PSCAD电力电子装置仿真

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。

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Ea1.2.1 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：图1.5 短路时间参数设置1）当0.5056s时发生三相短路，电流波形如下图所示：图1.6 三相短路电流波形2）当0.8065s时发生三相短路，电流波形如下图所示：图1.7 三相短路电流波形1.2.3 Xd、Xd`、Xd``对短路电流的影响(1) Xd不同的影响同步发电机的三相短路研究模型中Xd的参数设置如下图所示：图1.8 Xd的参数设置仿真波形如下图所示：图1.9 三相短路电流波形同步发电机的三相短路研究模型中Xd的参数设置如下图所示：图1.10 Xd的参数设置Xd=10.14时，仿真波形如下图所示图1.11 三相短路电流波形（2）Xd`的影响同步发电机的三相短路研究模型中Xd’的参数设置如下图所示：图1.12 Xd的参数设置Xd’=0.314时三相短路电流的波形如下图所示：图1.13 三相短路电流波形同步发电机的三相短路研究模型中Xd’的参数设置如下图所示：图1.14 Xd’的参数设置Xd’=1.01时，三相短路电流的波形如下图所示：图1.15 三相短路电流波形（3）Xd’’的影响同步发电机的三相短路研究模型中Xd’’的参数设置如下图所示：图1.16 Xd’’的参数设置Xd’’=10.14时，仿真波形如下图所示：图1.17 三相短路电流波形同步发电机的三相短路研究模型中Xd’’的参数设置如下图所示：图1.18 Xd’’的参数设置Xd’’=0.9时三相短路电流的波形如下图所示：图1.19 三相短路电流波形1.2.4衰减时间常数Td’、Td’’的影响（1）不同Td’时A相短路电流暂态交流分量衰减速度。

基于PSCAD的高压直流输电系统建模与仿真摘要：为了配合高压直流输电系统在我国的发展，介绍了高压直流输电系统的基本结构和工作原理，运用PSCAD仿真软件分别建立、分析了HVDC系统的简化模型和CIGRE的HVDC 标准测试系统模型，对四种故障下的暂态响应进行仿真计算，仿真结果表明交直流系统中的任何故障都会使直流输电控制系统的控制模式发生快速切换，且其响应速度很快，即使在交流系统故障未切除的很短时间内，直流控制系统也已能达到一种稳定的控制模式。

关键词：高压直流输电(HVDC)；电流源型换流器；PSCAD；PWM；标准测试系统0 引言高压直流输电今年来发展很快，是我国重要的区域联网方式。

文献[1]指出，我国已建成了世界上第一个±800kV的最高直流电压等级的特高压直流输电工程，且计划在2020年前投运的直流输电工程将超过30个，学习和掌握直流输电技术成为电力电子技术领域及电力工程领域工作人员不可缺少的知识构成。

本文利用PSCAD仿真软件对HVDC系统进行了由简单到复杂的建模和仿真，对其运行特性进行观测和研究，是在高压直流输电课程的学习之后的总结与提升，为以后的深入学习奠定基础。

在简化模型中，直流输电系统简化为以不可控整流器、平波电抗器和逆变器相连接的交流电源，逆变器的触发脉冲由PWM调制生成，观测整流输出电流和逆变输出电压。

在较复杂的CIGRE的直流输电标准测试系统模型中，采用可控的双桥12脉动换流器作为整流器和逆变器，观测交直流侧电压、电流。

1 HVDC系统简介4图1 长距离式HVDC系统主接线1—交流系统2—换流变压器3—脉动换流器4—平波电抗器5—交流滤波器6—直流滤波器高压直流输电由将交流电变换为直流电的整流器、高压直流输电线路和将直流电变换为交流电的逆变器三部分构成，因此从结构上看，高压直流输电是交流-直流-交流形式的电力电子换流电路。

到目前为止，工程上绝大部分直流输电的换流器(又称换流阀，包含整流器和逆变器)由半控型晶闸管器件组成，称采用这种换流器的直流输电为常规高压直流输电。

12　第26卷第7期2010年7月电力科学与工程Electr i c Power Sc i ence and Eng i n eer i n gVol 126,No 17Jul .,2010PSCAD /E M T DC 自定义元件在电力系统仿真中的运用袁　欣,孙元博,张承学(武汉大学电气工程学院,湖北武汉430072)摘要:以配电网单相故障选线为背景,以提高电磁暂态分析软件PSCAD /E M T DC 在电力系统仿真中的灵活性为目的,提出了基于PSCAD /E M T DC 与MAT LAB 接口技术的自定义模型实现方法。

充分利用了PS CAD /E M T DC 与MAT LAB 两款软件的优点。

用PSC AD /E MT DC 建立接口模型,实现接口模型的参数设置,启动MAT LAB 数据引擎调用M 文件。

分析了一个配网单相短路实例,将接口程序产生的数据作为选线算法的入口数据并进行了一种方法的故障选线。

仿真结果表明,通过相应的接口技术可以实现自定义模型的故障选线功能。

关键词:PS CAD /E M T DC;自定义模型;MAT LAB;接口技术;相关系数中图分类号:T M743;TP311154 文献标识码:A收稿日期:2010-04-09。

基金项目:江西省研究生创新基金项目(YC08A075)。

作者简介:袁欣(1985-),男,硕士研究生,研究方向为电力系统仿真、运行与控制,E 2mail:yuanxin1570@ 。

0　引　言 PSCAD /E MT DC 是目前世界上被广泛使用的一种电力系统仿真分析软件。

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F OR 2T RAN 编译器进行编译、连接,运行的结果可以随着程序运行实时地生成曲线,以检验运算结果是否合理,并能与MAT LAB 接口[1,2]。

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 EMTDC/PSCADEMTDC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。

2 PSAPACPSAPAC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。

其包含多个模块，其中部分模块可以单独使用。

模块和功能如下：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。

关于 PSCAD 的电力系统电压调节器仿真分析.摘要：对于发电厂来说，高压母线电压稳定性对于整个电压的稳定性来说是十分重要的，安装电力系统电压调节器之后可以显著提升发电机动态无功储备容量，进而能够有效提升高压路线的电压稳定性。

在本研究中，针对电力系统电压调节器数学模型，进一步分析负调节效果，能够为之后电厂PSVR的运用奠定基础，构建基于电力系统计算机软件的PSVR仿真模型，进而能够对电厂中的电网事故，波动情况，冲击负荷等多种扰动现象进行仿真分析，验证PSVR在线提升机组对电力系统的支撑效果。

通过仿真分析我们发现，利用PSVR能够通过发电机潜在无功容量，提升其无功响应速度，进而能够快速恢复暂态电压，提升机组对发电厂高压母线稳定性的作用。

关键字：PSCAD；电力系统；电压调节器；仿真；分析近年来随着全国范围内电网互联工程的广泛实施，以及交直流电网施工规模的扩大，具备动态无功储备对于直流交流电网实现电压稳定性来说是十分重要的，目前对于在大型受端电网来说，暂态电压的稳定性是当前急需解决的问题。

发电厂的高压母线是电网交互和发电厂的重要界面，其高压母线的稳定性将对于整个电网稳定性十分重要，相比并联补偿电抗器，电容器等来说具有较快的数据响应速度，调节平滑等特点，传统发电机类似调节器主要是通过发电机端电压控制，然而当出现电网故障时需要较多的无功功率，进而提升其电压稳定性，无法提供较多无功功率，维持高压母线电压处于较高水平。

在安装电压调节器之后可以帮助电厂发电机提高动态无功储备容量，进而可以稳定发电厂的高压母线稳定性，因此有必要深入分析电力系统的电压调节器。

在本研究中，基于当前大电网动态无功储备量逐渐减小，且电网电压受到挑战的情况下，深入分析了电力系统电压调节器的有关性能，并且分析PSVR负调差效果，以某电厂作为研究对象，针对PSVR的具体应用作为研究对象，构建了基于电力系统计算机软件的研究系统仿真模型，包括励磁系统，PSVR，电网负荷模型，能够对该电厂的冲击负荷，电网事故，无功电压波动等多种扰动进行模拟分析，并进一步验证了PSVR在有效提升机组对无功支撑的有效作用。

电力系统分析软件介绍1 EMTDC/PSCADEMTDC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。

2 PSAPACPSAPAC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。

其包含多个模块，其中部分模块可以单独使用。

模块和功能如下：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（V oltage 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。

电力系统分析软件介绍1 EMTDC/PSCADEMTDC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。

2 PSAPACPSAPAC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。

其包含多个模块，其中部分模块可以单独使用。

模块和功能如下：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（V oltage 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。

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。

我们在以下领域为客户提供了一系列的解决方案:.负载流、短路和动态研究.系统规划研究.运筹规划研究（短期规划）.转让限制.系统影响研究（HVDC，风能，太阳能）.基于FACTS的解决方案.次同步谐振（SSR）.电磁暂态研究.绝缘配合研究（雷电、开关SOV，TOV）.断路器TRV.GIS站的快速瞬变.费罗共振，网共振和变压器励磁涌流.电容器组的设计.电动机启动.详细故障与保护系统分析.系统恢复（黑启动）研究.电能质量谐波、闪变.传输线场效应和电晕分析自定义模型的开发HVDC研究我们拥有经验丰富，熟悉多学科的专家团队，并且为世界各地的HVDC电力系统社区提供专门的工程解决方案。

基于PSCAD的高压直流输电系统建模与仿真摘要：为了配合高压直流输电系统在我国的发展，介绍了高压直流输电系统的基本结构和工作原理，运用PSCAD仿真软件分别建立、分析了HVDC系统的简化模型和CIGRE的HVDC 标准测试系统模型，对四种故障下的暂态响应进行仿真计算，仿真结果表明交直流系统中的任何故障都会使直流输电控制系统的控制模式发生快速切换，且其响应速度很快，即使在交流系统故障未切除的很短时间内，直流控制系统也已能达到一种稳定的控制模式。

关键词：高压直流输电(HVDC)；电流源型换流器；PSCAD；PWM；标准测试系统0 引言高压直流输电今年来发展很快，是我国重要的区域联网方式。

文献[1]指出，我国已建成了世界上第一个±800kV的最高直流电压等级的特高压直流输电工程，且计划在2020年前投运的直流输电工程将超过30个，学习和掌握直流输电技术成为电力电子技术领域及电力工程领域工作人员不可缺少的知识构成。

本文利用PSCAD仿真软件对HVDC系统进行了由简单到复杂的建模和仿真，对其运行特性进行观测和研究，是在高压直流输电课程的学习之后的总结与提升，为以后的深入学习奠定基础。

在简化模型中，直流输电系统简化为以不可控整流器、平波电抗器和逆变器相连接的交流电源，逆变器的触发脉冲由PWM调制生成，观测整流输出电流和逆变输出电压。

在较复杂的CIGRE的直流输电标准测试系统模型中，采用可控的双桥12脉动换流器作为整流器和逆变器，观测交直流侧电压、电流。

1 HVDC系统简介4图1 长距离式HVDC系统主接线1—交流系统2—换流变压器3—脉动换流器4—平波电抗器5—交流滤波器6—直流滤波器高压直流输电由将交流电变换为直流电的整流器、高压直流输电线路和将直流电变换为交流电的逆变器三部分构成，因此从结构上看，高压直流输电是交流-直流-交流形式的电力电子换流电路。

到目前为止，工程上绝大部分直流输电的换流器(又称换流阀，包含整流器和逆变器)由半控型晶闸管器件组成，称采用这种换流器的直流输电为常规高压直流输电。

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=$in1elseif($in1<$in2) then$out=$in2else$out=0EndifPscad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。