学习PSCAD-(中文)

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PSCAD简明使用手册

Chapter 1: EMTDC/PSCAD简介 2

1.1 功能 2

1.2 技术背景 2

1.3 主要的研究范围 3

1.4 目前应用情况 4

1.5 各版本限制4

1.6 目前最新版本：PSCAD 第四版 5

Chapter 2: 安装及License设置 6

2.1 安装 6

2.2 License设置8

Chapter 3: PSCAD工作环境12

3.1 术语和定义12

3.1.1 元件 12

3.1.2 模块 13

3.1.3 工程 13

3.2 各工作区介绍14

3.2.1 工作空间窗口14

3.2.2 输出窗口18

3.2.3 设计编辑器20

3.3 工作区设置21

3.4 在线帮助系统22

Chapter 4: 基本操作24

4.1 工程24

4.2 元件和模块28

4.2.1 元件 28

4.2.2 模块 31

4.3 常用工具栏及快捷键31

4.3.1常用工具栏31

4.3.2快捷键34 Chapter 5: 在线绘图和控制36

5.1 控制或显示数据的获取36

5.2 图形框37

5.3 图、曲线及轨迹39

5.4 在线控制器及仪表 42

5.5 几种特殊表计44

5.5.1 XY绘图44

5.5.2多测计46

5.5.3相量计47

参考文献50

Chapter 1: EMTDC/PSCAD简介

Dennis Woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了EMTDC 的初版，是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件， PSCAD是其用户界面，PSCAD的开发成功，使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端。可模拟任意大小的交直流系统。操作环境为：UNIX OS, Windows95, 98,NT等；Fortran 编辑器；浏览器和TCP/IP协议。

1.1 功能

?可以发现系统中断路器操作、故障及雷击时出现的过电压

? 可对包含复杂非线性元件（如直流输电设备）的大型电力系统进行全三相的精确模拟，其输入、输出界面非常直观、方便

? 进行电力系统时域或频域计算仿真

? 电力系统谐波分析及电力电子领域的仿真计算

? 实现高压直流输电、FACTS控制器的设计

1.2 技术背景

程序EMTDC（Electro Magnetic Transient in DC System）是目前世界上被广泛使用的一种电力系统仿真分析软件，它即可以研究交直流电力系统问题，又能完成电力电子仿真及其非线性控制的多功能（Versatile Tool）工具。PSCAD （Power System Computer Aided Design）是EMTDC的前处理程序，用户在面板上可以构造电气连接图，输入各元件的参数值，运行时则通过FORTRAN编译器进行编译、连接，运行的结果可以随着程序运行的进度在PLOT中实时生成曲线，以检验运算结果是否合理，并能与MATLAB接口。EMTDC/PSCAD主要功能是进行电力系统时域和频域计算仿真，典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时，电参数随时间变化的规律；另外EMTDC/PSCAD还可以广泛的应用于高压直流输电、FACTS控制器的设计、电力系统谐波分析及其电力电子仿真。软件

还可以作为实时数字仿真器（Real Time Digital Simulator，RTDS）的前置端(Front End)。此外，EMTDC/PSCAD还具有强大的自定义功能，用户可以根据自己的需要创建具有特定功能的装置。实时回放系统（RTP）是基于EMTDC/PSCAD 软件的测试系统，它可以结合EMTDC/PSCAD计算产生的结果（信号）来测试继电保护系统、控制系统及监控系统。

1.3 主要的研究范围

PSCAD/EMTDC在时间域描述和求解完整的电力系统及其控制的微分方程(包括电磁和机电两个系统)。这一类的模拟工具不同于潮流和暂态视定的模拟工具。后者是用稳态解去描述电路(即电磁过程)。但是在解电机的机械动态(即转动惯量)微分方程。PSCAD/EMTDC的结果是作为时间的即时值被求解。但通过内置的转换器和测量功能(象实有效值表计，或者快速傅里叶变换频谱分析等)。这些结果能被转换为矢量的幅值和相角。

实际系统的测量能够通过很多途径来完成。由于潮流和稳定的程序是通过稳定方程来代表，它们只能基频段幅值和相位。因此PSCAD的模拟结果能够产生电力系统所有频率的相应，限制仅在于用户自己选择的时间步长。这种时间步长可以在毫秒到秒之间变化。

典型的研究包括：

?研究电力系统中由于故障或开关操作引起的过电压。它也能模拟变压器的非线性(即饱和)这一决定性因素。

?多运行工具(Multiple run facilities)经常用来进行数以百计的模拟从而在下列不同情况下发生故障时最坏的情况。故障发生在波形的不同位置，故障的类型不同，故障点不同。

?在电力系统中找出由于雷击发生的过电压。这种模拟必须用非常小的时间步长来进行。(毫微秒级)

?研究电力系统由于SVC，高压直流接入，STATCOM，机械驱动(事实上任何电力电子装置)所引起的谐波。这里需要详细的可控硅，GTO，IGBT，二极管等的模型以及相关的控制系统模型(模拟量的和数字量的二种类型)。

?对给定的扰动，找出避雷中最大能量。

?调整和设计控制系统以达到最好的性能；多重运行工具常被用来同时自动调整增益和时间常数。

?当一个大型涡轮发电机系统与串联补偿的线路或电力电子设备互相作用时，研究次同步谐振的影响。

? STATCOM或电压源转换器的建模，(以及它们相关控制的详细建模)。

?研究SVC HVDC和其它非线性设备之间的相互作用；

?研究在谐波谐振，控制，交互作用等引起的不稳定性；

?研究柴油机和风力发电机对电力网的冲击影响；

?绝缘配合；

?各种类型可变速装置的研究，包括双向离子变频器，运输和船舶装置；

?工业系统的研究，包括补偿控制，驱动，电炉，滤波器等；

?对孤立负荷的供电；

1.4 目前应用情况

现在新版的EMTDC/PSCAD不但有工作站版（Workstation），而且有微机版（PC 版）,其大规模的计算容量、完整而准确的元件模型库、稳定高效率的计算内核、友好的界面和良好的开放性等特点，已经被世界各国的科研机构、大学和电气工程师所广泛采用。我国清华大学、浙江大学、中国电力科学研究院和南京自动化研究所等都相继引进了EMTDC/PSCAD、RTP和RTDS。

MATLAB虽然使用很方便，但所得出的仿真结论在行业内的认可程度很低。而EMTDC/PSCAD因拥有完整全面的元件库，稳定的计算流程，友好的图形界面，使它在全世界得到了广泛的应用。在我国国内，电磁暂态程序中用的最多的也是PSCAD。

1.5 各版本限制

表1.1版本

1.6 目前最新版本：PSCAD 第四版

强有力和动态的控制

卓越的绘图功能

最新的与WINDOWS 匹配的界面

更佳仿真性能

强有力的视觉工具延展

数据输入和输出工具

MATLAB/SIMULINK 界面

灵活的用户自定义部件数据库

新模型（风力发电，新电机，保护继电器元件等）

Chapter 2: 安装及License设置

2.1 安装

对于现在的电脑配置来讲，基本都可以安装PSCAD4.2.0版本，本文介绍PSCAD4.2.0的一种安装方式。把光盘放入光驱后，安装过程中将依次出现以下关键提示对话框，图2.1-2.7。特别对于图2.2，默认选项为第一个，选择前三个基本可满足仿真需求；对于图2.7，保持默认选项No - don’t install/update any licences。其他只需点确定、下一步，安装完成后再考虑其License设置，将在下一节介绍。

图2.1

图2.2

图2.3

图2.4

图2.5

图2.6

图2.7

2.2 License设置

安装完成后，插入硬件锁（Hardware Locks），可以是并口、串口或USB接口，视用户所购买版本不同而不同。双击，第一次打开软件，将会出现如下提示，图2.8，既没有取得有效认证，软件将会运行在功能受限的student版本下（参见第一章）。

图2.8

拥有License的用户，通过如下操作可升级到相应版本，如Educational、

Professional, 其功能相应增加。下面就以Educational版本为例介绍：点击OK按钮，进入软件界面，可以看到左上方标题栏显示为。

图2.9

在主菜单中依次选择Edit/Workspace Setting，选择License标签，如下图2.10所示：

图2.10

对于单用户License，点击，找到License所在位置，载入：

图2.11

点击右侧按钮，如果认证成功，将出现如下提示：

图2.12

点击OK，并在下图下拉菜单中选择Educational，点击按钮。

图2.13

激活成功将出现如下提示：

图2.14

确定之后，标题栏将变为

至此，用户将成功地把Student版本升级为Educational版本，License设置结束。

Chapter 3: PSCAD工作环境

本章简要介绍了PSCAD的工作环境，包括用户界面的组成，各工作区域的具体分工，Workspace和Projects设置，并介绍了其功能全面的在线帮助系统。

标题栏主菜单

主工具栏工作空间窗

输出窗

图3.1

3.1 术语和定义

为了让用户更好的理解本手册内容，特别对本手册中所使用的术语及定义作简要介绍。

3.1.1 元件

元件通常代表一个器件模型，有时以框图形式出现，是PSCAD中电路的基本组成部分。其应用范围比较广泛，通常都有特定的功能，也可以电气、控制、文件或简单的装饰形式出现。

图3.2单相变压器元件模型

元件通常包含输入和输出端口，用以连接形成较大的系统。元件模型的参数，如变量和常量，可以双击打开其属性框，通过手动输入。

定义（Definitions）

定义是一个元件的蓝图，可以通过设计编辑器定义其所有参数。一个定义可以包含其图形外观、连接点、输入对话框和模型代码。

元件定义并不是图形实体，而是存储在库工程中。存储在库公正中的定义可以在任意工程中生成实例，而案例工程中的定义只限于此工程，不能用于其他工程。

实例（Instances）

元件实例是元件定义的图形“拷贝”，即通常所看到及应用在工程中的实体。准确来讲它不单是拷贝，因为在一个多元件系统中，同一元件定义可以在一个案例工程中生成多个实例，每一个实例都有自己的实体，而且可以设定不同的参数，甚至是不同于其他实例的图形外观。

3.1.2 模块

模块是一种特殊形式的元件，它由基本元件组合而成，而且可以包含其他模块，从而可以形成分层系统结构。其运行方式相当于普通的元件，除非其不允许参数输入。

3.1.3 工程

工程文件可以包含一个特定仿真的所有信息（输出文件除外），把其放在一个文件中。比如元件定义，在线绘图机控制和系统自身的图形结构。PSCAD中包含两种工程文件：库（Library）和案例（Case）。

用户的大部分工作是在case中完成的，它除了不能完成库的功能外，可以进行编译，建立和运行。仿真结果可以通过在线检测表和绘图工具直接在case

中观察。其文件扩展名为“.psc”。

库主要用于存储元件定义及可视元件实例。库文件首先在如之后，其元件定义的实例可用于任意case工程。扩展名为“.psl”。

3.2 各工作区介绍

3.2.1 工作空间窗口

工作空间窗口不仅仅显示当前所有载入工程，而且给出其数据文档、信号、控制、传输线和电缆、显示器件等等，并可以对其进行拖拽操作。注意：PSCAD 库是第一个载入的工程，而且不能被卸载。工作空间窗口分为四个表格式的部分：Projects，Runtime，T-Line/Cables，Files。如下图所示：

图3.3

Projects：当载入工程时，就会在Projects中显示其工程名及其描述。可同时载入多个工程，将按照载入顺序排列。

当载入多个工程时，可凭借如下图标来区分各工程当前所处的状态：库工程（Library Project）

未激活案例工程（Inactive Case Projects）

激活案例工程（Active Case Projects）

Projects部分主要用于工程间的切换及浏览工程内部，包括直接访问其模块和定义。例如，只要双击列表中的模块，就会直接进入模块的电路页面，双击元件定义则会进入元件编辑页面，双击工程则会进入主页面。

前面提到，每一个在Projects Section中列出的工程包含其所有的定义，以及模块层次，组成标准的树状结构，如下图所示：

图3.4

主页面包含了一个工程中所有的模块实例，有助于了解其工程结构，如下图所示，工程example01的主页面中包含Load、Active、Graph、PF四个模块，而模块Active又包含了一个模块Ctrl，这些模块组成了工程的基本层次结构。

图3.5

定义分支（Definitions）包含了工程中元件的定义，而存储于库中的元件定义不在此列。下图为上例中定义分支：

图3.6

Runtime：树形结构，包含和运行相关的详细信息，比如输出通道、控制、图形等等，可以双击名称进入相应界面。注意：只显示当前激活的工程信息。

鼠标右键单击Runtime界面中工程名，弹出菜单如图3.7所示：

图3.7

有三种查看模式：Modules、Groups、Radio Links。

1）Modules：以模块结构显示所有运行对象，如图3.8所示：

图3.8

2）Groups：以组的形式显示所有运行对象，如图3.9所示：

图3.9

3）Radio Links：显示所有无线连接元件，此元件相当于信号传输工具，将

在3.2.4节中详细介绍。如图3.10所示：

图3.10

注：TLines/Cables和Files不常用，暂不介绍。

3.2.2 输出窗口

输出窗口可以方便的查看仿真反馈和故障解决信息，包括所有由元件、PSCAD 或EMTDC引起的错误及警告信息。再细分为Build和Runtime信息：Build栏显示主要的原件及PSCAD中的错误及警告信息，包括工程的编译、Fortran、数据、图形文件等等；Runtime栏主要提供仿真运行时的错误和警告信息，即来自EMTDC 算法。

另外还有一栏Search，可显示工程搜索结果。

错误和警告（Errors and Warnings）可通过如下图标进行区分：OK

Errors

Warnings

出现警告时，并不会对仿真造成根本性的影响，仍可仿真，但可能影响仿真结果。但出现错误时，仿真将会停止。可右键点击Point to Message source 定位信息。