hz），2002 年推出的 PSS/E 第 28 版中已包含了多种直流输电 系统模型，最大仿真规模达到 50000 条母线、12000 台发电机、50 条两端直流输电线路和 20 条多端直 流输电线路，因此 PSS/E 适合于全国联网后的暂 态稳定性分析。
PSS/E 主程序
模型连接子程SS/E 动态仿真基本流程 Fig. 1 Basic program structure of PSS/E
dynamic simulation
3 PSS/E 的直流模型
3.1 PSS/E 直流模型分类 直流系统模型包括换流器模型、直流输电线
ABSTRACT: The basic principle of dynamic simulation by power system simulation software PSS/E is presented in brief. The HVDC models in PSS/E can be divided into two kinds, in one kind the inductive transient processes in DC transmission line and the dynamic characteristics of the high frequency DC controller are considered, and in the other kind the above mentioned processes and characteristics are not considered. The effectiveness and adaptability of these DC models are analyzed. Finally, the pseudo steady-state HVDC dynamic model CDC4 is studied in detail and is used to simulate the testing system. The simulation results show that the DC model of PSS/E can meet the need of the simulation of large scale AC/DC power systems, so it is available to apply PSS/E to the transient stability analysis of practical large scale AD/DC power system.
KEY WORDS: PSS/E；HVDC model；Pseudo steady-state HVDC dynamic model；HVDC dynamic characteristics；Power system
摘要：简要介绍了电力系统仿真软件（PSS/E）动态仿真 的基本原理。PSS/E 中的直流模型可以分为两类：一类考 虑直流线路电感暂态过程和高频控制器动态特性，另一类 不考虑以上动态特性。文章分析了这些直流模型的有效性 和适用性，并通过准稳态直流动态模型 CDC4 进行了仿真 研究，仿真结果表明 PSS/E 直流模型能够满足大规模交/ 直流系统仿真的要求。
PSS/E 采用最新的计算机技术和数值计算方 法，提供与电力系统技术发展同步的元件模型， 如传统和新型高压直流（HVDC）模型、灵活交流 输电系统（FACTS）模型等，并提供用户可自定 义的模型和用户可编程的计算过程等功能[1]。与同 类软件相比，PSS/E 有如下几个特点：①输入数据 方式及与其他程序数据文件共享的方便性；②程 序缺省模型包括发电机模型、励磁系统模型、调 速器模型、HVDC 模型、FACTS 模型、负荷模型 等的完整性；③用户自定义模型功能和程序接口 功能；④用户自定义计算顺序与用户自定义计算 功能；⑤分析计算功能的多样性；⑥计算方法的 透明性与文档的完整性；⑦国际交流的方便性。
（Pseudo Steady-State HVDC Dynamic Model）[4]使 用与潮流计算相似的稳态换流器方程来计算有功
和无功功率，但变压器抽头保持不变。这类模型
也可归类为响应模型（Response Model、Functional Model、Performance Model）[5,6]。
图 5 直流换流器低电压电流限制
Fig. 5 Voltage-dependent current-order limit for DC converters
（2）CDC4 故障运行时直流的闭锁和旁通 1）闭锁 整流侧交流电压低于设定的闭锁电压时整流 侧和逆变侧都闭锁。整流侧保持闭锁不少于规定 的闭锁时间后，当整流侧交流电压高于设定的闭 锁解除电压时重新启动。 2）旁通 采用旁通来模拟换相失败，当逆变侧直流电压 低于设定的旁通电压时，逆变侧旁通，整流侧继续 保持设定的直流电流。逆变侧保持旁通不少于规定 的旁通时间后，当逆变侧交流电压高于设定的旁通 解除电压时逆变侧重新建立起直流电压。 3）重启动 闭锁或旁通发生后直流重新启动，直流电压、 电流设定值按照一定的限制速度上升，同时 VDCOL 环节还限制整流侧和逆变侧电流设定值。 3.3 考虑直流动态特性的直流模型 PSS/E 中的直流模型（如 CASEA1、CDCRL、 CDCAB1）采用比交流系统小的仿真步长来模拟 高频控制和直流线路的电感动态特性。 CDCAB1 直流模型如图 6 所示，包括换流器、 换流变压器、直流线路和 HVDC 控制系统。换流 器采用准稳态模型。控制系统具有直流系统的一 般控制：主控制（Master Control，MC）、电流控 制放大器（Current Control Amplifier，CCA）、触 发角控制（Converter Firing Control，CFC）、最大 触发角部分（逆变侧 Alpha-Max Segment，αmax ）、 电压控制（逆变侧 Voltage Control，VC），还包括