PSCAD简单入门教程

PSCAD 使用说明

1.PSCAD安装

PSCAD / EMTDC常见4.0.2 ctacked版本或4.2版本，这个版本PSCAD被封装成一个ISO文档，如图1-1，可用虚拟光驱或winrar打开。下面使用winrar将其解包。

图1-1PSCAD封包形式

在系统安装了winrar3.2以上版本后，可以直接双击这个iso文档，然后点击“解压到”图标，如图1-2，就可以对其进行解包。

如图1-2 使用winrar解PSCAD的封包

解压后可以得到三个文件夹，如下图1-3所示：

图1-3

PSCAD须按以下步骤安装，否则，装好后可能不运行。另外，操作系统最好使用WinXP专业版，曾在WinXP Home版本上出现过不明原因的PSCAD不能运行情况。

安装步骤：

（1）首先，运行PSCAD 4.0目录下的Setup.exe，一路按OK或者NEXT在选择安装列表时选中“PSCAD(all Editions)”，如图1-4，不要选择License Manager和Real Time Playback (它需要硬件采集设备支持，否则只是评估版)这两项。使用附带的EGCS/GNU Fortran77编译器就选中“GNU Fortran Compiler”，如果要使用之前自行安装的Fortran90编译器就不要选这一项。

图1-4

2、当License Manger选择对话框出现时，如图1-5，选择“I will only be using Single-user/single-machine licenses.”或“professal”这一项，随后一路OK即可。

注意：选the Student Edition 版本，模型只允许15个结点。

如图1-5

3、前面的PSCAD 4.0以及EGCS/GNU Fortran77(如果选择了)全部安装完毕后，运行PSCAD 4.0 Patchfile 目录下的Setup.exe （安装PSCAD 4.0.2补丁）。

4、补丁安装完毕后将\ Crack目录下的PSCAD.exe复制到C: \ Program \ PSCAD401 \ bin \ win下，覆盖原主程序即可。安装完成后, 最好注销或者重启计算机一下，否则，仿真时PSCAD 4可能找不到Fortran编译器，不能够运行。

2．PSCAD界面简介

在重启计算机后，可以在开始>所有程序>PSCAD中看到两个版本的PSCAD。一个是Educational，一个是Professional，我们一般使用Professional版本进行仿真。点击Professional的图标，PSCAD启动，界面如下图2-1所示：

图2－1

点击右上角的“白纸”new图标，或者从File选项卡中选择，都能够建立一个新的仿真工程（Project ），如图2－2、2－3所示。

图2－2 直接点击new新建工程图2－3使用File选项卡新建工程

新建的仿真工程是没有名字的，系统默认为noname，可在这个工程上右击，选择Save as ，如图2－4，就可将其重新命名。命名最好用英文名称，因为PSCAD 有时对汉字名的工程不支持或不能运行。因此，本说明为这个新建仿真工程命名为test1。

图2－4 为新建工程取名

建立了test1工程后，就可在其中搭建电路模型了。PSCAD的工程显示窗口中可以同时显示多个工程，但是，只有一个工程处于激活状态，如下图2－5中test4所示（激活状态的图标为篮色，未激活工程图标为黑白色）。只有处于激活状态的工程模型才可以进行仿真，其他工程的模型即使按仿真运行的按钮也是不会动作。

图2－5 同时显示多个工程

工程的激活状态可以更改。例如，如果要将名为test2的工程激活，直接在test2的图标上鼠标右击，选择“set as active”就OK，如图2－6所示。

图2－6 切换不同工程的激活状态

在PACAD中，所有的元件放在master（Master Library）当中，鼠标左双击工程创空中的第一项：绿色的master，工程即可进入元件库，如图2－7所示。

图2－7 PSCAD元件库

选择元件：双击相应的元件类型，找到需要的元件后，在元件符号上左点击，元件变成闪烁状态，用键盘上Ctrl＋C或鼠标右击，选择copy，就将该元件复制，如图2－8所示。

图2－8 复制元件

然后，双击新工程图标，在该工程窗口空白处用键盘Ctrl＋V或右击选择Paste，就将刚选择的元件模型放置在工程中了。通常一边选元件，一边进行连接。要删除一个元件，鼠标左击，待其闪烁状态，按键盘上Delete键。

常用元件放在主界面右边，如图2－9所示，可直接点击快捷按钮来选择，方法：左点需要选择的元件，再在“工程”空白处鼠标左点一下。选中的元件按“R”或“L”键旋转。

图2－9 快捷栏中的常用元件

3．建立“工程”模型与仿真

（1）设置仿真时间和步长

新建的仿真工程，先应对“工程”的仿真时间、步长进行设置（也可在建好模型仿真开始前完成）。在“工程”模型窗口空白处鼠标右击，选择Project Setting，出现设置窗口，如图3－1所示，在这里可对本“工程”的仿真时间、计算步长、PSCAD绘图步长等进行设定。一般仿真时间“Duration of run ”设为0.3~ 0.5s，计算步长“EMTDC time step ( us ) ”设为0.1, 绘图步长“PSCAD plot step ( us ) ”设为10。如果计算步长大，则仿真进展快，但是，过电压变小（可能会漏掉峰值）！

图3－1 设置仿真时间、步长

（2）建立仿真模型

以交流电源串联R-L-C电路为例，先建立新工程，命名为：test1，从主界面右侧或库中选择需要的元件，放在工程上。点击该元件使其变为闪烁，按L或R

键，向左或右转90度，直到合适位置。再选择“导线”，点击导线，两端会出现小端点，用鼠标左压并拖动，可调节导线长度。调节方法：点击一段导线，它的两端就会出现两个绿色的方块，此时点住某个方块对导线进行拉长或者缩短，直到想要的长度。用适当长度的导线将各个元件按照原电路的拓扑结构连接起来。注意：导线与导线，或导线与元件的一端连接时，当两条导线或导线与元件接近时，会自动连接上；导线与导线交叉时，相互绝缘，如果要两导线在交叉点连接，需要从主界面右边常用元件中选择“Pin ”并放置在交叉点。

建立的仿真模型如下图3－2所示，其中E1为测对地电压的测量元件，E2为测“0.3电阻”的端电压，I1为测电流。

图3－2 工程中的元件、导线和电路模型

建立电路模型时应该注意：

（1）模型中的元件，特别是同类元件的名字绝对不得重复。

（2）模型图上若有任何无关的东西，例如：一条悬空线、点，或者参数设置不对，例如：负荷及其变压器的容量大于电源变压器的容量，则运行时

就会出错。

（3）电源回路必须有一点接地，否则，运行出错。如果要求不接地电源，可以增加一个MΩ级的大电阻。

（4）对大模型应采取“步步为营”的方法建立，即：先建电源与部分元件，试运行一下，通过了，再增加元件，否则，查找问题，直到试运行通过

了，才可以继续。

（3）设置元件参数

需要对所有元件的参数（包括元件名称－名称不可重复）进行设定，方法：双击元件符号，弹出对话窗口，修改其中参数，按“OK”退出。一些元件，例如：电源、变压器等，需要设置的参数较多，因此，对话窗口中含有多个副窗口，要

一一进行设置。

下面以电源为例，进行参数设置。双击电源符号，出现下图3－3窗口式的设置菜单：

图3－3 电源参数设置对话窗口

电源菜单第1页“Configuration”－配置，这是最基本的设置：

（1）电源名字，

（2）电源内部阻抗，可以选择电感、电容、串联的RLC，理想电源等，

（3）电源是否接地，

（4）专门参数：

“Behindt the Source impendance”在电源阻抗之后, －当仅仅

知道电势E和相位角 ，才选择该项。

“At the Terminal”(在终端) －如果稳态潮流的最终数据（电

压或有功、无功）已知，则选择该项。

（5）电源的输入方式：

内部的－电源的大小、频率由填入表中数据确定，而且为常数；

外部的－由其它方式确定。

（6）电源类型：选择AC / DC。

第2页“Signal Parameters”－信号参数，如图3－4，可以设置：

图3－4

（1）电源：电压源默认单位kV，电流源默认单位kA。DC为幅值；AC为有效值，AC电源按照正弦规律变化。

（2）上升时间：电源从0升到稳态值时间，设为0。注意：实际总有延时，约0.02秒。

（3）t = 0的初始相位角：以度我单位。

（4）电源的频率。

第3页“Resistance”－非理想电源的电阻参数设置，

第4页“Impedance R//R-L”－非理想电源的并联阻抗参数设置，

第5页“Resistance”－非理想电源的R-L-C串联阻抗参数设置，

第6页“Inductance”－非理想电源的电感参数设置，

第7页“Capacitance”－非理想电源的电容参数设置，

第8页“Resistance”－非理想电源的阻抗参数设置，

第9页“Monitoring”－监控（跟踪）参数，设置电源名称。

（4）设置输出量的观测与调节

电路模型的仿真输出可以是单相或三相的电压、电流瞬时值或有效值、功率、频率、相位差，等等，输出结果采用示波器方式给出。注意：测量元件、“数据标签”、“输出通道”、示波器必须配套使用，缺一个运行就出错。

首先，要在电路模型需要输出的位置上设置测量元件（常见的电压、电流测量元件可直接从主界面右边取，其它的从库中meters单元中取），例如：在图3－5中设置输出电压E1、E2和电流I1三个测量元件。输出信号传递通过主界面右边元件栏上的“数据标签”(从右边拦中选出Data Label )这个元件来实现，信号对应关系是通过信号名称来确定。选用三个“数据标签”元件并双击它，将其名称设定为与对应的电压、电流监测元件名称（E1、E2、I1）相同，然后，将“数据标签”用导线连接到“输出通道”( 从右边拦中选出Output Channel )上。使用示波器（从右边拦中选出Graph Frame ）观察波形，还须使用输出通道，可以双击“输出通道”，对其进行设定，特别是Title选项，最好设定为信号的名字，因为这个是要在示波器上显示的。连接好以后如下图3－5所示：

图3－5 设置测量元件、“输出通道”

三个输出信号，可用三个示波器进行显示，也可用一个示波器显示。点击主窗口右边的快捷栏的示波器，可拉出一个示波器显示框，在示波器上右击，选择“Add Analog Graph”，如图3－6所示，这就将示波器设置为一个模拟量示波器。

图3－6

示波器设为模拟示波器后，将需要显示的数据传递到示波器上，具体方法是，右击“输出通道”，在“Input / Output Reference”选项中选择“Add as Curve”，如下图3－7所示。

图3－7

在示波器的模拟显示框上右击鼠标，选择“Paste Curve”，如下图3－8所示，这就将这一个信号粘贴输出到了示波器上。按照同样方法，可在一个示波器上粘贴几个信号，则一个示波器就同时显示几个波形。

图3－8

设置示波器显示坐标，使得波形能够恰当显示。双击示波器左或右边空白处，设置纵坐标显示的最大最小值、每个坐标格的大小；双击示波器下方空白处，设置横坐标，如图3－9.1, .2,.3。

图3－9

纵坐标菜单：在“Preferences”中设屏幕背景色、网格、曲线标号等；“Title”

中设Y的名称、最大最小值、纵坐标间隔（Grid）大小。

横坐标菜单：在“Title”中设X名称、显示的最大最小值、横坐标间隔（Grid）大小。“Markers”中标记最大最小值，而且在图右边显示数值。

示波器上具有自动缩放功能，当仿真完成后，如果波形超出了示波器的显示范围，可在示波器空白处右击，选择zoom ，Rest All Extents，如图3－10，就会自动按照X轴、Y轴进行缩放到合适的显示波形

图3－10

（5）进行仿真

建好模型、设完参数、示波器、仿真时间和步长，才能进行仿真。注意：如果模型中存在任何不需要的元件、导线等，仿真不能够执行。当仿真执行时发生错误，有关信息以“小红旗”形式显示在主界面下方出错信息拦中，双击“小红旗”以标签方式指示到模型中的出错处，根据该信息可对模型进行修改。

仿真开始：点击主界面上方“绿色三角”按钮；如图3－11所示，中断仿真，点击“红色园点”按钮。

图3－11

仿真结果如下图3－12所示，注意：纵坐标单位为kV或kA，横坐标单位为秒s 。

图3－12

如果想调整一个示波器的大小，可以有鼠标点击示波器上方的“Advance Graph Frame”，此时示波器四周出现绿色方块，如图3－13，用鼠标按住绿色方块拖动，即可对示波器的大小进行调节。

图3－13

如果想对显示的波形进行X方向缩放，可将鼠标放置在下面所示的位置，此时鼠标光标将会变为双向箭头，如图3－14，就可以通过左右拖动对波形进行X 方向的缩放了。

图3－14

如果想在一个示波器当中对两个波形进行比较，可以将信号输出贴到一个示波器中，同时进行显示。例如，下面将E1、E2共同输出到同一个示波器中显示。在E1对应的输出通道中右击，在“Input/Output Refrernce”选项中选择“Add as Curve”，然后使用上面介绍的方法将其粘贴到示波器上，然后再将E2对应的输出通道右击，同样在“Input/Output Refrernce”选项中选择“Add as Curve”，此时在已经粘贴了E1信号的示波器的显示框中右击鼠标，选择“Paste Curve”，这样E2信号也就粘贴到了同一个示波器上了，如下图所示，E1信号和E2信号将用两种不同的颜色显示，此时再运行仿真程序，在这个示波器中就可以看到E1和E2对比的波形了，如下图3－15所示：

图3－15

要想读取示波器中曲线在某点的数值，可以用鼠标移到这个点上，如图3－16，等待一会，就会显示这个点的X－Y坐标，从而实现对数值的读取。

图3－16

在示波器显示框中，还可以点住鼠标左键，选择感兴趣的区域松开鼠标后，如图3－17，该区域自动放大，以便观察，则在一些高频信号的显示中比较实用。

图3－17 放大前后的波形

4. 开关/断路器

开关（断路器）从master库到Breakers单元中选取，库中有：单相、三相开关，三相开关有单线和三线连接方式，如下图4－1。对于小方块表示的开关，运行时红色（工程中称为高开关）实际为闭合，绿色（工程中称为低开关）为断开。

开关必须与一个Logic 模块配合使用，即：需将 “BRK ”和“BRK －Time Breaker Logic ”都复制到工程中去。

图4－1 开关模型库

在工程中双击开关图形，可以看到如图4－2所示的菜单式对话窗口：

图4－2

在图4－2中可设置：

“Breker Name ”: 设置开关的名称。

“Open possible if current flowing ”项中选择yes ，表示在任何时间可断开

的理想开关；选择no ，开关在电流过零时才关断。

“Use Pre-insertion Resistance ”－应用开关合闸插入电阻，一般选择N0。

“Graphics Display ”－开关符号显示形式：“Low V oltage ”显示线条式开

关，“High V oltage ” 显示方块式开关，闭合时方块式为红色，打开

为绿色。

PSCAD 中开关不是真正的理想开关，打开时开关的电阻应设置810≥Ω以上，

闭合时开关的电阻应设置Ωm Ω以下，如图4－3所示：

图4－3

在同一个模型中，可以使用多个开关，这些开关由不同的开关控制逻辑单元进行控制，为了实现控制，需要将开关设置为不同的名字，同时，控制逻辑的名字也要与开关一一对应，如果对应不正确，则仿真就会出错，如下图4－4所示：

图4－4

Logic模块的作用是按照设定的时间控制开关动作。在模型中点击Logic模块，就能够对开关动作时间进行设置，如下图4－5所示：

图4－5 开关逻辑控制单元设置

开关可以设置动作一次或两次，上图表示：BRK动作次数2次，t = 0时初始状态为close，t = 0.1s时刻，执行打开动作，t = 0.15s 时刻，再次执行闭合动作。一般情况，开关动作时间最好不要设置到大于整个模型仿真的时间以外。

在图4－6所示仿真结果中，波形显示了二阶电路突然断开和接入正弦交流电

源时观测的电压电流振荡波形。

图4－6 仿真结果

注 意：如果要开断电流源，必须要保持电流源自己的回路，因为电流源永远有

电流流出，图4－7就断不开；给电流源并联一个数十k 的大电阻（电阻

值应不影响开关闭合后的电流大小），如图4－7才能够断开。 N BRK N

BRK

R

图4－7 图4－8

5．架空线路 / 分布参数线路

（1）架空线（分布参数线路）模型

从master 库到More on Transmission Lines 单元中选取Tline 模型，注意：一条

线必须同时选用三个元件：2个外部连接的端口、1个线路内部连接件，如下图5-1所示：

(a) PSCAD 4.02 版(b) PCSAD 4.2版

图5－1

在图5-1中，上图部分为架空线路（分布线路）与其它元件连接的外部连接端口，点击后出现下图5－2菜单，可设置：线路名称（每条线路的名称不得相同！），线路的导线数（可改成单相、多相线路，对单相选为1），模型图显示导线数（对单相选为single line ）。

对单相线路可以不用这两个外部连接的端口元件。

图5－2

在图5－1中，下图部分为线路内部的连接件：T形（PSCAD 4.02 版）/ “双端箭头”形（PSCAD 4.2 版）或连线形，是设置线路参数的关键。点击后出现下图5－3菜单：