PSCAD建模与仿真

1、PSCAD模型与仿真指南（1）设置仿真时间和步长新建的仿真工程，先应对“工程”的仿真时间、步长进行设置（也可在建好模型仿真开始前完成）。在“工程”模型窗口空白处鼠标右击，选择Project Setting，出现设置窗口，如图31所示，在这里可对本“工程”的仿真时间、计算步长、PSCAD绘图步长等进行设定。一般仿真时间“Duration of run ” 设为0.3 0.5s，计算步长“ EMTDC time step ( us ) ”设为0.1, 绘图步长“ PSCAD plot step ( us ) ”设为10。如果计算步长大，则仿真进展快，但是，过电压变小（ 可能会漏掉峰值 ）！图31

2、设置仿真时间、步长（2）建立仿真模型以交流电源串联R-L-C电路为例，先建立新工程，命名为：test1，从主界面右侧或库中选择需要的元件，放在工程上。点击该元件使其变为闪烁，按L或R键，向左或右转90度，直到合适位置。再选择“导线”，点击导线，两端会出现小端点，用鼠标左压并拖动，可调节导线长度。调节方法：点击一段导线，它的两端就会出现两个绿色的方块，此时点住某个方块对导线进行拉长或者缩短，直到想要的长度。用适当长度的导线将各个元件按照原电路的拓扑结构连接起来。注意：导线与导线，或导线与元件的一端连接时，当两条导线或导线与元件接近时，会自动连接上；导线与导线交叉时，相互绝缘，如果要两导线在交叉点

3、连接，需要从主界面右边常用元件中选择“ Pin ”并放置在交叉点。建立的仿真模型如下图32所示，其中E1为测对地电压的测量元件，E2为测“0.3电阻”的端电压，I1为测电流。 图32 工程中的元件、导线和电路模型建立电路模型时应该注意：（1）模型中的元件，特别是同类元件的名字绝对不得重复。（2）模型图上若有任何无关的东西，例如：一条悬空线、点，或者参数设置不对，例如：负荷及其变压器的容量大于电源变压器的容量，则运行时就会出错。（3）电源回路必须有一点接地，否则，运行出错。如果要求不接地电源，可以增加一个M级的大电阻。（4）对大模型应采取“步步为营”的方法建立，即：先建电源与部分元件，试运行一下

4、，通过了，再增加元件，否则，查找问题，直到试运行通过了，才可以继续。（3）设置元件参数需要对所有元件的参数（包括元件名称名称不可重复）进行设定，方法：双击元件符号，弹出对话窗口，修改其中参数，按“OK”退出。一些元件，例如：电源、变压器等，需要设置的参数较多，因此，对话窗口中含有多个副窗口，要一一进行设置。下面以电源为例，进行参数设置。双击电源符号，出现下图33窗口式的设置菜单： 图33 电源参数设置对话窗口电源菜单第1页“Configuration”配置，这是最基本的设置：（1） 电源名字，（2） 电源内部阻抗，可以选择电感、电容、串联的RLC，理想电源等，（3） 电源是否接地，（4） 专门

5、参数：“Behindt the Source impendance”在电源阻抗之后, 当仅仅知道电势E和相位角，才选择该项。“At the Terminal”(在终端) 如果稳态潮流的最终数据（电压或有功、无功）已知，则选择该项。（5） 电源的输入方式：内部的 电源的大小、频率由填入表中数据确定，而且为常数；外部的 由其它方式确定。（6） 电源类型：选择 AC / DC。第2页“Signal Parameters”信号参数，如图34，可以设置：图34（1） 电源：电压源默认单位kV，电流源默认单位kA。DC为幅值；AC为有效值，AC电源按照正弦规律变化。（2）上升时间：电源从0升到稳态值时间，

6、设为0。注意：实际总有延时，约0.02秒。（3）t = 0的初始相位角：以度我单位。（4）电源的频率。第3页“Resistance”非理想电源的电阻参数设置，第4页“Impedance R/R-L” 非理想电源的并联阻抗参数设置，第5页“Resistance” 非理想电源的R-L-C串联阻抗参数设置，第6页“Inductance” 非理想电源的电感参数设置，第7页“Capacitance”非理想电源的电容参数设置，第8页“Resistance” 非理想电源的阻抗参数设置，第9页“Monitoring” 监控（跟踪）参数，设置电源名称。（4）设置输出量的观测与调节电路模型的仿真输出可以是单相或三

7、相的电压、电流瞬时值或有效值、功率、频率、相位差，等等，输出结果采用示波器方式给出。注意：测量元件、“数据标签”、“输出通道”、示波器必须配套使用，缺一个运行就出错。首先，要在电路模型需要输出的位置上设置测量元件（常见的电压、电流测量元件可直接从主界面右边取，其它的从库中meters单元中取 ），例如：在图35中设置输出电压E1、E2和电流I1三个测量元件。输出信号传递通过主界面右边元件栏上的“数据标签” (从右边拦中选出Data Label )这个元件来实现，信号对应关系是通过信号名称来确定。选用三个“数据标签”元件并双击它，将其名称设定为与对应的电压、电流监测元件名称（E1、E2、I1）相

8、同，然后，将“数据标签”用导线连接到“输出通道”( 从右边拦中选出Output Channel )上。使用示波器（从右边拦中选出Graph Frame ）观察波形，还须使用输出通道，可以双击“输出通道”，对其进行设定，特别是Title选项，最好设定为信号的名字，因为这个是要在示波器上显示的。连接好以后如下图35所示： 图35 设置测量元件、“输出通道”三个输出信号，可用三个示波器进行显示，也可用一个示波器显示。点击主窗口右边的快捷栏的示波器，可拉出一个示波器显示框，在示波器上右击，选择“Add Analog Graph”，如图36所示，这就将示波器设置为一个模拟量示波器。 图36示波器设为模拟

9、示波器后，将需要显示的数据传递到示波器上，具体方法是，右击“输出通道”，在“Input / Output Reference”选项中选择“Add as Curve”，如下图37所示。图37在示波器的模拟显示框上右击鼠标，选择“Paste Curve”，如下图38所示，这就将这一个信号粘贴输出到了示波器上。按照同样方法，可在一个示波器上粘贴几个信号，则一个示波器就同时显示几个波形。图38设置示波器显示坐标，使得波形能够恰当显示。双击示波器左或右边空白处，设置纵坐标显示的最大最小值、每个坐标格的大小；双击示波器下方空白处，设置横坐标，如图39.1, .2,.3。 图39纵坐标菜单： 在“Prefe

10、rences”中设屏幕背景色、网格、曲线标号等；“Title”中设 Y的名称、最大最小值、纵坐标间隔（Grid）大小。横坐标菜单： 在“Title”中设X名称、显示的最大最小值、横坐标间隔（Grid）大小。“Markers”中标记最大最小值，而且在图右边显示数值。示波器上具有自动缩放功能，当仿真完成后，如果波形超出了示波器的显示范围，可在示波器空白处右击，选择zoom ，Rest All Extents，如图310，就会自动按照X轴、Y轴进行缩放到合适的显示波形图310（5）进行仿真建好模型、设完参数、示波器、仿真时间和步长，才能进行仿真。注意：如果模型中存在任何不需要的元件、导线等，仿真不能

11、够执行。当仿真执行时发生错误，有关信息以“小红旗”形式显示在主界面下方出错信息拦中，双击“小红旗”以标签方式指示到模型中的出错处，根据该信息可对模型进行修改。仿真开始：点击主界面上方“绿色三角”按钮；如图311所示，中断仿真，点击“红色园点”按钮。图311仿真结果如下图312所示，注意：纵坐标单位为 kV或 kA，横坐标单位为秒s 。图312如果想调整一个示波器的大小，可以有鼠标点击示波器上方的“Advance Graph Frame”，此时示波器四周出现绿色方块，如图313，用鼠标按住绿色方块拖动，即可对示波器的大小进行调节。图313如果想对显示的波形进行X方向缩放，可将鼠标放置在下面所示的

12、位置，此时鼠标光标将会变为双向箭头，如图314，就可以通过左右拖动对波形进行X方向的缩放了。图314如果想在一个示波器当中对两个波形进行比较，可以将信号输出贴到一个示波器中，同时进行显示。例如，下面将E1、E2共同输出到同一个示波器中显示。在E1对应的输出通道中右击，在“Input/Output Refrernce”选项中选择“Add as Curve”，然后使用上面介绍的方法将其粘贴到示波器上，然后再将E2对应的输出通道右击，同样在“Input/Output Refrernce”选项中选择“Add as Curve”，此时在已经粘贴了E1信号的示波器的显示框中右击鼠标，选择“Paste Cu

13、rve”，这样E2信号也就粘贴到了同一个示波器上了，如下图所示，E1信号和E2信号将用两种不同的颜色显示，此时再运行仿真程序，在这个示波器中就可以看到E1和E2对比的波形了，如下图315所示：图315要想读取示波器中曲线在某点的数值，可以用鼠标移到这个点上，如图316，等待一会，就会显示这个点的XY坐标，从而实现对数值的读取。图316在示波器显示框中，还可以点住鼠标左键，选择感兴趣的区域松开鼠标后，如图317，该区域自动放大，以便观察，则在一些高频信号的显示中比较实用。 图317 放大前后的波形4. 开关 / 断路器 开关（断路器）从master库到Breakers单元中选取，库中有：单相、三

14、相开关，三相开关有单线和三线连接方式，如下图41。对于小方块表示的开关，运行时红色（工程中称为高开关）实际为闭合，绿色（工程中称为低开关）为断开。开关必须与一个Logic模块配合使用，即：需将 “BRK”和“BRKTime Breaker Logic”都复制到工程中去。图41 开关模型库在工程中双击开关图形，可以看到如图42所示的菜单式对话窗口：图42在图42中可设置： “Breker Name”: 设置开关的名称。“Open possible if current flowing”项中选择yes，表示在任何时间可断开的理想开关；选择no，开关在电流过零才是关断。“Use Pre-insert

15、ion Resistance ”应用开关合闸插入电阻，一般选择N0。“Graphics Display”开关符号显示形式：“Low Voltage”显示线条式开关，“High Voltage” 显示方块式开关，闭合时方块式为红色，打开为绿色。PSCAD中开关不是真正的理想开关，打开时开关的电阻应设置以上，闭合时开关的电阻应设置以下，如图43所示：图43在同一个模型中，可以使用多个开关，这些开关由不同的开关控制逻辑单元进行控制，为了实现控制，需要将开关设置为不同的名字，同时，控制逻辑的名字也要与开关一一对应，如果对应不正确，则仿真就会出错，如下图44所示： 图44Logic模块的作用是按照设定的

16、时间控制开关动作。在模型中点击Logic模块，就能够对开关动作时间进行设置，如下图45所示：图45 开关逻辑控制单元设置开关可以设置动作一次或两次，上图表示：BRK动作次数2次，t = 0时初始状态为close，t = 0.1s时刻，执行打开动作，t = 0.15s 时刻，再次执行闭合动作。一般情况，开关动作时间最好不要设置到大于整个模型仿真的时间以外。在图46所示仿真结果中，波形显示了二阶电路突然断开和接入正弦交流电源时观测的电压电流振荡波形。 图46 仿真结果注 意：如果要开断电流源，必须要保持电流源自己的回路，因为电流源永远有电流流出，图47就断不开；给电流源并联一个数十k的大电阻（电阻

17、值应不影响开关闭合后的电流大小），如图47才能够断开。图47 图48 5架空线路 / 分布参数线路 （1）架空线（分布参数线路）模型从master库到More on Transmission Lines单元中选取Tline模型，注意：一条线必须同时选用三个元件：2个外部连接的端口、1个线路内部连接件，如下图51所示： (a) PSCAD 4.02 版 (b) PCSAD 4.2版图 51 在图51中，上图部分为架空线路（分布线路）与其它元件连接的外部连接端口，点击后出现下图52菜单，可设置：线路名称（每条线路的名称不得相同！），线路的导线数（可改成单相、多相线路，对单相选为1），模型图显示导线

18、数（对单相选为single line ）。对单相线路可以不用这两个外部连接的端口元件。图52在图51中，下图部分为线路内部的连接件：T形（PSCAD 4.02 版）/ “双端箭头”形（PSCAD 4.2 版）或 连线形，是设置线路参数的关键。点击后出现下图53菜单： 图53设置内容：线路名称，必须与线路外部连接端口的名称一一对应；稳定状态频率：波在线路上多次折反射后趋于稳定的频率，这个频率越高，波经过线路的一次传输时间就越小，波在线路上的折反射过渡过程（趋于稳定）的总时间也越少。因此，值越大，计算时间越少，但波过程的计算效果越差。所有，应尽可能取小值。当线路长度小于990km，值可取为0；当线

19、路长度大于990 km，0，则计算可能太大，出错，应0.5, 0.8, 1等，取得越大，衰减趋于稳定的时间越少。 线路长度： 线路的导线数，也需与线路外部连接端口的设置完全一致；端头风格形式：直接连接（端头直线形式），“双端箭头”形式。对单相线路，可不用线路模型的2个外部连接端口、用线路内部连接件的直接连接形式与外部其它元件端子进行连接。在图53中，点击“Edit“打开，才可以设置线路的结构参数。先从master库到More on Transmission Lines单元中选取线路模型的“定义标签”和线路导线几何模型，并复制、粘贴到打开的“Edit“界面，如图54所示（ 图中选择的是单相导线

20、）。其中：“定义标签”有“ Bergeron贝杰龙“ 模型（一般线路选用），另外2个为相频模型、频模模型；线路导线的几何模型有多种形式，要根据线路的导线数选取。PSCAD中有三种输电线路或电缆的等效模型：PI型等值电路、Bergeron模型和依频特性模型。在线路处于基波频率下，PI型等值电路和Bergeron模型足够使用，不同之处是，Bergeron模型用分布参数方式来代替PI型等值线路中的LC元件，电阻等都是集中参数。依频特性线路模型考虑到所有频率相关的参数，用模分析技术（Modal Techniques）和相域（Phase Domain）处理技术进行求解，可以在比较大的频率范围内相对准确地

21、线路的特性。使用这种模型，只需要T-line/Cable的导体属性和几何参数，便可以搭建线路模型，内置的输电线路和电缆常数例程（Transmission Line and Constants Routine）即可算法出数据，并且可以以文件或波形的形式输出。在PSCAD/EMTDC中的依频特性模型有两种：Frequent Dependent(Mode) Model和Frequent Dependent(Phase) Model，前者简称为Mode模型，后者简称为Phase模型。对于理想换位线路，这两种模型都可以给出比较准确的结果。对非换位线路，Phase模型要比其它任何模型更准确。图 Error

22、! No text of specified style in document.1 频域线性模型Figure Error! No text of specified style in document.1 Mode of the Linear Frequency RegionPhase模型和Mode模型计算原理基本相同。在频域下的特定频率的线路方程的求解，可以方便地得到线路在时域下的方程。如图4-1所示为从两端看进去的线路模型在频域中的等值电路。特定频率下，线路其中一端的电压和电流可以用另一端的电压或电流来表达： (Error! No text of specified style in d

23、ocument.1) (Error! No text of specified style in document.2)在这里：为传播常数是波阻抗是线路的并联导纳是线路的串联阻抗在节点处提出前向和反向行波的函数和： (Error! No text of specified style in document.3) (Error! No text of specified style in document.4)同理在节点处： (Error! No text of specified style in document.5) (Error! No text of specified style

24、in document.6)把方程(4-4)代入方程(4-3)可得： (Error! No text of specified style in document.7)同理，由方程(4-5)和(4-6)可得： (Error! No text of specified style in document.8)方程(4-1)和(4-2)（k点和m点的方程）可以用前行和反行波的方式表示为： (Error! No text of specified style in document.9) (Error! No text of specified style in document.10)在这里， (

25、Error! No text of specified style in document.11)是传播常数并且是一个复数，实部是衰减常数，虚部是相位常数。方程(4-4)和(4-6)可以用4-2所示的等值电路来表示。将(4-8)代入(4-9)，得到： (Error! No text of specified style in document.12)同样地，由（2-7）和（2-10）可得到： (Error! No text of specified style in document.13)为了在时域下表达图4-2和式（4-11）及（4-13），要先求解式（4-9）的方程。在时域的相乘变成频域

26、的卷积： (Error! No text of specified style in document.14)只有经过最短时间，线路一端的脉冲才能到达另一端，方程（4-14）的卷积的积分下限是传播时间，传播时间可以用传播常数的虚部来计算。图 Error! No text of specified style in document.2 频域线性电路Figure Error! No text of specified style in document.2 Linear Circuit in the Frequency Region图 Error! No text of specified st

27、yle in document.3 故障等值电路图Figure Error! No text of specified style in document.3 Equivalent Circuit of the Fault故障发生模块PSCAD/EMTDC提供了专门的针对输电线路的故障模块，由选择不同的故障类型，而使内置开关分别实现，单相接地短路、两相相间短路等等不同的故障类型。还可以设置故障电阻的大小等。PSCAD/EMTDC还专门提供时控故障逻辑，通过设置时控故障逻辑内部参数，可以控制故障的出现时间和故障持续时间，对仿真实现行波波速度的测定提供了可能。图54在图54中，点击上部的导线“定义

28、标签”，出现如下菜单图55： 图55在图55中设置导线模型：选择：是否使用近似的阻尼（Damping）衰减， NO ；Yes，则填 近似频率损失、0次常数时间、所有金属模型的常数时间，这一选项针对用于特殊的无线电高频。选择：是否使用“ interpolation Travel Time” 插入传输时间；这一选项针对短线路时采用，PSCAD中计算最小长度小于15 km，相当于传输50 ， 如果线路小于15 km，计算误差可能较大，线路最好用库中的“”型线。选择：是否将这条线路作为无反射线（无限长线），应选NO， 否则无折反射。在图54中，点击中部的导线布置图，出现如下菜单图57，设置导线的几何参

29、数：图 57图57中第1页为杆塔参数（Tower Data）设置：杆塔名，如取N1； 线路的导线对地高度：如6.3m； 相间的水平距离：单相导线可取很大值，或者为0 ；线路右恻至杆塔中心的X距离：分流（旁路）电导（对地泄漏电导）：选择是否显示：导线的挡距（span）和导线下垂的弛度（sag）：选择是否：线路是否理想的传输线？ 如果考虑三相线路的换位情况，选no；对于长度不大的线路（包括单相线），可作为理想的传输线，选Yes。选择架空地线数；选择是否消除架空地线。 图57中第2页为导线参数（Conductor Data）设置，如图58：图58 选择用户自定义（Custom）设置。 设置导线名称；

30、 设置导线半径：0.0095 m 设置导线的直流电阻；0.000001，这个值对波形衰减影响大，应取小点，取0，则出错！ 设置导线的下垂的弛度（sag）；选择导线中分裂导线数，取1，则无分裂导线。图57中第3页为地线参数设置，省略图57中第4页为分裂导线位置，省略图57中第5页为线路中各导线的相位名称。在图54中，点击下部的大地图，出现如下菜单图59，设置土壤参数：图59设置土壤电阻率；设置土壤渗透性； 选择接地计算公式： 外部控制电源？6变压器变压器有：单相、三相、双圈、三圈、自耦模型，从master库到Transformers单元中选取，点击变压器（三圈式）符号，出现菜单式窗口，填写参数并

31、OK。变压器菜单第1页，如图61所示，为（configuration）结构参数设置：图61（1） 容量，MVA；（2） 频率；（3） 12#线圈之间的泄漏电抗，标么值；（4） 13#线圈之间的泄漏电抗，标么值；（5） 23#线圈之间的泄漏电抗，标么值；（6） 空载损耗（铁耗），标么值；（7） 铜耗（短路损耗），标么值；（8） 是否作为理想变压器模型；（9） 线圈的分接头位置；（10） 采用圆圈或者线圈形式的选择。变压器菜单第2页，如图62，为（ winding voltage rating ）各线圈额定电压设置：图62（1） 线圈1的额定电压（有效值）； （2）线圈2的； （3）线圈3的。变压

32、器菜单第3页，如图63，为（ saturation ）饱和度设置：图63（1） 是否选择变压器可能发生饱和；（2） 选择可能发生饱和的线圈；（3） 铁心的空气电抗，标么值；（4） 冲击衰减时间常数；（5） 拐点（knee）电压，标么值；（6） 磁通量限制的释放时间；（7） ,磁化电流，。变压器菜单第4页，图64（Monitoring of Currents and flux）电流和磁通的跟踪设置：图64 （1）线圈1电流的名，kA；（2）线圈2电流的名，kA；（3）线圈3电流的名，kA；（4）磁化电流名，kA；（5）磁通链的电流名，kWN。7避雷器无间隙MOA避雷器，从master库到More on Passive Elements单元中选取Metal oxide Surge Arrester 模型，点击避雷器符号，出现下图71，2，3窗口，填写参数并OK。 图 71 避雷器菜单的第1页（configuration），如图71所示，设置参数：（1） 避雷器名称；（2） 避雷器额定电压等级；（3）