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PSCAD电力电子仿真讲义谭甜源武汉大学电气工程学院2012年6月目录第一部分：电力电子基本模块及其功能 (1)1.电力电子器件（Power Electronic Switch） (1)1.1二极管（Diode） (1)1.2晶闸管（Thyristor） (2)1.3 Transistor/GTO/IGBT (3)2.插值触发脉冲发生器 (3)2.1插值和器件动作（Interpolation and Switching） (3)2.2插值点的触发脉冲（Interpolated Firing Pulses） (7)3.控制系统的搭建（电力电子装置常用控制模块） (7)3.1 锁相环（Three-Phase PI-Controlled Phase Locked Loop） (7)3.2 静止坐标系和旋转坐标系变换（abc to dq0 Transformation） (8)3.3 PI控制器 (9)3.4 传递函数 (9)3.5 载波调制PWM算法 (10)3.6 采样和保持模块 (11)3.7 滤波器 (12)3.8 逻辑控制 (12)3.9 FFT变换器 (13)4.自定义元件或模块的应用（Creating a New Coponent or Module） (13)4.1使用元件向导（Using the Component Wizard） (13)5.与MATLAB的仿真接口 (17)第二部分：PSCAD自带例程中有关电力电子部分的讲解 (25)1.Power Electronics（常见电力电子装置） (25)1.1 Single-Phase Thyristor Half-Wave Rectifier（单相半波半控整流电路） (25)1.2 Single-Phase GTO Half-Wave Rectifier（单相半波全控整流电路） (25)1.3 Phase Controlled AC Switch（相控交流开关电路） (25)2.APF（有源电力滤波器） (25)2.1 6-Pulse Bridge（6脉波桥）（常用非线性负载） (25)2.2 并联型有源电力滤波器（Shunt APF） (26)2.3 串联型有源电力滤波器（Series APF） (28)第三部分：典型应用案例介绍 (29)1.仿真模拟连续控制系统（采用滞环电流跟踪控制法的APF） (29)2.仿真离散数字控制系统（采用三角波比较法的APF） (29)附录A：其它常用相关模块及其功能介绍 (31)A.1 电力电子仿真常用元件模块 (31)A.1.1金属氧化物浪涌避雷器（Metal Oxide Surge Arrestor） (31)A.1.2电感（Inductor） (31)A.1.3电压表（Voltmeters） (31)A.1.4实常数（Real Constant） (31)A.1.5电流表，安培表（Current Meter，Ammeter） (31)A.1.6时间信号变量（Time Signal Variable） (32)A.1.7节点环（Node Loop）（Three Phase Electrical Node） (32)A.1.8三相两绕组变压器（3-Phase 2-Winding Transformer） (32)A.1.9接地（Ground） (33)A.1.10单输入比较器（Single Input Comparator） (33)A.2 电力电子装置（TSC、HVDC）： (33)A.2.1 Static VAR Compensator（静止无功补偿器） (33)A.2.2 Generic Current Control（通用的电流控制）－直流输电仿真 (34)A.2.3 Generic Gamma Control（通用的gamma控制）－直流输电仿真 (35)A.2.4 Voltage Dependent Current Limits（依赖于电流限制的电压） (36)A.2.5 Minimum Gamma Measurement（gamma的最小测量值） (36)A.2.6 CCCM Controller for Rectifier（整流器的联合协调控制器） (37)A.2.7 CCCM Contoller for Inverter（逆变器的联合协调控制器） (37)A.2.8 Effective Gamma Measurement（有效的gamma测量值） (39)A.2.9 Apparent Gamma Measurement（视在gamma的测量） (39)A.2.10 Thyristor Switched Capacitor Allocator（晶闸管投切电容器的分配） . 40A.2.11 TSC/TCR Non-Linear Susceptance Characteristic（TSC/TCR的非线性电纳特性） (40)A.2.12 TCR/TSC Capacitor Switching Logic（TCR/TSC电容投切逻辑） (41)第一部分：电力电子基本模块及其功能1.电力电子器件（Power Electronic Switch）PSCAD自带的电力电子开关模块是一个多功能模块，它可以用来模拟常见的五种电力电子器件，包括：二极管（Diode）、晶闸管（Thyristor）、晶体管（Transistor）、门极可关断晶闸管（GTO）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）。
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。
第一章绪论1.1 电力系统分析简介运用数字仿真计算或模拟试验的方法，对电力系统的稳态方式和受到扰动后的暂态行为进行考察的分析研究。
对规划、设计的电力系统，通过电力系统分析，可选择正确的系统参数，制定合理的电力系统方案；对运行中的电力系统，借助电力系统分析，可确定合理的运行方式，进行系统事故分析和预想，提出防止和处理事故的技术措施。
实验报告一、实验目的：1）能熟练运用计算机对不同的短路故障进行仿真；2）能够分析各种短路故障下电压电流的变化过程；3）掌握不对称短路的分析方法；二、完成后的电力系统故障建模图：三、实验内容及步骤：利用实验一建成的模型做以下实验：（故障开始时间均为0.4，故障持续时间1s）1）在AB段任选一处设单相接地故障，在过渡电阻分别为0、50欧、100欧和200欧时，仿真并记录故障点的三相电压电流波形。
2）在AB段首端10km处、AB段200km处及BC段末端10km处分别设单相接地故障，过渡电阻分别为0，仿真并记录故障点的三相电压电流波形。
3）同时在AB段，BC段任选一处设相间接地短路，过渡电阻为0，仿真并记录两个故障点的三相电压电流波形；4）同时在AB段，AD段任选一处设相间短路(两条相线相接)，等效过渡电阻为0，仿真并记录两个故障点的三相电压电流波形；5）在变压器出口处设三相短路，仿真并记录故障点三相电压电流波形。
四、实验仿真结果：1、在AB段任选一处设单相接地故障，在过渡电阻为0欧时的三相电压电流波形图：2、在AB段任选一处设单相接地故障，在过渡电阻为50欧时的三相电压电流波形图：3、在AB段任选一处设单相接地故障，在过渡电阻为100欧时的三相电压电流波形图：4、在AB段任选一处设单相接地故障，在过渡电阻为200欧时的三相电压电流波形图：5、在AB段首端10km处设单相接地故障，过渡电阻分别为0，故障点的三相电压电流波形6、AB段200km处设单相接地故障，过渡电阻分别为0，故障点的三相电压电流波形7、BC段末端10km处设单相接地故障，过渡电阻分别为0，故障点的三相电压电流波形8、在AB段，BC段任选一处设相间接地短路，过渡电阻为0；在AB段，AD段任选一处设相间短路，等效过渡电阻为0，AB段故障点的三相电压电流波形；BC段故障点的三相电压电流波形；AD段故障点的三相电压电流波形；9、在变压器出口处设三相短路，故障点三相电压电流波形。
电力系统故障仿真实验指导书（PSCAD/ EMTDC软件手册）（试用版）目录第一章PSCAD/EMTDC软件介绍 (1)1.1 概述 (1)1.2 PSCAD/EMTDC软件的使用 (2)1.2.1 PSCAD/EMTDC基本操作方法 (2)1.2.2 PSCAD/EMTDC故障建模及仿真流程 (12)第二章实验项目 (16)实验一电力系统故障建模 (16)1、实验目的 (16)2、预习要求 (16)3、实验内容及步骤 (16)4、思考题 (17)5、实验报告 (17)实验二电力系统故障仿真分析 (17)1、实验目的 (17)2、预习要求 (17)3、实验内容及步骤 (17)4、思考题 (18)5、实验报告 (18)实验三 IEEE14bus系统建模（选做） (19)附录不同电压等级下的输电线路典型参数 (20)第一章PSCAD/EMTDC软件介绍1.1 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。
电力系统分析课程报告姓名*******学院自动化与电气工程学院一、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4Ta=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5Ta=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6Pscad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7t=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8t=6时三相短路电流波形2.3Xd、Xd`、Xd``对短路电流的影响1)Xd的影响2.4Td`、Td``对短路电流的影响在Pscad中衰减时间常数的设置如图19所示：图19Pscad对于衰减时间常数的设置1）下面验证不同Td`时A相短路电流暂态交流分量衰减速度。
i.Td`=6.55时短路励磁电流的波形如图20所示图20Td`=6.55时短路励磁电流的波形ii.Td`=1.55时短路励磁电流的波形如图21所示图21Td`=1.55时短路励磁电流的波形2）下面验证不同Td``时A相短路电流暂态交流分量衰减速度。
i.Td``=0.039时短路励磁电流的波形如图22所示图22Td``=0.039时短路励磁电流的波形ii.Td``=3.039时短路励磁电流的波形如图23所示图23Td``=3.039时短路励磁电流的波形二、简单电力网络的线路故障仿真1、仿真模型的建立仿真模型预览图根据题目要求，建立如图24所示的仿真模型。
仿真计算1、在PSCAD中建立经典旳同步发电机模型，对同步发电机出口三相短路进行仿真研究。
规定：（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括旳多种分量与否一致；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具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，但衰减规律相似，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，大概在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），增长或者减小，截取定子三相电流，并与第一步成果对比分析；图一是Xd`=0.314 p.u，Xd``=0.280 p.u状况下旳定子电流波形；图二是Xd`=0.514 p.u, Xd``=0.280 p.u状况下旳定子电流波形。
显然，伴随Xd`旳增大定子旳电流在减少。
图三、定子三相短路电流（3）修改时间常数Td（Td’，T’’d），增长或者减小，截取定子三相电流，并与第一步成果对比分析。
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、运用暂态仿真软件对下面旳简朴电网进行建模，对模型中各元件参数进行详细阐明，并进行短路计算。
将故障点旳电流电压波形及线路M端旳电流电压波形、相量图粘贴到课程汇报上。
规定：（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15oδ=。
（3）故障点设置为线路MN中点（25km处）。
（4）仿真成果包括M、N两侧和短路点处旳三相电压、电流旳瞬时值波形和短路发生后时刻旳三相电压、电流相量图。
三、课程学习心得通过本课程旳学习，你有哪些体会和心得，请写出来。
可以从如下几种方面考虑，但不局限于这些方面：通过课程你学到了哪些知识；学会了哪些措施；对电力系统旳认识；对课程旳提议等。
基于PSCAD的微电网控制系统建模与仿真PSCAD软件是电力系统仿真软件中的一种，它可以用于设计、分析和优化电力系统的控制系统。
微电网是一种能够让多种不同的能源设备和负载集成在一起的电力系统，其控制和管理对于实现微电网功率均衡和优化非常关键。
因此，本文将介绍如何使用PSCAD软件来建模和仿真微电网控制系统。
第一步，建立微电网模型。
在PSCAD中创建新项目后，选择微电网模型的拓扑结构，包括各种能源源（太阳能光伏发电、风能发电等）和负载（家庭、工厂等）。
将拓扑结构中所有的能量汇（如充电电池、ESSE等）布置在一个区域内，充当能量存储和管理的中心。
在模型设置中，设置各种能源源的容量、负载需求、电池充放电等参数。
第二步，建立微电网控制系统。
将微网设计中的器件或系统连接起来，实现对微电网的控制和管理。
利用PSCAD提供的控制器和信号处理器建立微网的分级控制系统。
根据需要，加入分布式控制算法、能量管理算法和负载控制算法等实现微电网的自动管理。
第三步，仿真并测试微电网控制系统。
使用PSCAD中的仿真功能验证微电网控制系统的功能和性能。
为了优化微电网，可以通过调整控制系统参数来达到更好的功率均衡和能量管理效果。
通过对微电网的仿真，可以对微电网的性能进行全面的评估。
例如，可以确定微电网的电池容量是否足够、是否可以满足负载要求等。
在模拟期间，可以观察模型中多个部件之间的交互，并使用数字仪表板和时间响应曲线记录电力系统中的电量和电压。
在仿真结束后，还可以使用PSCAD生成仿真报告，分析系统的性能指标并评估系统的性能。
总之，PSCAD可以用于微电网控制系统的建模、仿真和优化，可以帮助使用者快速、高效地评估微电网性能和控制系统的优化。
据此，未来微电网的发展将会有更加广阔的前景。
数据分析是现代社会中必不可少的方法之一，可以通过数据分析的结果在各种领域中做出更好的决策。
下面我们将列举一些相关数据进行分析。
首先，我们来看全球各大洲的能源消耗情况。
基于PSCAD和MATLAB的电力系统电磁暂态仿真研究摘要电磁暂态的研究主要是针对电力系统出现故障时对系统参数进行分析。
本文根据电力系统的故障分析理论，运用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC和系统仿真软件MATLAB，以双电源供电系统为模型分别对其进行了单相接地、两相相间短路及三相接地故障条件下的电磁暂态仿真分析，通过仿真结果比较，得出两种仿真环境下的仿真波形几乎一致，与故障分析算例基本吻合，这说明这两种仿真环境都适用于电力系统的电磁暂态仿真，但在故障设置方面，PSCAD的设置更为灵活方便。
同时，由PSCAD建立一个简单的交直流传输系统为模型，根据PSCAD-MATLAB接口技术原理，实现了接口环境下的电磁暂态仿真研究，这说明了PSCAD-MATLAB接口仿真技术在电磁暂态分析中的有效性。
关键字：电磁暂态；PSCAD；MATLAB；接口技术The simulation study for electromagnetic transient in powersystem based on PSCAD and MATLABAbstractElectro-magnetic transient research mainly aims at power system which for analysis of system parameters when it is malfunctioning. Based on the theory of fault analysis in power system, the usage of Power System Computer Aided Design/Electromagnetic Transients in DC system and Matrix Laboratory, as well as the model of two-source supply system, this paper mainly illustrates the simulation for electromagnetic transients through the application of a variety of faults, such as single-phase earth fault, inter-phase short circuit, andthree-phase grounding fault. By the comparison of simulation outcomes, it showed that the simulation waveforms under two kinds of simulation environment does almost unanimously which is similar to the example of fault analysis, the two simulation environments are suitable for the research of electromagnetic transients in power system. But in fault setting, the setting of PSCAD is more agile and convenient . Meanwhile, it presented the implementation of the simulation study for electromagnetic transient with the basis of the principle ofPSCAD-MATLAB interface techniques and the model established by PSCAD of a simple AC/DC transmission system, which has shown that the effectiveness of PSCAD-MA TLAB interface techniques in the study of electromagnetic transients.Key words: electromagnetic transients; PSCAD; MATLAB; interface techniques目录摘要 (I)Abstract (II)第一章概述 (1)1.1 国内系统事故概况 (1)1.2 电力系统的电磁暂态数字仿真概述 (2)1.3 本文主要工作 (3)第二章电力系统的故障分析 (5)2.1 电力系统的故障介绍 (5)2.1.1 电力系统的短路故障概念和分类 (5)2.1.2 电力系统的短路故障原因及其危害 (6)2.2 电力系统的不对称故障分析方法—对称分量法 (7)2.2.1 对称分量法原理 (7)2.2.2 对称分量法的应用 (8)2.2.3 正序等效定则 (10)第三章基于PSCAD/EMTDC和MATLAB的电磁暂态仿真设计 (12)3.1 PSCAD/EMTDC的工作环境介绍 (12)3.2 MATLA的工作环境介绍 (15)3.3 基于PSCAD和MATLAB的电力系统电磁暂态仿真设计 (19)3.3.1 基于PSCAD交流电力网络的模型建立 (19)3.3.2 基于MA TLAB交流电力网络的模型建立 (24)3.3.3电力系统的故障设置 (28)3.3.4时域仿真分析 (30)第四章基于PSCAD/EMTDC和MATLAB的电磁暂态接口仿真研究 (32)4.1 PSCAD和MATLAB的接口技术介绍 (32)4.1.1 接口技术的背景 (32)4.1.2 接口技术原理及接口的实现过程 (33)4.2 基于PSCAD-MA TLAB的电力系统电磁暂态仿真 (35)4.2.1 基于PSCAD的交直流系统的模型建立 (35)4.2.2 电力系统的故障设置 (39)4.2.3 PSCAD-MA TLAB的接口环节 (40)4.2.4 时域仿真分析 (41)4.2.5 接口仿真分析 (43)第五章结束语 (51)参考文献 (52)附录A (54)附录B (58)致谢 (62)第一章概述1.1 国内系统事故概况我国电力系统是世界上发展非常迅速的系统。
