1. Gain （增益）
增益组件把输入信号与指定的因子相乘。可以输入一个变量名代替此因子所填的数字。
2. Differential Lag or Forgetting Function （微分延迟或遗忘函数）
微分延迟组件用作一阶高通滤波器，有时也叫做冲蚀函数、改变函数、或者遗忘函数。输出可以随之置为用户指定的值。对此函数的解法如下，基于时间常数T 的值。
()()()()()t t T T Q t Q t t e
X t X t t e -?-?=-?+--?g g 如果T ＝0，则有：
()0.0Q t =
输出为：
()()()Y t G t Q t =g
这里： ()Y t ＝输出信号；
()X t ＝输入信号；
()G t ＝增益因子（可为变量）
T ＝ 时间常数；
t ?＝时间步长。
3. Derivative with a Time Constant （带时间常数的微分环节）
微分函数决定了信号变化的速率。但此模块有放大噪声的趋势。为了将噪声的干扰降至最小，尤其是在计算步长小而微分时间常数大的情况下，可能需要给它加一个噪声滤波器。
4. Lead-Lag （前导延迟环节）
本组件模拟了一个带增益的前导延迟函数，它的输出可随时由用户重置为指定的值。最大最小输出限制内部指定。
对此函数的解法基于时间常数1T 和2T ，过程如下所示：
()()()()()()222121t
t t T T T T Q t Q t t e
X t e X t X t t e T -?-?-???=-?+-+--? ? ???g g g g 如果20T =，则类似与PI 控制器：
()()()()()1T Q t X t X t X t t t
=+--??g 如果10T =且20T =，则类似与增益环节：
()()Q t X t =
输出为：
()()()Y t G t Q t =g
这里：
()Y t ＝输出信号；
()X t ＝输入信号；
()G t ＝增益因子（可为变量）；
T ＝时间常数（可为变量）；
t ?＝时间步长。
5. Real Pole （实极点）
本组件仿真了一个延时或“实极点”函数，这里的输出可以在任何时候重置成用户规格化的值。输入信号在被处理之前与增益因子G （t ）成比例。时域算法基于梯形法。 本函数的解法如下：
()()()1t
t T T Q t Q t t e
X t e -?-???=-?+- ???g g 那么输出就为：
()()()Y t G t Q t =g
这里： ()Y t ＝输出信号；
()X t ＝输入信号；
()G t ＝增益因子（可变）；
T ＝时间常数（可变）；
t?＝时间步长。
6.Delay Function（延迟函数）
e-，这里T是延迟的时间，s是拉氏算子。输入信号延迟函数模拟了拉氏表达式sT
置于队列中，随着时间的推进，信号值移入队列尾部并放置到输出line上。
如果延迟时间大得超过了时间步长t?，则队列可能会变得过于庞大。为了避免出现这样的情况，采用了抽样的方法。在指定的延迟时间中对输入值采样N 次，只将采样值置于队列中。
另外，在满足减少存储空间的前提下，同时还必须保证采样的数量对于保持延迟信号的精度来说是足够的。由于输出的阶梯特性，需要引入一个额外的大为为时延/(2*N)的延迟。用以补偿内部轻微减少延迟时间的效应。如果需要的话，可以采用一截延迟环节来对延迟环节的输出进行滤波，以平滑抽样所造成的阶梯效应。
7.Square（平方）
本组件将输入信号与其自身相乘。
8.Square Root（平方根）
本组件计算输入的算术平方根。每个正数都有两个平方根，一个为正一个为负，算术平方根定义为正的那个平方根的值。在实数域中，平方根对负数都没有定义，因此要求输入必须为正。本组件负的输入时输出为零。
9.Absolute Value（绝对值）
本组件给出输入信号的绝对值。
10.T rigonometric Functions（三角函数）
Standard trigonometric functions.
本组件实现标准的三角函数功能。Tan函数在
1
2
nπ
??
+
?
??
时奇异，因此应避
免输入这些值。而ArcSin和ArcCos要求输入的值域范围为[-1.0,+1.0]，需避免超出此值域。
11.I mpulse Generator（脉冲发生器）
脉冲发生器用来确定线性控制系统的频率响应。其可以产生指定频率的脉冲序列。在对控制系统进行分析之前，为了使得暂态响应逐渐变弱，需要使用一些脉冲通过控制系统。当然频率可以置零，仅发送一个脉冲给控制系统，即可以观测到频率响应。
如果使用插值法，此组件在每生成一个脉冲的同时也生成了插值信息。对应于脉冲的准确时间的插值时间非零，以保证脉冲无论何时都不会落在时间步长坐标上。这就有效的祛除了组件对设备步长的依赖性，即使时间步长增加也能保持精度。
12.G eneric Transfer Function（通用传递函数）
此传递函数由三段直线组成，有两个交点（LI, LO）和（UI, UO），是一分段连
续函数。如果所需多于三段直线的话，可以采用XY Transfer Function组件
13.L imiting Function（限制函数）
限制函数或“硬性限制器”在输入信号落入其最高和最低限值之内时输出输入信号。如果信号超出了限值，输出值就停留在限值上。
14.N on-Linear Gain（非线性增益）
非线性增益组件用以强化或弱化大的信号波动。当输入信号在一指定的区域中时，采用“低增益”。如果输入信号离开这一区域，则给以“高增益”。此传递函数是连续的，因此信号在从一个增益变为另一个增益时，不会出现跳变。
15.S ingle Input Comparator（单输入比较器）
本组件输出两个值，取决于输入信号是高于还是低于输入的门槛值。如果允许插值兼容性的话，则可输出由器件生成的插值信息（即输入信号刚好过门槛值的确切时间点）。运用了插值后，本组件甚至在较大的时间步长时仍能保持精度。
16.D own Ramp Transfer Function（下降斜坡函数）
本组件随着输入信号的增大将其输出依据斜坡规律从指定值降到零。斜坡开始点和终点需指定。
17.R ate Limiting Function（比率限制函数）
比例限制器在输入信号的变化率不超过指定的限值时，输出输入信号。如果变化的比率超出了限值，则输出将超前或落后于输入，以确保变化的比率在限定的范围内。
18.U p Ramp Transfer Function（上升斜坡函数）
本组件随着输入信号的增大将其输出按斜坡规律从0增加到指定的值。开始爬坡和结束爬坡的输入点需提前指定。
19.S ignal Generator（信号发生器）
信号发生器可以输出三角波或者方波。占空周期可以改变以调整输出波的形状。在生成方波时若采用了插值法，当输出变化时，组件将会把生成插值信息输出。这些例程中，插值时间表示了精确的信号变化时间。采用插值法时组件能在使用很大的时间步长时保持精度。
20.E dge Detector（边缘检测器）
本组件将当前输入与前一步长的输入进行比较，输出结果就取决于当前输入是高于、等于或者低于前一步长的输入。如果输入在步长内发生了变化，组件就成了边缘检测器。如果输入是连续的话，则组件就成了斜率探测器。
注意的是，输出结果是通过填写选项卡提前指定的。
21.L ogarithmic Functions（对数函数）
本组件是标准的对数函数。输出输入信号的对数。或者以10为底数，或者以自然对数e为底数。
22.E xponential Functions（指数函数）
此组件输出输入信号的指数，底数为10或者e。
23.2nd Order Complex Pole with Gain（二阶带增益的复极点）
本组件有9种二阶滤波器形式：
1.低通；
2.中通；
3.高通；
4.高阻；
5.中阻；
6.低阻；
7.高阻；
8.中阻；
9.低阻。
低于特性频率的定义为低频，在特性频率附近的定义为中频，高于的定义为高频。函数7型、8型和9型除了需要对通过频率的上半部分有180°的相移，它们分别与4、5和6相似。滤波器的类型由输入参数“Function Code”所决定，它的下列菜单有1到9可供选择。
24.T imer（定时器）
如果输入信号F低于定时器的触发门槛值。一段延时后，定时器的输出等于ON的值。此值会输出“Duration ON”秒。此后，输出依然保持ON的值，只要输入F低于定时器的触发门槛值。若输入F高于定时器的触发门槛值，则输出Off的值。
25.R ange Comparator（范围比较器）
本组件能确定输入信号位于三个区域中的哪个，然后输出与此区域对应的值。这三个区域是通过定义下限和上限来确定下来的。第一区域低于限值，第二个区域位于两个限值之间（包括限值点），第三个区域高于上限值。
如果第一区域和第三区域生成的值相同，则此组件就成了带宽探测器，其输入若在两个限值之间输出一个值，输入在限值之外输出另一个值。
26.S urge Generator（浪涌发生器）
本组件生成一个浪涌波形。波形由四个输入参数确定，分别是“start of the up slope”、“end of the up slope”、“start of the down slope”和“end of the down slope”。在“start of the up slope”之前输出为0，在“end of the up slope”和“start of the down slope”之间输出峰值。
27.T wo Input Comparator（两输入比较器）
本组件比较两个输入。如果其中一个信号与另一个相交，则输出一个脉冲，如果一个信号高于另一个，则输出一个水平输出，具体输出什么取决于指定的输出类型。如果应用了插值法，则本组件会生成插值信息（即两个信号相交的确切时间）并输出。此时，本组件对较大的时间步长仍能保持精度。
28.P I Controller（PI控制器）
本组件实现了比例积分的功能（即输出是输入信号比例和积分增益的和）。积分功能的时域计算采用的是梯形或矩形积分。在选择了“Integration Method | Rectangular”之后，可能会使用插值法。若使用了插值法，则对指定的时间步长计算积分时，会将插值时间和信号极性都考虑在内。
29.I ntegrator（积分器）
本组件是无饱和限值可重置的积分器。它是控制系统功能的基本构成模块之一，可以使用梯形或者矩形积分方法来求解。通过在输入“Clear”处填入一个非零整数，可将积分器的输出置为定义的非零整数值。如果时间常数的绝对值小于10-20，则将其定义为默认值1.0。
如果选择了“Integration Method | Rectangular”，则可能用到插值法。若使用了
插值法，则对指定的时间步长计算积分时，会将插值时间和信号极性都考虑在内。另外，当组件的“Clear”有输入时，也可能用到插值法。如果是这样的话，将使用插值信息
确定重置的具体时间点，然后计算重置之后的下一时间步长的确切输出值。
30.A M/FM/PM Function（幅值、频率和相位调制功能）
本组件有三个输入：频率（Freq）、相位（Phase）和幅值（Mag）。Freq与时间结合，然后规格化为-2π到+2π之间的某值。Phase与之相加，其和作为Sine或Cosine函数的自变量。最终的结果乘以Mag，最后予以输出。
如果频率和相位为常数，则输出就是输入Mag的幅值调制。如果相位和幅值为常数，则输出就是输入Freq的频率调制。如果频率和幅值是常数，则输出就是输入Phase的相位调制。
控制全部三个输入的实际例子就是电源模型。幅值信号用以加速电源的启动；频率信号可以调整得紧跟系统频率的变化；而幅值信号可以用来控制电源发出的功率大小。
本组件还可以作为正弦波发生器单独使用。
31.C ounter（计数器）
本组件在收到正的输入时，可以改变自身的状态至相邻的更高状态。当输入负值时，它改变自身状态到相邻的较低状态。通常增加或减小的输出为1。
如果计数器在它的最高（最低）限制上，若再收到上调（下调）信号，可能会出现两种情况。第一，计数器忽略这一请求，什么也不做，对应于选择“Limit Type |Sticky”。第二，计数器改变它的输出到最低（最高）限制，对应于选择“Limit Type |Circular”。
还有一个选择就是将计数器重置到它的初始状态。
32.D ivider（除法器）
除法器用来将两个信号相除。为了避免分母为零，分母的内部限制为大于1.0-10，或小于-1.0-10。
33.S umming/Difference Junction（和/差连接点）
本组件允许电路设计者将几个信号进行线性合并。连接点的上限输入7路信号。每一路输入可以是加到总和上，也可以是从中减去。
34.M ultiplier（乘法器）
本组件用于将两路信号相乘。
35.M aximum/Minimum Functions（求最大/最小）
本组件允许电路设计者从几路输入信号中选择最大或最小值。最多可以输入7路信号。
36.T wo Input Selector（两输入选择器）
本组件的输出或为A路，或为B路，取决于Ctrl的值。
37.O n-Line Frequency Scanner (FFT)（在线频率扫描仪FFT分析）
本组件是一个在线快速傅立叶转换器，可以确定作为时间函数的输入信号的谐波幅值和相位。在输入信号被分解成各个谐波分量之前要先进行采样。
可以选择使用1、2或3路输入。当选择3路输入时，组件可以提供序组件形式的输出。
用户可以选择以下FFT模块类型：
●1-phase：标准的一相FFT。输入经处理后将提供基频的幅值和相角以及它的
谐波（包括直流分量）；
●2-phase：与单一模块的1-phase FFT没有差别，保持了结构的紧凑性和组
织性；
●3-phase：与上类似，仅仅是将三个1-phase FFTs合并到一个模块中；
+/-/0 Seq ：将采用三相输入：XA 、XB 和XC ，通过定序器计算FFT 的原始输
出，计算后的结果有基频分量的正序、负序和零序的幅值和相位，以及各次谐波。还输出每相的直流分量。
序分析组件基于以下转换方程： 011111112011203111201120a b c V V V V V V +-????????????=∠∠-????????????∠-∠??????
o o o o g 注意：本组件处理的是工频信号（典型的是50Hz 或60Hz ），不能用来处理高频信号。
38. I nterpolating Sampler （插值采样器）
本组件对输入的连续信号进行离散采样，并保持输出在采样结果上直至下一个采样点。采样由指定的采样频率触发（或输入脉冲序列触发）。
对于外来脉冲所触发的采样，为了便于进行插值或非插值的采样需要有第二个脉冲输入。对于非插值脉冲，输入是标量，而对于插值脉冲，输入是一个两元素的数组。
39. X OR Phase Difference （异或相位差）
本组件计算两个时变的输入信号A 和B 的异或相位差。当两个输入符号相反时，它将有一个非零输出。输出的符号取决于相位超前的输入。信号的平均值为两个输入信号之间的相位差。为了使得结果有意义，输出必须是在-1到+1之间平滑地变化。结果乘以180°就是角度输出，乘以π就是弧度输出。
40. V oltage Controlled Oscillator （电压控制振荡器）
本组件生成了一个斜坡输出th，它的变化率在任何时候都正比于输入Vc的幅值。
输出斜坡限制在（-2π，2π），一旦结果达到2π (或-2π)，就将它重置为0.0。常数输入信号1.0的输出：用时1s从0.0变化至2π。输出cos(th)和sin(th)基于th值分别输出cosine和sine函数值。
41.T hree-Phase PI-Controlled Phase Locked Loop（三相PI控制
的锁相环）
本组件生成一个从0°变化到360°的斜坡信号theta，相位上与输入电压Va同步或锁相。当输出数量为1时，输出的是Va的相位，当输出数量为6时，theta的第一个元素为Va的相位，第二个元素代表的相位与第一个相差60°；当输出数量选择为12时，两个相邻元素见就差30°。
锁相环节的作用，将正弦电压信号转换为一斜坡信号（0°～360°），两者信号对应点的相位相同，从而就得到了电压信号的实时相位信息。
使用相量技术生成斜坡输出。此技术揭示了三角函数乘法的特征，可以用来形成一个误差信号以加速或减速锁相振荡器，从而匹配输入信号的相位。相位误差信号转换成“度”后作为输出变量。输入信号的频率作为内部变量，变量名填入“Name for Tracked Frequency”
42.V ariable Frequency Sawtooth Generator（变频锯齿波发生器）
本组件生成一个锯齿波，其频率可以与输入频率信号的幅值成比例的变化。
43. H armonic Distortion Calculator （谐波畸变计算器）
本组件根据下式计算输入信号全部谐波或单个谐波的畸变程度。
Total = 这里N 由输入参数“Number of Harmonics ”所给定。
本组件可以用来对组件“On-Line Frequency Scanner (FFT)”进行优化设计。
44. N th Order Transfer Function （第N 阶传递函数）
本组件模拟了一个高阶传递函数。解法基于状态变量。输入组件的是传递函数的系数和状态变量的初始值。求解可以采用简化的或非简化的梯形法。
45. N th Order Butterworth/Chebyshev Filter （第N 阶
Butterworth/ Chebyshev 滤波器）
本组件是一个变带宽（最多
10阶）的Butterworth/Chebyshev 滤波器。它模拟了标注的低通、带通、高通和带阻Butterworth/Chebyshev 滤波器。
46.X Y Characteristics（XY特性）
本组件实质上是一个分段线性化查找表，XY的坐标点可以指定。它可以有不同的用途包括指定设备特性、作为传递函数或者作为信号发生器等等。
47.B inary ON Delay（二元条件延迟）
它是一标准的二元条件延迟组件。若输入变高，在经过用户指定的时间后，若输入还保持高位的话，则输出就变高。也可用到“Timed ON/OFF Logic Transition”组件。如果应用插值法，则组件会将插值信息（即确切的过零点）予以输出。
48.S equential Output（序列化输出）
本组件生成一个序列输出。它由指定点开始，然后按指定的时间间隔和输入的整数变化量递增输出。
49.R andom Number Generator（随机数发生器）
本组件生成指定最大和最小范围内的随机数。
50.M onostable Multivibrator（单稳态多频振荡器）
本组件是一个二元逻辑、边缘触发的单稳态多频振荡器。在打开后，输入的正边缘将导致输出走高，并维持高位一段设定的时间（脉冲持续时间）。如果在设定的时间结束前，输入再次走高，则再次触发单稳态，并且在新高的正边缘之后维持高位一段设定的时间。
如果使用了插值法，则组件生成插值信息并输出。输出的插值时间基于输入的插值时间、用户输入的延迟和仿真的时间步长。当采用了完全插值时，本组件即使在很大的时间步长下也能保持很高的精度。
51.Z ero Crossing Detector（过零点检测器）
当输入过零时，本组件进行检测，并确定是正过零还是负过零。具有正的一阶导数的输入过零点生成一个时间步长的“1”输出。具有负的一阶导数的输入过零点生成一个时间步长的“-1”输出。其它时间输出为0。
如果使用了插值法，组件就生成插值信息（即确切的过零点时间）并予以输出。
52.T imed ON/OFF Logic Transition（定时开/关逻辑转换）
本组件罗列了一个转换时间表。用户可以指定导通延迟时间和关断延迟时间。在导通延迟时间之前即使输入走低，延迟的输出在指定的延迟时间后也将重现。
本组件模拟了一个标准的二元延迟定时器（即在输出走高之前它必须满足输入走高，并维持了指定的延迟时间才行）。
如果使用了插值法，组件就生成插值信息（即确切的过零点时间）并予以输出。输出的插值时间基于输入的插值时间、用户输入的延迟和仿真的时间步长。当采用了完全插值时，本组件即使在很大的时间步长下也能保持很高的精度。
53.N on-Linear Transfer Characteristic（非线性转移特性）
本组件通过直线分段逼近模拟了非线性转移特性。X轴的参数从X1增加XN。这两点之间的输出由两点之间的插值所决定。小于X1或大于XN的输出，由临近这两点的直线的延长线所确定。
54.2nd Order Transfer Functions（二阶传递函数）
本组件可以实现以下6种二阶传递函数：
1.高通；
2.中通；
3.低通；
4.低阻；
5.中阻；
6.高阻。
低于特性频率的定义为低频，在特性频率附近的定义为中频，高于的定义为高频。根据用户选择的通过频率指定不同的传递函数。
55.a bc to dq0 Transformation（abc到dq0的转换）
本组件实现了三相abc 到dq0的转换，或者反之的转换，所依据的是以下公式： abc 转换为dq0: 22cos cos cos 33222sin sin sin 3330111222d a q b c θθπθπθθπθπ??????-+ ? ???????????????????????=-+?? ? ?????????????????????????
g g dq0转换为abc ：
cos sin 122cos sin 133022cos sin 133a d b q c θθθπθπθπθπ?????
???????????????=--?? ? ?????????????????????????++?? ? ??
?????g 56. S ample and Hold （采样保持器）
本模块的运算 相当直接。当hold 为0时，输入in 直接输出。当hold 为1时，输出保持在它的上一个输出状态上。当有2个hold 输入时，两个信号都必须为1才能使得输出保持。
57. A rray Product （数组中所有元素的乘积）
本组件将所有输入数组元素的联合乘积予以输出，输出结果是标量。公式如下： n n
Output Input =∏
引言 电力工业是国民经济发展的基础工业。随着经济建设的发展，发电设备的容量也在相应增大。为了更好的保证安全运行，经济运行，并保证电能质量，我们应该考虑任何电力系统故障的情况，并加以研究。 电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。在供电系统中，短路冲击电流会使两相邻导体间产生巨大的电动力，使元件损坏；大的短路电流将使导体温度急剧上升，会使元件烧毁；阻抗电压大幅下降，影响系统稳定性。发生短路时，系统从一种状态变到另一种状态，并伴随产生复杂的电磁暂态现象。所以有必要对电力系统电磁暂态进行研究。 目前，电力系统暂态分析的研究理论已越来越完善，但基本上是通过建立数学模型，并解数学方程来分析的。这让我们很难理解其推导过程，所以很有必要利用直观的方法来分析并得出相同的结论。 本设计利用PSCAD软件建立了简单电力系统和复杂电力系统两个仿真模型。简单电力系统模型包括：同步发电机模型、负荷模型等；复杂电力系统模型包括：同步发电机模型、变压器模型、输电线模型、负荷模型等。 本设计通过运用EMTDC模块对电力系统仿真进行计算，并分析其电磁暂态稳定性，其中计算了发生四类短路故障时的暂态参数，并对其分析比较，来研究电力系统的这四类短路之间的异同和暂态对电力系统的影响。 通过此次设计进一步巩固和加强了四年来所学的知识，并得到了实际工作经验。设计中查阅了大量的相关资料，努力做到有据可循。在设计中逐步掌握了查阅，运用资料的能力，总结了四年来所学的电力工业的相关知识，为日后的工作打下了坚实的基础。 由于我在知识条件等方面的局限，仍存在许多不足，但在指导老师和学院大力支持和帮助下，已有相当大的改进，在此表示衷心的感谢。
基于PSCAD4.2电力系统距离保护的仿真分析 摘要:简要地介绍了PSCAD4.2软件及其工具箱，分析了输电线路距离保护的基本原理，并利用软件提供的工具箱搭建了距离保护仿真模型，设置了输电线路可能发生的接 地故障和相间故障，最终得出了不同故障类型下输电线路的电压、电流以及其他量 的变化规律的波形，从而实现了三段式距离保护的作用。仿真波形结果表明：利用 该软件建立的模型是能够准确反应距离保护的作用机理，即距离保护装置能够快速 响应故障信号并动作于断路器，实现输电线路的保护。 关键词: PSCAD4.2；距离保护；接地故障；仿真 Analysis of power system distance protection simulation based on PSCAD4.2 Abstract: Briefly introducing PSCAD4.2 software and its toolbox ,then analyzing the basic principle of the transmission line distance protection , and use the toolbox that the software provides to build a protection simulation model and set a ground fault and phase transmission line failures the system may occur, at last obtain the voltage, current and waveform variation of other different types of transmission line failures , enabling three- distances protection. Simulation waveform results showed that: using the model of the software is accurately able to establish the reaction mechanism of the distance protection , distance protection device can quickly respond to the circuit breaker failure signal and act on it to achieve protection of transmission lines . Key words: PSCAD4.2；Distance Protection；Ground Fault；Simulation 0 引言 电力系统保护中，输电线路的保护主要是距离保护，其不受运行方式的影响，继电保护性能得到提高，因而获得广泛的应用[1]。文献[2]过对继电器模块的搭建来得到对电力系统的继电保护，但如果保护原理发生变化则相应的继电器模块也会发生变化，保护模块的移植性不强。目前，虽然电力系统的保护已经进入微机自动化时[3]，但距离保护体系并不十分完善， 其中接地电阻对距离保护的影响表现突出，文献[4-6] 详述了采用自适应的方法来消除接地电阻对距离保护的影响。 PSCAD4.2是一种电力系统电磁暂态仿真软件，尤其在控制系统、无功补偿系统、高压直流输电以及继电保护系统等领域较为活跃，该软件主要对电力系统时域和频率等变量进行 仿真分析，其结果一般以简单易懂的图形界面输出，使得仿真过程清晰、准确而灵活[7-8]。 1 电力系统距离保护的原理 在电力系统继电保护中，距离保护扮演着重要的角色。它满足电力系统的选择性、灵敏性、可靠性以及能够快速切除故障，从而快速恢复电网的正常稳定运行。距离保护是反应于保护安装地点到故障发生处之间的距离(阻抗)，以此来根据阻抗的大小而整定动作时间的一 种保护装置[9]。为了满足选择性、速动性和灵敏性的要求，现在广泛采用的是三段式距离保护，其网络接线如图1。
武汉大学 电气工程学院 综合自动化PSCAD仿真实验 姓名:*** 学号:20**302540*** 班级:电气**级*班
一、同步发电机的准同期并列操作 发电机的准同期并列操作，是在同步发电机已经投入调速器和励磁装置，当发电机电压的幅值，频率和相位接近相等时，通过并列点断路器合闸将发电机并入电网运行的一系列动作。 具体参见教材《电力系统自动化》或《自动装置原理》。 1.实验预习 清楚同步发电机准同期并列的概念和原理。 2.实验目的 了解数字仿真软件中发电机组的构成，仿真同步发电机准同期并列操作。 3.实验步骤 （1）将仿真示例copy到电脑。进入PSCAD，打开sync_in_paralell; (2 ) 三个时间的设置 点右键，再点Project setting, 再点Runtime，注意Time setting 三个参数的设置。 Duration of run (sec): 程序计算时间，以秒为单位； Solution time step (sμ): 计算步长，以微秒为单位，两个相邻计算点之间是一个 计算步长； μ，用计算输出的数据来说明，第一个数据的时间坐标是0s, 如上图的200s, 50s μ。 最后一个数据的时间是200s，每两个数据的时间坐标相差50s Channel plot step (sμ): 作图步长，以微秒为单位，图上相邻两个点之间的时间 是一个画图步长。 请将模型计算时间和运行时间区分开，同学们可以看看要得到200s的计算数 据，运行时间是多少。记下点击菜单开始运行和结束运行的实际时间，两者之 差就是运行时间，该时间与电脑性能密切相关。 （3）学习各个元件的使用。 a. 在帮助中没有介绍的元件 例如，双击后有， 表明：点击菜单运行图标，程序计算时间从0开始计时，当计算时间是时，
仿真计算 1、在PSCAD中建立典型的同步发电机模型，对同步发电机出口三相短路进行仿真研究。要求： （1）运行“同步发电机短路”模型，截取定子三相短路电流波形，并对波形进行分析，验证与理论分析中包含的各种分量是否一致； 图一同步发电机短路模型
图二、定子三相短路电流 定子三相短路电流中含有直流分量和交流分量，其中周期分量会衰减。三相短路电流直流分量大小不等，但衰减规律相同，均按指数规律衰减，衰减时间常数为Ta，由定子回路电阻和等值电感决定，大约在0.2s。交流分量也按指数规律衰减，它包括两个衰减时间常数，分为次暂态过程、暂态过程和稳态过程。 （2）修改电抗参数Xd（Xd’，X’’d），增加或者减小，截取定子三相电流，并与第一步结果对比分析； 图一是Xd`=0.314 p.u，Xd``=0.280 p.u情况下的定子电流波形；图二是Xd`=0.514 p.u, Xd``=0.280 p.u情况下的定子电流波形。显然，随着Xd`的增大定子的电流在减少。
图三、定子三相短路电流 （3）修改时间常数Td（Td’，T’’d），增加或者减小，截取定子三相电流，并与第一步结果对比分析。 参数Td’=6.55s ，Td”=0.039s时定子电流如图一所示；当参数变为Td’=3.55s ，Td”=0.039s是定子电流如图三所示，显然
图四、定子三相短路电流 2、利用暂态仿真软件对下面的简单电网进行建模，对模型中各元件参数进行详细说明，并进行短路计算。将故障点的电流电压波形及线路M端的电流电压波形、相量图粘贴到课程报告上。 要求：
（1）短路类型为①三相故障；②A相接地；③BC两相故障。 （2）两端系统电势夹角取15o δ=。 （3）故障点设置为线路MN中点（25km处）。 （4）仿真结果包括M、N两侧和短路点处的三相电压、电流的瞬时值波形和短路发生后时刻的三相电压、电流相量图。 三、课程学习心得 通过本课程的学习，你有哪些体会和心得，请写出来。可以从以下几个方面考虑，但不局限于这些方面：通过课程你学到了哪些知识；学会了哪些方法；对电力系统的认识；对课程的建议等。 课程的开始复习了一下简单的电力系统稳态分析部分，然后就进行了课程的重点就是电力系统的暂态分析，其中包括PARK变换、标么值下的磁链方程和电压方程、同步发电机各种电势的表达式、发电机阻抗的概述、（次）暂态电抗和（次）暂态电势、发电机三相短路电流、对称分量法、叠加定理、电力系统简单故障分析。学习了几种电力系统分析中的方法，例如分析同步发电机短路时PARK变换将静止三相坐标系的量转化为旋转坐标系dq0的量，还有分析不对称故障时对称分量法转化到相对简单的对称故障分析中。
电力系统分析课程报告姓名 ******* 学院自动化与电气工程学院 专业控制科学与工程 班级 ******* 指导老师 ******* 二〇一六年五月十三
一、同步发电机三相短路仿真 1、仿真模型的建立 选取三相同步发电机模型，以三相视图表示。励磁电压和原动机输入转矩Ef 与Tm均为定常值，且发电机空载。当运行至时，发电机发生三相短路故障。同步发电机三相短路实验仿真模型如图1所示。 图1 同步发电机三相短路实验仿真模型 2、发电机参数对仿真结果的影响及分析 衰减时间常数Ta对于直流分量的影响 三相短路电流的直流分量大小不等，但衰减规律相同，均按指数规律衰减，衰减时间常数为Ta，由定子回路的电阻和等值电感决定（大约）。pscad同步发电机模型衰减时间常数Ta对应位置如图3所示（当前Ta=）。 图3 同步发电机模型参数Ta对应位置
1）Ta=时，直流分量的衰减过程（以励磁电流作为分析）如图4所示。 图4 Ta=发生短路If波形 2）Ta=时，直流分量的衰减过程（以励磁电流作为分析）如图5所示。 图5 Ta=发生短路If波形 短路时刻的不同对短路电流的影响 由于短路电流的直流分量起始值越大，短路电流瞬时值就越大，而直流分量的起始值于短路时刻的电流相位有关，即直流分量是由于短路后电流不能突变而产生的。 Pscad模型中对短路时刻的设置如图6所示 图6 Pscad对于短路时刻的设置 1）当在t=时发生三相短路，三相短路电流波形如图7所示。 图7 t=时三相短路电流波形 2）当在t=时发生三相短路，三相短路电流波形如图8所示。 图8 t=6时三相短路电流波形 Xd、Xd`、Xd``对短路电流的影响 1) Xd的影响 Pscad中对于Xd的设置如图9所示： 图9 Pscad对于D轴同步电抗Xd的设置 下面验证不同Xd时A相短路电流的稳定值。 i.Xd=（标幺制，下同）时，仿真波形如图10所示 图10 Xd=时A相短路电流波形 ii.Xd=10时，仿真波形如图11所示 图11 Xd=时A相短路电流波形 2）Xd`的影响 在Pscad中暂态电抗Xd`的设置如图13所示： 图13 Pscad对于暂态电抗Xd的设置 下面验证不同Xd`时A相短路电流的暂态过程。 i.Xd`=时A相短路电流的波形如图14所示： 图14 Xd`=时A相短路电流波形 ii.Xd`=1时A相短路电流的波形如图15所示： 图15 Xd``=1时A相短路电流波形 3）Xd``的影响 这里次暂态电抗Xd``与暂态电抗Xd`相似，Xd``影响的是短路后的次暂态过程。
电力系统仿真软件 电力系统仿真软件简介 一、PSAPAC 简介: 由美国EPRI开发，是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。 功能：DYNRED（Dynamic Reduction Program）：网络化简与系统的动态等值，保留需要的节点。 LOADSYN（Load Synthesis Program）：模拟静态负荷模型和动态负荷模型。 IPFLOW（Interactive Power Flow Program）：采用快速分解法和牛顿－拉夫逊法相结合的潮流分析方法，由电压稳态分析工具和不同负荷、事故及发电调度的潮流条件构成。 TLIM（Transfer Limit Program）：快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限。 DIRECT：直接法稳定分析软件弥补了传统时域仿真工作量大、费时的缺陷，并且提供了计算稳定裕度的方法，增强了时域仿真的能力。 LTSP（Long Term Stability Program）：LTSP是时域仿真程序，用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程。为了保证仿真的精确性，提供了详细的模型和方法。 VSTAB（Voltage Stability Program）：该程序用来评价大型复杂电力系统的电压稳定性，给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理。为了估计电压不稳定状态，使用了一种增强的潮流程序，提供了一种接近不稳定的模式分析方法。 ETMSP（Extended Transient midterm Stability Program）：EPRI为分析大型电力系统暂态和中期稳定性而开发的一种时域仿真程序。为了满足大型电力系统的仿真，程序采用了稀疏技术，解网络方程时为得到最合适的排序采用了网络拓扑关系并采用了显式积分和隐式积分等数值积分法。 SSSP(Small－signal Stability Program)：该程序有助于局部电厂模式振荡和站间模式振荡的分析，由多区域小信号稳定程序(MASS)及大型系统特征值分析程序（PEALS）两个子程序组成。MASS程序采用了QR变换法计算矩阵的所有特征值，由于系统的所有模式都计算，它对控制的设计和协调是理想的工具；PEALS使用了两种技术：AESOPS算法和改进Arnoldi 方法，这两种算法高效、可靠，而且在满足大型复杂电力系统的小信号稳定性分析的要求上互为补充。 二、EMTP/ATP 简介: EMTP是加拿大H.W.Dommel教授首创的电磁暂态分析软件,它具有分析功能多、元件模型全和运算结果精确等优点,对于电网的稳态和暂态都可做仿真分析，它的典型应用是预测电力系统在某个扰动（如开关投切或故障）之后感兴趣的变量随时间变化的规律，将EMTP 的稳态分析和暂态分析相结合，可以作为电力系统谐波分析的有力工具。 ATP（The alternative Transients Program）是EMTP的免费独立版本，是目前世界上电磁暂态分析程序最广泛使用的一个版本, 它可以模拟复杂网络和任意结构的控制系统，数学模型广泛，除用于暂态计算，还有许多其它重要的特性。ATP程序正式诞生于1984年，由Drs.
几种常用电力系统仿真软件的比较分析 电力系统仿真软件的分类较为复杂，按照不同标准可分为：实时与非实时，短时与长时间等不同种类，而各个仿真软件在功能上都具有综合性，只是侧重点有所不同，在报告的最后有各类仿真软件功能的比较，以下为较著名的仿真软件的介绍。 1 RTDS RTDS由加拿大RTDS公司出品，一个CPU模拟一个电力系统元器件，CPU间的通讯，采用并行－串行－并行的方式。RTDS具有仿真的实时性，主要用于电磁暂态仿真。目前RTDS应用规模最大的是韩国电力公司(KEPCO)的装置, 有26个RACK，可以模拟400多个三相结点。RTDS仿真的规模受到用户所购买设备(RACK)数的限制。这种开发模式不利于硬件的升级换代，与其它全数字实时仿真装置相比可扩展性较差。由于每个RACK的造价很高, 超过30万美元, 因此仿真规模一般不大。基于上述原因，RTDS目前主要用于继电保护试验和小系统实时仿真。 2 EMTDC/PSCAD EMTDC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，一般直接将其称为PSCAD。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。PSCAD/EMTDC基于dommel电磁暂态计算理论，适用于电力系统电磁暂态仿真。EMTDC（Electro Magnetic Transient in DC System）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工具。
PSCAD由Manitoba HVDC research center开发。 3 PSASP PSASP由中国电力科学研究院开发。PSASP的功能主要有稳态分析、故障分析和机电暂态分析。稳态分析包括潮流分析、网损分析、最优潮流和无功优化、静态安全分析、谐波分析和静态等值等。 故障分析包括短路计算、复杂故障计算及继电保护整定计算。机电暂态分析包括暂态稳定计算、电压稳定计算、控制参数优化等。 4 ARENE 法国电力公司(EDF)开发的全数字仿真系统ARENE, 有实时仿真和非实时仿真版本。实时版本有： （1）RTP版本，硬件为HP公司基于HP-CONVE工作站的多CPU 并行处理计算机，该并行处理计算机的最大CPU数量已达32个，可以用于较大规模系统电磁暂态实时仿真； （2）URT版本，HP-Unix工作站，用于中小规模系统电磁暂态实时仿真； （3）PCRT版本，PC-Linux工作站，用于中小规模系统电磁暂态实时仿真。 ARENE实时仿真器可以进行如下物理装置测试：继电保护，自动装置，HVDC和FACTS控制器，可以用50微秒步长进行闭环电磁暂态实时仿真。ARENE不作机电暂态仿真。采用基于HP工作站的并行处理计算机，其软硬件扩展也受到计算机型号的制约。
PSCAD电力系统仿真软件介绍 只要您能想得到，就能模拟得出 随着电力系统的发展，对精确的、直观的仿真工具的需求变得越发重要了。用PSCAD，您能够 创建、仿真、并能轻易地模拟您的系统，给电力系统仿真提供了无限可能。PSCAD包括一个完 整的系统模型库，系统模型从简单的无源元件和控制功能，到电机和其他复杂的设备。 PSCAD得益于30多年的不断研究和开发。我们从全球用户群的想法和反馈中得到启发。这个哲理使得PSCAD成为当今最受欢迎的电力系统暂态仿真软件。 提供知识、专业技术和解决方案 我们的专家在电力系统行业为我们的客户提供一系列全面的技术服务。我们为全球的电力行业提 供专业的知识、技术和解决方案，包括电力系统研究和项目管理服务。作为加拿大最大公共事业 公司之一的子公司Manitoba HVDC Research Centre ，将多年的经验和独特的视角跟技术研究结合到一起，是公认的应用电力系统分析和建模的世界领导者。 Man itoba HVDC Research Centre 所能提供的项目研究以及给世界各地的公司提供过的服务。 电力系统研究 作为世界知名的PSCAD仿真软件的开发者，我们有独特的优势和对仿真研究的深刻理解，这是很多其他技术服务提供商所不具备的。在电力系统规划和业务研究方面，我们对使用各种软件工 具有着丰富的经验，比如PSCAD, PSS/E, DSA Power Tools, ETAP , CYME, Risk_A 等等。我们 给公用事业，顾问公司，工业客户，设备制造商和行业领导者等提供过服务，并与研究学术机构, 运营商以及监管机构有着密切的合作。
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二〇一六年六月十六.
1同步发电机三相短路仿真计算 1.1仿真模型的建立 根据老师给的三相同步发电机模型做了修改（空载）。同步发电机三相短路实验仿真研究的模型如下图所示： 图1.1 同步发电机三相短路仿真研究的模型 1.2 PSCAD中的仿真结果 1.2.1发电机出口电压Ea。 发电机出口电压Ea，如下图所示：
图1.2发电机出口电压Ea 1.2.1衰减时间常数Ta对于直流分量的影响 励磁电压和原动机输入转矩Ef与Tm均为定常值1.0，且发电机空载。当运行至0.5056s时，发电机发生三相短路故障。 定子三相短路电流中含有直流分量和交流分量，三相短路电流的直流分量大小不等，但衰减规律相同，均按指数规律衰减，衰减时间常数为Ta，由定子回路的电阻和等值电感决定，大约0.2s。PSCAD同步发电机模型衰减时间常数Ta （Ta=0.235s）对应位置下图所示。 图1.3同步发电机参数Ta设置图 （1）当衰减时间常数Ta=0.235s时，直流分量（If）的衰减过程如下图所示。
图1.4直流分量的衰减波形 （2）当衰减时间常数Ta=0.125s的参数设置、直流分量（If）的衰减过程如下图所示。 图1.3同步发电机参数Ta设置图
图1.4直流分量的衰减波形 1.2.2短路时间不同的影响 同步发电机出口三相短路的时间不同对三相短路电流的影响：短路电流的直流分量起始值越大，短路电流瞬时值就越大；直流分量的起始值与短路时间的电流相位直接关系。短路时间参数设置如下图所示：
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一、同步发电机三相短路仿真 1、仿真模型的建立 选取三相同步发电机模型，以三相视图表示。励磁电压和原动机输入转矩Ef 与Tm均为定常值1.0，且发电机空载。当运行至0.5056s时，发电机发生三相短路故障。同步发电机三相短路实验仿真模型如图1所示。 图1 同步发电机三相短路实验仿真模型 2、发电机参数对仿真结果的影响及分析 2.1 衰减时间常数Ta对于直流分量的影响 三相短路电流的直流分量大小不等，但衰减规律相同，均按指数规律衰减，衰减时间常数为Ta，由定子回路的电阻和等值电感决定（大约0.2s）。pscad同步发电机模型衰减时间常数Ta对应位置如图3所示（当前Ta=0.278s）。 图3 同步发电机模型参数Ta对应位置
1）Ta=0.278s时，直流分量的衰减过程（以励磁电流作为分析）如图4所示。 图4 Ta=0.278s发生短路If波形 2）Ta=0.0278s时，直流分量的衰减过程（以励磁电流作为分析）如图5所示。 图5 Ta=0.278s发生短路If波形 2.2 短路时刻的不同对短路电流的影响 由于短路电流的直流分量起始值越大，短路电流瞬时值就越大，而直流分量的起始值于短路时刻的电流相位有关，即直流分量是由于短路后电流不能突变而产生的。 Pscad模型中对短路时刻的设置如图6所示 图6 Pscad对于短路时刻的设置 1）当在t=0.5056时发生三相短路，三相短路电流波形如图7所示。 图7 t=0.5056时三相短路电流波形 2）当在t=0.6时发生三相短路，三相短路电流波形如图8所示。 图8 t=6时三相短路电流波形 2.3 Xd、Xd`、Xd``对短路电流的影响 1) Xd的影响 Pscad中对于Xd的设置如图9所示： 图9 Pscad对于D轴同步电抗Xd的设置 下面验证不同Xd时A相短路电流的稳定值。 i.Xd=1.014（标幺制，下同）时，仿真波形如图10所示 图10 Xd=1.014时A相短路电流波形 ii.Xd=10时，仿真波形如图11所示 图11 Xd=1.014时A相短路电流波形 2）Xd`的影响 在Pscad中暂态电抗Xd`的设置如图13所示： 图13 Pscad对于暂态电抗Xd的设置 下面验证不同Xd`时A相短路电流的暂态过程。
简单例子，设模块两输入一输出，输入的名称定义为in1和in2，输出为out !一行的开始的感叹号表示本行为注释 !输入输出端口的变量前面需要加一个$符号 if($in1>$in2) then $out=$in1 elseif($in1<$in2) then $out=$in2 else $out=0 Endif Pscad有2种方法可以保存采样数据。 一是recorder，另外一种是channel save。第一种方法最为常用，也最方便，平时应用已足够了。第二种方法则在特定的情况下能发挥奇效。 先说recorder。重点讲一下其中的几个设置。 1. Recording Time Step：必须是整数，小数位一律没用。比如说60Hz，64采样点/周波，输入260就行了，输入260.42和输入260是一个效果的。最大采样时间精度是1微妙，如果需要更小的采样周期，可以使用第二种方法。 2. Output file format：一般选RTP，或COMTRADE99。其中RTP格式简单，但是一些情况下，某些采样点会以xxxxxx保存，如果发生这种情况，把对应采样channel中的pt or ct ratio 改成一个很大的值，例如10000，重新运行就可以了。COMTRADE99的格式复杂一些，但是不会出上面的错误。 3. Analog Output Maximum：现在采样要16位吧，2的16次方-1=65535。缺省的4096是12位采样精度，我感觉4095更对，设计人员少硬件知识：-（。 4. 如果某个channel之前有ct或pt模块，别忘了给相应的channel选择二次测，并填写正确的pt or ct ratio。 5. System Frequency：具体没有什么用处，50，60对数据没影响，只是会在数据文件中保留这个频率。 6. 其他的缺省值就可以了。 需要注意几点： 1. 模块外部有采样起始和终止时间的控制。仿真如果在采样终止时间之前人为终止，则数据文件是.nam的临时文件，不能解读。如果仿真在采样终止时间之前自行终止，则依然会生成正常的数据文件。 2. 如果添加recorder模块后，程序反而编译不通过，出现Runtime error的对话框，有abnormal program termination的出错信息。如果检查其他都正常，可以尝试修改Output file name，因为你的输入文件名不合适。如果添加多个recorder模块后，在仿真中间出现错误，是因为多个recorder的输出文件名相同了。你也许会说文件名是不同的，但你可以检查一下每个文件名的前8位是否相同？recorder只认前8位，后面的一律省略。
第３０卷第２期２００８年４月 电气电子教学学报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＥＥ ＶｏＬ３０Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２００８ 基于ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ软件的过电压保护教学仿真 张小青，杨大晟 （北京交通大学电气工程学院，北京１０００４４） 摘要：由加拿大马里托巴高压直流研究中心推出的ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ软件包以其强大的功能在电力系统及相关领域里已获得了广泛的应用，同时它也为高等学校电气工程专业教学仿真提供了一种有效的工具。本文介绍ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ教育版软件包在电力系统过电压仿真教学中的应用，对该软件包的过电压模拟基本功能、系统网络元件及算法和计算流程进行了较为详细的讨论，并给出了操作和雷电过电压仿真的具体算例。 关键词：教学仿真；ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ；过电压；暂态模拟 中图分类号：ＴＰ３１９文献标识码：Ａ文章编号：１００８－０６８６（２００８）０２—００８４－０４ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｒａｉｎｉｎｇｏｆＯｖｅｒｖｏｌｔａｇｅＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ ＺＨＡＮＧＸｉａｏ－ｑｉｎｇ，ＹＡＮＧＤａ－ｓｈｅｎｇ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅＯｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＢｅＯｉｎｇ１０００４４?Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙＭａｎｉｔｏｂａＨＶＤＣＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＣａｎａｄａｈａｓｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔａｒｅａｓａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔｍｅａｎｓｆｏｒｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｏｆ‘ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍａｊｏｒｓｏｆｃｏｌｌｅｇｅｓａｎｄｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ．ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣｏｆｅｄｕｃａｔｉｏｎｖｅｒｓｉｏｎｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｏｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｏｖｅｒｖｏｈａｇｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｓｙｓｔｅｍｎｅｔｗｏｒｋｅｌｅｍｅｎｔｓ，ａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｖｅｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｐａｃｋａｇｅａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ａｌｓｏ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｅｘａｍｐｌｅｓａｒｅｇｉｖｅｎｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｓｗｉｔｃｈｉｎｇａｎｄｌｉｇｈｔｎｉｎｇｏｖｅｒｖｏｈａｇｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇ；ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ；ｏｖｅｒｖｏｈａｇｅ；ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ是当前国际上普遍流行的一种电磁暂态分析软件包，它主要用来研究电力系统的暂态过程。该软件包也能适用于一般电气电子线路以及可等价地用电路来描述系统的仿真分析。该软件包是由加拿大马里托巴高压直流研究中心（ＭａｎｉｔｏｂａＨＶＤＣＲｅｓｅａｒｃｈｅｒＣｅｎｔｒｅ）开发出来的。该软件由ＰＳＣＡＤ（ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＣｏｍｐｕｔｅｒＡｄｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）和ＥＭＴＤＣ（ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＴｒａｎ—ｓｉｅｎｔｓＩｎｃｌｕｄｉｎｇＤＣ）两部分软件组成。两者的关系是：前者负责界面图形，后者负责模拟计算。从国内外对ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ软件包的使用情况来看，该软件包不仅能用于电力系统及相关领域的工程设计与科研，还可用于高等学校电气工程及相关专业的仿真教学。在一些发达国家和国内一些高等学校的电气工程类专业教学中，ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ已成为一种行之有效的仿真教学工具。为了适应高电压工程系列课程研究型教学的新需求，我们于２００５年引进了教育版ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ．（４．１），共计装设 收稿日期：２００８－０１－０５；修回日期：２００８—０３—０６北京市高等教育“十－－／［”专项规划重点项目和北京交通大学重点教改项目（２３０一ＩＩ，４４０７７）作者简介：张小青（１９５７一），男，博士，研究员，主要研究方向为电力系统电磁暂态，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｘｑｉｏｎｇ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｏｏｍ 杨大晟（１９８０－），男，博士研究生，主要研究方向为雷电防护。 万方数据
基于PSCAD的电力系统暂态分析课程设计 1 绪论 1.1意义及背景 暂态是电力系统运行状态之一,由于受到扰动系统运行参量将发生很大的变化，处于暂态过程;暂态过程有两种，一种是电力系统中的转动元件，如发电机和电动机，其暂态过程主要是由于机械转矩和电磁转矩(或功率)之间的不平衡而引起的，通常称为机电过程，即机电暂态，另一种是变压器、输电线等元件中，由于并不牵涉角位移、角速度等机械量，故其暂态过程称为电磁过程，即电磁暂态。同时它又是研究电力系统的一项重要分析功能，是进行故障计算，继电保护鉴定，安全分析的工具。在电力系统规划设计和现有电力系统运行方式的研究中，都需要利用电力系统短路计算来定量的比较供电方案或运行方式的合理性、可靠性和经济性。在三相系统中，短路故障又可分成三相短路、两相短路、单相短路、单相接地短路、两相接地短路等多种。当电路发生短路时，能使导体温度迅速升高，绝缘破坏，甚至使导体发红，熔化，导致设备损坏。高压电网的短路故障可引起电网瓦解。短路产生的电弧、火花可引发火灾、爆炸、电伤等恶性事故。 最初，电力系统短路计算是通过人工手算的。后来为了适应电力系统日益发展的需要，采用了交流计算台。随着电子数字计算机的出现，1956 年 Ward 等人编制了实际可行的计算机短路计算仿真软件。这样，就为日趋复杂的大规模电力系统提供了极其有力的计算手段。经过几十年的时间，电力系统短路计算已经发展得十分成熟。 1.2 国内外电力系统发展现状 1995年全世界的发电装机总容量为30.0亿kW，1998年为32.5kW。全世界人均用电量为2400kW?h。预计在1995,2020年的25年中，世界能源消耗将增加
基于PSCAD仿真的配电网小电流接地系统建模 摘要：本文主要介绍了利用PSCAD/EMTDC仿真软件提供的电力仿真模块构建 10kV馈线及负荷系统，对系统进行仿真试验，得到发生单相接地时线路的电流波形，并给出零序电压、电流、功率的仿真测量方法，为故障选线的研究作铺垫。 关键词：小电流接地系统；单相接地；建模；仿真 0 引言 在我国10kV配电网中，广泛采用的是非有效接地系统，当发生单相接地故障时由于不能构成低阻抗的短路回路,接地短路电流很小,故此种系统也称为小电流 接地系统[1]。由于其稳态故障电流幅值较小，因此故障无法轻易的检测与判定， 所以给故障选线增加了不少难度[2]。伴随国家经济的迅速增长以及电网规模不断 扩大，用户对供电可靠性的需求也越来越高，因此，对非有效接地系统接地故障 的研究显得尤为重要。本文利用PSCAD构建10kV馈线及负荷系统，建立单相接 地故障的仿真模型。 1 配电网小电流接地系统的建立 配电网仿真系统模型原理图如图1（a），一条110kV母线经一个110kV/10kV 的变电站到10kV母线，变电站低压侧有六条馈线，这些馈线当中两条是架空线，一条是电缆，另外三条是混连线路，Z型变压器中性点经彼得逊线圈串上一个等 效电阻再接地。图1（b）为利用PSCAD软件所建立10kV配电网模型。 (a)实际模型 (b)PSCAD仿真模型 图1 10kV配电网模型 2 系统参数介绍 2.1 线路参数 通过计算架空线路与电缆线路参数，可以获得系统零序电容总。 2.2 彼得逊线圈参数 通过系统零序等值电路可知，中性点经彼得逊线圈接地时，有三种补偿方式，实际工作中，通常为过补偿，补偿系数一般取到1.05。要精确地取到1.05，先 要计算出全补偿时彼得逊线圈的值。当处在全补偿状态，流经短路点的容性电流 与感性电流相等，即，从中可以得出式中：为电网工频50Hz，为彼得逊线圈零 序电感。 系统中性点的彼得逊线圈通过零序电流时，设彼得逊线圈的阻抗为上将通过 三倍的零序电流，并产生相应的电势差，由于实际线路和等效电路的中性点对地 的电势差相同，所以在等效电路中，彼得逊线圈阻抗取为，即实际的电感L应该 为零序等值电路中电感的，代入数据计算得到。过补偿度取1.05，算得彼得逊 线圈。在实际工作中的彼得逊线圈并不是一个纯电感，其还带有有功损耗，有功 损耗通常为感性无功损耗的2.5%-5%，因此在仿真图中我们可以用一个等效电阻 来替代彼得逊线圈的有功损耗，将其取为感性无功损耗的3%，通过计算得到彼 得逊线圈有功损耗等效电阻。 2.3 负荷、变压器等其他参数 每条馈线负荷为500-1000KVA不等，馈线的负荷侧变压器为三角形/星型接法，变压器变比为10kV/380V，母线侧变电站变压器变比为110kV/10kV。发电机出口
P S C A D的电力系统仿 真大作业 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#
电力系统分析课程报告 姓名 ******* 学院自动化与电气工程学院 专业控制科学与工程 班级 ******* 指导老师 ******* 二〇一六年五月十三
一、同步发电机三相短路仿真 1、仿真模型的建立 选取三相同步发电机模型，以三相视图表示。励磁电压和原动机输入转矩Ef与Tm均为定常值，且发电机空载。当运行至时，发电机发生三相短路故障。同步发电机三相短路实验仿真模型如图1所示。 图1 同步发电机三相短路实验仿真模型 2、发电机参数对仿真结果的影响及分析 衰减时间常数Ta对于直流分量的影响 三相短路电流的直流分量大小不等，但衰减规律相同，均按指数规律衰减，衰减时间常数为Ta，由定子回路的电阻和等值电感决定（大约）。pscad 同步发电机模型衰减时间常数Ta对应位置如图3所示（当前Ta=）。
图3 同步发电机模型参数Ta对应位置 1）Ta=时，直流分量的衰减过程（以励磁电流作为分析）如图4所示。 图4 Ta=发生短路If波形 2）Ta=时，直流分量的衰减过程（以励磁电流作为分析）如图5所示。 图5 Ta=发生短路If波形
短路时刻的不同对短路电流的影响 由于短路电流的直流分量起始值越大，短路电流瞬时值就越大，而直流分量的起始值于短路时刻的电流相位有关，即直流分量是由于短路后电流不能突变而产生的。 Pscad模型中对短路时刻的设置如图6所示 图6 Pscad对于短路时刻的设置 1）当在t=时发生三相短路，三相短路电流波形如图7所示。 图7 t=时三相短路电流波形 2）当在t=时发生三相短路，三相短路电流波形如图8所示。