PSCAD实验教程(桑丙玉)

电力系统仿真实验指导书 EMTDC/PSCAD故障分析建模及故障仿真

西南交通大学 目 录 1.概述 1.1 EMTDC/PSCAD软件介绍 ................. 错误！未定义书签。 1.2 电力系统故障概念 ............................................................... 6 2.实验内容 实验一 单节点系统故障建模及仿真 2.1 实验目的 ................................................................................ 7 2.2 实验内容 ................................................................................ 7 2.3 实验步骤 ................................................................................ 7 2.4 思考题................................................................................... 10 实验二 四节点系统故障建模及仿真 3.1 实验目的 .............................................................................. 11 3.2 实验内容 .............................................................................. 11 3.3 思考题................................................................................... 11 实验三 IEEE14BUS系统故障建模(选做)1错误！未定义书签。 附录 不同电压等级下的输电线路典型参数 ........... 13 1

1、概述 1.1 EMTDC/PSCAD软件介绍 EMTDC/PSCAD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研究软件， EMTDC（Electromagnetic Transients including DC）是其内部执行程序，可视化的图形界面PSCAD（Power Systems Computer Aided Design）使用户可以非常方便地绘制仿真系统。 EMTDC/PSCAD是一个能够设计和仿真所有类型电力系统的快速、精确、易使用的软件，它能够仿真低压电力电子回路、高压直流传输（HVDC）以及柔性交流传输系统（FACTS）等，它主要用在以下方面： 电能质量研究 电力电子系统与控制的设计 分布式发电研究 电力系统交、直流系统的研究 电力系统保护的研究

1）EMTDC/PSCAD主界面。如图1－1所示：

图1－1 EMTDC/PSCAD主界面 菜单栏：包括文件、编辑、视图、编译、窗口、帮助选项。 工具栏：基本工具，如保存、打印、缩放、连线、创建新元件等。 编译运行按钮：包括编译、链接、运行。 主元件库：Master Library包含很多元件模型，在打开软件时会自动加载这个库，从库中选择元件进行建模。 2

项目窗口：包含所有加载进来的库和例子。 状态栏：显示当前例子状态。在编译运行时会显示进度。 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：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。 工作窗口切换：使工作区在电路、图形、参数、编程等显示界面切换。 图形显示：将要观察的电气量以波形显示出来。 工作区：在此进行系统建模，可以以绘图、编程等方式进行。 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。 2）主元件库（Master Library） 主元件库如图1－2所示， main中是元件模型，definition中是所定义的每个块的编辑结构和代码。一般只需要知道元件的功能和用法，不需要了解其结构和代码。

图1－2 Master Library库 电力系统故障仿真分析中常用的元件模型主要有下面几种： Passive：电阻、电感、电容元件，三相负荷以及RLC组成的无源滤波电路 Sources：单相三相电压源和电流源 Meters：电压电流及功率测量单元 I/O_Devices：输入输出装置，输出通道、控制开关和波形显示图表 Transformers：各种变压器 Breakers_Faults：断路器和故障模型 Tlines：架空线路 3

Cables：电缆 PI_sections：架空线的∏模型 CSMF：各种控制模块和计算模块 Protection：继电器和继电保护单元 Imports_Exports_Labels：输入输出标志 在图1－2中双击对应的名称，右边则显示其下包含的元件，选中复制到工作区即可。 3）元件库栏 元件库栏中是简单又常用的元件模型，如图1－3所示：

图1－3 元件库栏 四个仪表接于电路中，则可以测量所在位置的电气量；输电线路有架空线或电缆；接口作为输电线的端点或用于连接输电线和其他元件；提取信号是从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；输出通道是输出信号的波形或数据的；图表框显示波形图。 4）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 ： 4

图1－4 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，这两个名最好一样，以便对应；输入输出引脚是模块上下左右伸出的连接线数；选Page Module则所建的模块双击可直接进入下一层，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；不选则不能双击打开，要点右键选Edit definition，然后在工作窗口切换栏中选scrip，出现编程界面，可以选择语言进行编程（主要用fortran语言），这主要用于创建一个有某种具体功能的元件。

图1－5 引脚设置 5

引脚信号维数是指包含几个量，如图1－7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，完成后模块如图1－6所示，元件创建后，若要修改引脚和参数，点右键选Edit definition，出现编辑界面如图1－7所示可进行编辑。

sourcev1v2i1

i2i3i4 图1－6 新建的模块 图1－7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。 5）元件参数设置 在故障仿真中，主要需设置电源、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）。 输电线参数：传输线分为集中参数（∏模型）和分布式参数（Bergeron模型、频率决定参数模型）。∏模型在主库的PI_sections中，双击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）； 软件中架空线和电缆元件是分布式参数模型，选中到工作区，双击传输线，出现如图1－8对话框，设置基频和长度等。

图1－8 基本结构设置 点Edit出现选择模型和结构的界面，在界面空白处点右键，出现菜单条如图1－9，在Choose Model中选择模型，在Add Tower中选择杆塔结构。Bergeron模型需设置线路每单位长度的正序、零序参数（电感、电阻和电容）；频率决定参数模型需设置杆塔的参数、导线6

参数（导线半径、电阻等）。 图1－9 选择模型菜单 6）帮助功能 EMTDC/PSCAD提供了丰富的帮助功能，在其自带的任一元件上点右键选help则打开帮助文档，文档中对每个元件的功能、用法等都有非常详细的说明。

1.2 电力系统故障概念 电力系统发生故障或在受到其他类型扰动的暂态过程中，各元件的电磁量以及机械量都将发生变化，工程上根据不同的研究问题，将电力系统暂态过程分为电磁暂态过程和机电暂态过程两类。 在电力系统可能发生的各种故障中，对电力系统运行和电力设备安全危害最大，而且发生概率较大的首推短路故障。所谓短路故障是指正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的接通。三相交流电力系统中，短路故障的基本类型有三相短路、两相短路、单相接地短路和两相短路接地。三相短路时三相电路仍然是对称的，称为对称短路，其余三类都是不对称短路。 除了短路故障，还有线路一相或两相断开的故障，简称断线故障。这类故障大多发生在具有三相分别操作断路器的架空线路中，当断路器的一相或两相跳闸时即形成断线故障。 本实验主要用EMTDC/PSCAD研究电力系统短路故障的电磁暂态过程。