PSCAD中的控制系统模块

1、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。如果T0，则有：输出为：这里：输出信号；输入信号；增益因子（可为变量）T 时间常数；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

2、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和，过程如下所示：如果，则类似与PI控制器：如果且，则类似与增益环节：输出为：这里：输出信号；输入信号；增益因子（可为变量）；时间常数（可为变量）；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

3、法。 本函数的解法如下：那么输出就为：这里：输出信号；输入信号；增益因子（可变）；T时间常数（可变）；时间步长。6. Delay Function（延迟函数） 延迟函数模拟了拉氏表达式，这里T是延迟的时间，s是拉氏算子。输入信号置于队列中，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，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

4、/(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. Trigonometric Functions（三角函数） Standard tri

5、gonometric functions. 本组件实现标准的三角函数功能。Tan函数在时奇异，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. Impulse 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

6、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. Generic 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. Limiting 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. Non-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

7、。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. Single 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. Down 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

8、需指定。17. Rate 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. Up 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. Signal 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

9、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. Edge 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. Logarithmic 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. Exponential Functions（指数函数）

10、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. Timer（定时器） 如果输入信号F低于定时器的触发门槛值。一段

11、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. Range 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. Surge Generator（浪

12、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. Two 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

13、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. PI 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. Integrator（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

14、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. AM/FM/PM Function（幅值、频率和相位调制功能） 本组件有三个

15、输入：频率（Freq）、相位（Phase）和幅值（Mag）。Freq与时间结合，然后规格化为-2到+2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. Counter（计数

16、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. Divider（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.

17、Summing/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. Multiplier（乘法器） 本组件用于将两路信号相乘。35. Maximum/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. Two 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. On-Line Frequency Scanner (FFT)（在线频率

18、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：l 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）；l 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；l 3-phase：与上类似，仅仅是将三个1-phase FFTs合并到一个模块中；l +/-/0 Seq：将采用三相输入：XA、XB和XC，通过

19、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：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. Interpolating 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. XOR Phase Dif

20、ference（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p就是弧度输出。40. Voltage 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（-2p，2p），一旦结果达到2p (或-2p)，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2p。输

21、出cos(th) 和sin(th)基于th值分别输出cosine和sine函数值。41. Three-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（0360），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

22、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. Variable 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. Harmonic 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。这里N由输入参数“Number of

23、 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. Nth 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. Nth 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、

24、高通和带阻Butterworth/Chebyshev滤波器。46. XY 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. Binary 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. Sequential Output（序列化输出）

25、 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. Random 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. Monostable 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

26、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. Zero 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. Timed 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

27、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. Non-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

28、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. abc 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:dq0转换为abc：56. Sample 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