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1 PSCAD/EMTDC 实验指导教程实验指导教程 （试用版）（试用版） 西南交通大学电气工程学院西南交通大学电气工程学院 电力系统仿真实验室电力系统仿真实验室 二二 OO 七年九月七年九月 2 第一章第一章 PSCAD/EMTDC 软件软件介绍介绍 1.1 1.1 概述概述 PSCAD/EMTDC 是加拿大马尼托巴高压直流研究中心出品的一款电力系统电磁暂态仿 真 软件 ，PSCAD （Power Systems Computer Aided Design ）是 用户界面 ，EMTDC （Electromagnetic Transients including DC）是内部程序 EMTDC 最初代表直流暂态，是一套基于软件的电磁暂态模拟程序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，编写这个程序的原因 是因为当时现存的研究工具不能够满足曼尼托巴电力局对尼尔逊河高压直流工程进行强有 力和灵活的研究的要求 自此之后程序被不断开发， 至今已被广泛地应用在电力系统许多类 型的模拟研究，其中包括交流研究，雷电过电压和电力电子学研究。

EMTDC 开始时在大型 计算机上使用然后在 1986 年被移植到 Unix 系统和以后的 PC 机上 PSCAD 代表电力系统计算机辅助设计，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PSCAD V1 1988 年首先在阿波罗 工作站上使用，然后大约在 1995 年 PSCAD V2 开始应用PSCAD V3 以 PC Windows 作为 平台，在 1999 年面世目前最新版本的是 PSCAD V4.2.1 用户可以通过调用随 EMTDC 主程序一起提供的库程序模块或利用用户自己开发的元 部件模型有效地组装任何可以想象出的电力系统模型和结构 EMTDC 的威力之一是可以较 为简单地模拟复杂电力系统, 包括直流输电系统和其相关的控制系统 采用 PSCAD/EMTDC 进行的典型模拟研究包括：  一般的交流电力系统电磁暂态研究  直流输电结构和控制  FACTS(灵活交流输电系统)元部件模型  由于故障、断路器操作或雷电冲击引起的电力系统的过电压研究  绝缘配合研究  谐波相互影响研究  静止补偿器研究  非线性控制系统研究  变压器饱和研究, 如铁磁振荡和铁芯饱和不稳定性研究  同步发电机和感应电动机的扭矩效应和自励磁研究  陡前波分析  研究当一台多轴系发电机与串补线路或电力电子设备相互作用时的次同步谐振现象  向孤立负荷送电 电力系统数字仿真实验室使用 PSCAD/EMTDC 主要进行一般的交流电力系统电磁暂态 研究， 进行简单和复杂电力系统的故障建模及故障仿真， 分析电力系统故障电磁暂态过程。

3 1.2 1.2 PSCAD/EMTDC 软件软件的的使用使用 1.2.1 1.2.1 PSCAD/EMTDC 基本操作方法基本操作方法 1.1. PSCAD/EMTDC 主界面主界面 PSCAD/EMTDC 主界面如图 1-1 所示 图图 1 1- -1 1 PSCAD/EMTDC 主界面主界面 菜单栏：菜单栏：包括文件、编辑、视图、编译、窗口、帮助选项 工具栏：工具栏：基本工具，如保存、打印、撤销、缩放、连线、创建新元件等 编译运行按钮：编译运行按钮：包括编译、连接、运行 主元件库：主元件库：Master Library 库，包含大量常用的元件模型，启动 PSCAD/EMTDC 软件时会自 动加载这个库，从库中选择元件进行建模 项目窗口：项目窗口：包含所有加载进来的库和例子可以同时加入多个项目，但一个时刻只能有一个 项目处于活动状态（即显示蓝色，可以编译） 在项目名称上点右键，在列出的菜单条中选 择 Set as Active 可将项目设为活动状态 4 状态栏：状态栏：显示当前例子状态在编译运行时会显示进度，完成后显示 Ready 项目窗口切换：项目窗口切换：在例子、记录信息和文件之间切换，一般不用。

消息窗口：消息窗口：显示例子的编译运行信息，没有错误显示为绿色，有错误以红色显示，双击红色 消息则在工作区指示出错误地方 工作工作区区窗口切换：窗口切换：使工作区在电气连接图、模块结构图、参数、编程代码等显示界面切换 主主工作区：工作区：在此绘制电力系统电气连接图，可以绘制成多层 元件库栏：元件库栏：包含一些常用的基本元件，这些元件主库里面都有，放在这儿只是方便使用，直 接点击即可选中到工作区 2 2. .主元件库（主元件库（Master Library）） 主元件库如图 1-2 所示，在 Main 下双击名称，工作区则显示库中包含的元件，复制到 项目工作区即可每个元件库对应的元件模型见图下 图图 1 1- -2 2 Master LibraryMaster Library 库库 Passive：：电阻、电感、电容，三相负荷以及 RLC 组成的无源滤波支路 Sources：：单相和三相电压源、电流源、多相谐波源 Meters：：测量元件库，电压电流及功率测量仪表 I/O_Devices：：输出通道、波形显示及各种输入输出控制开关等 Transformers：：单相或三相(耦合或理想)变压器(双绕组和三绕组)。

Breakers_Faults：：单相或三相逻辑控制断路器和故障模型 5 Tlines：：输电线的分布参数模型 Cables：：电缆模型 PI_sections：：输电线的∏型等值线路 Machines：：各种电机，包括汽轮机、水轮机等 HVDC_FACTS_PE：：高压直流输电和灵活交流输电模型库 CSMF：：各种控制模块和计算模块 Miscellaneous：：杂项，包括数据标签、多维信号输入、信号分离等 Logical：：逻辑电路库，包含常见的逻辑控制单元 Sequencer：：信号或命令发生器 Protection：：继电器和继电保护单元 Imports_Exports_Labels：：输入输出标签 Data_Recorders-Readers：：其它运行信息或记录的波形可以通过此输入到当前例中 3 3. .元件库栏元件库栏 元件库栏中是简单的元件模型，如图 1-3 所示，图中标出了较常用的元件模型 图图 1 1- -3 3 元件库栏元件库栏 6 连接线是连接同一节点处的元件， 不能作输电线； 电流表两端接入电路中， 测量相电流； 线电压表接于两相之间；相电压表接在一相上；功率表两端接入电路中；输电线路有架空线 和电缆； 接口作为输电线的终止端点连接输电线和其他元件； 提取信号是从元件引脚接出信 号或将一个多维信号一个一个分离出来； 聚合是将多维信号接在一个引脚上； 信号标签给信 号命名； 整常数和实数用于给变量或引脚赋值； 输出通道是将所有需要输出或显示的量都要 通过此接出；控制开关包括滑动触头(slider)、开关(switch)、按钮(button)及调节控制盘 (dial),运行中可以控制参数值；图表框显示波形图。

4 4. . 新建元件新建元件 库中没有的元件或模块需要自己创建， 新建元件或模块的步骤如下： 点工具栏中的 （New compenent）图标，出现如图 1-4 对话框 ： 图图 1 1- -4 4 模块模块结构设置结构设置 定义的模块名显示在例子下的 definition 中，必须要填，工作区显示的名称相当于元件 的标题， 两个名称最好一样， 以便对应； 输入输出引脚是模块上下左右伸出的连接线数； Page Module 选上是用电气网络图设计，所建的模块双击可直接进入下一层绘制电气连接图，这 主要用于设计复杂系统时若一层工作区不好画或画不完， 则将系统按节点分为几个模块， 先 建立模块， 双击每个模块在下一层画相应节点图， 然后将模块连接起来； 不选是用语言编写， 不能双击打开，要点右键选 Edit definition，然后在工作区窗口切换栏中选 scrip，出现编程 界面，用 C 语言或 FORTRAN 语言编程，这主要用于创建一个有某种具体功能的元件设 7 置好后点“下一步”出现如图 1-5 界面 图图 1 1- -5 5 模块模块引脚引脚定义定义 图 1-5 设置引脚是输入还是输出，以及输入输出信号的数据类型，引脚信号维数是指包 含几个量，如图 1-9 中 v1（2）则表示 v1 引脚输入必须是两个量，即 2 维。

点下一步依次 设置好各引脚若在图 1-4 中选中了 Page Module，则出现如图 1-6 界面，选择模块下层页 面的大小，若没有选 Page Module，则直接到图 1-7 图图 1 1- -6 6 页面页面设置设置 8 在图 1-6 中选择模块下层页面的大小，视系统规模而定，选好后点下一步出现图 1-7 界 面 图图 1 1- -7 7 完成提示完成提示 点完成创建新模块成功新建模块如图 1-8 所示，元件创建后，若要修改引脚和参数， 选中元件点右键，在下拉菜单中选 Edit definition，出现编辑界面如图 1-9 所示可进行编辑 source v1 v2 i1 i2 i3i4 图图 1 1- -8 8 新建的模块新建的模块 图图 1 1- -9 9 模块编辑模块编辑 还可以点工具栏中图标（Creat a default module） ，直接出现默认模块，再进入上述编 辑界面进行编辑 9 5.5.元件参数元件参数设置设置 在电力系统故障建模及仿真中，主要需设置电源、传输线路和变压器的参数电源参数 主要包括内阻、电压（线电压） 、频率、相角。

变压器参数主要包括额定电压、基频、容量、 接线方式（星形或三角） 传输线参数：传输线是电力系统非常重要的元件，由于频率属性和对地回路，传输线不 是一个线形元件，在 PSCAD 库中传输线有两种模型：集中参数和分布式参数模型 集中参数 π 模型： 在频域分析中，π 模型能够比较精确，但在时域分析中，特别是长 线路仿真，π 模型的精确度就会大受影响，因此它一般只作为短传输线路的仿真模型π 模 型在主库的 PI_sections 中，如图 1-10 所示，两端可以直接接入电路中双击元件出现对 话框设置基频、线路长度、线路每单位长度的正序、零序参数（电感、电阻和电容） ； PI COUPLED SECTION SECTION PI 2 CIRCUIT PI sections 图图 1 1- -10 10 传输线传输线的的 π 模型模型 分布参数模型：Bergeron 模型、频率决定参数模型Frequency Dependent (Mode) Model、 Frequency Dependent (Phase) Model Bergeron 模型是一种基于行波原理的常频率模型，它能精确的模拟基频稳态时输电线 路的阻抗（导纳），但在模拟暂态过程或谐波严重时的阻抗时，将不准确。

该模型常用于潮 流的计算、一般保护的设计等频率决定参数模型Frequency Dependent (Mode) Model、 Frequency Dependent (Phase) Model都能反映线路的频率响应， 因此它对暂态过程和谐波严重 时的线路有更好的仿真 图图 1 1- -11 11 基本结构设置基本结构设置 10 库中的 Tline 和 Cable 分别是架空线和电缆的分布式参数模型以架空线为例：选中到 工作区，双击传输线，出现如图 1-11 对话框，输入名称、基频和长度，Termination Style 是 选。