PSCAD概述及基本设置

第1页主要内容

一、PSCAD概述二、PSCAD的基本设置

三、EMTDC概述四、X4新特性概述第2页一、PSCAD概述1.1仿真流程1.2主界面1.3基本术语1.4仿真规模限制第3页1.1仿真流程PSCAD/EMTDC：PSCAD

代表电力系统计算机辅助设计，并且是EMTDC的图形用户接口。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。最初EMTDC代表直流暂态（ElectromagneticTransientsinDC），至今已被广泛地应用在电力系统许多类型的模拟研究（ElectromagneticTransientsincludingDC）。第4页解析工具PSCAD图形化输入界面PSC文件含拓扑和元件信息EMTDC转换为Fortran代码转换工具计算结果送回至Pscad进行显示编译器等第5页1.2主界面Workspace窗口Output窗口工作窗口常用元件栏第6页已加载Case和元件库某个case或元件库中的定义某个Case的数据文件、信号、控制、输电线/电缆、显示设备等。主窗口第二窗口Workspace窗口第7页主窗口：加载的库项目和案例项目具有不同的图标。文件分支：用于组织在项目临时文件夹中找到的全部文件。文件树的组织是按照项目组件的层次来安排的。即每个组件均具有自己的文件夹。还有一个输出文件夹，用于无特定关联地组织输出文件。此外还有map文件和mak

文件。第8页组件文件夹（包括main和其它组件）中包含了其独有的Fortran文件（.f）和数据文件（.dta）。若模块中存在输电线路和电缆，RTP/COMTRADE元件，则还包括了相应的子文件夹。第9页第二窗口：查看某个选定项目的详细数据。组件层次全部定义第10页编译链接等过程信息执行搜索命令的结果消息种类：信息；错误；警告消息内容编译过程中的信息：可包括由PSCAD提供的标准的编译过程中出现的任何警告和错误信息。也包括了用户元件的check段内定义的警告和错误信息。运行过程中的信息：指出了仿真运行过程中出现的警告和错误信息。Output窗口第11页Circuit窗口：模型或模块的内部结构Graphic窗口：元件的封装图像Parameters窗口：元件的输入参数界面Script窗口：元件的代码Fortran窗口：模型或模块的代码Data窗口：节点电压、支路阻抗等参数工作窗口第12页Component：元件，通常也简称为模块；它是一个设备模型的图形化表示。是PSCAD中创建的所有电路的基本构建模块。元件通常设计用于执行特定的功能。可以以电气、控制、修饰或文档等类型存在。元件通常具有输出输入连接端口，并与其他元件连接以构成大型系统模型。用户一般通过输入参数直接访问元件。Module：组件，通常也称为子页面或页面元件；它是一个特殊的元件，其功能是由使用其他元件的组合来创建电路来实现。与常规元件使用代码实现功能不同，组件具有其独立的画布。组件也可包含其他的组件。元件和组件具有唯一的定义，并由该定义创建相应的实例。1.3基本术语第13页Definition：定义；它是元件或组件创建的基本目的。并且是元件相关的所有设计要素进行定义的位置，包括图形化表示、连接端子、输入参数、模型代码和/或电路布置。对每一个唯一的元件或组件只能有一个定义。定义一般存储于元件库中。

Instance：实例；实例是定义图形化的拷贝，通常为用户可见和进行操作。但实例具有其独有的实体，具有不同的输入参数设置，甚至是不同与其他实例的图形外观。所有的实例均基于同一定义，因此对定义的修改将影响到所有的实例。第14页Project：项目；一个特定的仿真所涉及到的全部对象（除输出文件）均包含在一个单一文件中，即项目。项目可包含定义、在线绘图和控制，以及图形化创建的系统本身。PSCAD包含两类项目：case和library。Case：案例；PSCAD中最常执行的工作即完成于案例中。除了可实现元件库项目的功能外，案例还可进行complie、

build和run。可在案例中通过在线仪表和绘图来直接查看仿真结果。案例文件存储文件后缀名为.pscx。

Library：库；主要用于存储定义。且其中存储的实例可用于其它任何案例项目中。库文件存储文件后缀名为.pslx。

第15页1.4仿真规模限制——对所有版本和编译器第16页二、PSCAD的基本设置2.1WorkspaceOptions2.2SystemSettings2.3ProjectSettings2.4CanvasSettings第17页2.1WorkspaceOptions提供了用户可配置的对所有项目均起作用的一些选项第18页Runtime页面设置用于调整编译器检查设置以及与系统内存相关的消息和运行相关事件。

案例仿真内存需求超过该值时将在运行前告警。PSCAD仅显示同样信息的第一条而忽略后续消息。也可设置为输出同样消息的条数。无输出通道告警设置。输出通道数过多告警设置。采样密度过高告警设置。波形数据文件被覆盖时告警。快照文件被覆盖时告警。第19页Dependencies页面设置指明仿真过程依赖性的文件和文件夹。

仿真过程使用的外部编译器。仿真过程使用的MATLAB版本。仿真过程使用的MATLAB库文件。指出了所使用的外部lib文件或obj文件的路径。外部文件的名称将在其他地方输入。第20页2.2SystemSettings第21页进行文件类型及打开应用程序的关联性设置。可在PSCAD中，结合使用Filereference元件，打开相应应用程序对文件进行操作。

文件类型（后缀名）操作该文件的应用程序路径及名称。第22页2.3ProjectSettings第23页该处的设置涉及到对多个增强PSCAD仿真执行速度、精度和效率的高级特性的控制。该处设置仅对一个项目有效（触发此菜单的项目）。Library项目的该处设置仅有常规页面。

案例项目的该处设置包括：General：版本信息及文件相关信息。Runtime：项目相关的仿真控制。Simulation：EMTDC相关的仿真控制。Dynamics：PSCAD信号控制及其它特性。Mapping：电网络相关特性。Fortran：Fortran编译器及调试设置。Link：Fortran和MATLAB链接选项。第24页仿真总时间（s）仿真步长（us）EMTDC向PSCAD发送数据用于绘图以及向输出文件写数据的时间间隔（us）绘图步长通常为仿真步长的整数倍。过小的绘图步长将大大降低仿真速度，同时不会明显增加绘图精度。推荐将绘图步长与仿真步长设置为相同。绘图步长不能小于仿真步长，即使设置为小于仿真步长，PSCAD也会自动改为与仿真步长相同。第25页设置启动方式Standard方式：正常启动方式；模型从0.0秒开始仿真。Fromsnapshotfile：快照文件启动方式；让模型从预设指定状态开始仿真。快照文件启动时必须指定快照文件名称！快照文件获取时的模型与当前仿真模型要一致第26页是否存储显示通道数据Yes：将所有输出通道数据存储于文件中。数据存储文件名称。数据文件以标准ASCII格式存储。文件缺省存储于项目临时文件夹中。第27页快照拍摄方式Single：仅在指定时刻拍摄一次快照，并存储于指定文件。快照存储文件名或基准名快照拍摄时刻或间隔Incremental(单一文件)：以指定间隔拍照，并将最后一次快照存储于指定文件。Incremental(多个文件)：以指定间隔拍照，并将所有快照存储于指定文件，最多10个。否则文件将覆盖。（与V4不同）！快照文件与快照文件启动方式配合使用第28页是否进行多重运行多重运行的数目该处选项和设置与Totalnumberofmultipleruns以及

currentrunnumber元件一起配合使用实现多重运行第29页是否在快照启动方式时设置初始时刻为0.0s选中：忽略快照的启动时刻，从0.0s开始显示。不选：从快照指定的时刻开始显示。！与快照文件启动方式配合使用！仅影响显示，其它设置均不受影响（如仿真的时间）。！注意：其它的时间必须按绝对时间进行设置。第30页是否仅将显示在图形或仪表中的通道进行输出。选中：在仿真计算过程中未显示的通道将不会开辟内存进行存储；可大大节省内存需求，提高仿真速度。！不影响存储到输出文件中的通道

(若选择了将通道数据存储于磁盘文件)。第31页是否使用集成的编译器进行手动调试。选中：允许在相应编译器的界面下对项目进行手动调试。第32页

输入附加的fortran或c源文件名称。这些文件中可含有1个或多个子程序，由使用这些子程序的元件调用。选中：允许在build过程中舔加某些附加信息，以更有效使用fortran编译器。当某个程序崩溃时，操作系统将提示询问是否调试该案例。选择“yes”且选中该选项，

fortran调试器将装载源代码文件并指向引起崩溃的代码行。配合check内的检查项使用第33页

输入附加的lib或obj文件名称。也可使用其中的子程序。该方法比使用多个源代码文件的集合更有效。避免在多个案例中使用相同的子程序而引起的重新编译。也适用于仅需使用子函数而无需分享源代码。例如EMTDC提供的lib。选中：本项目将使用MATLABSIMULINK接口。必须事先在

workspaceoptions中设置相应的MATLAB参数。否则报错。第34页2.4CanvasSettings画布设置：每个组件均有独立的画布设置第35页选择showvoltage：动态显示bus元件仿真过程中电压有效值。选择showsignalgrid：显示网格。选择showlineconnections：显示相关信号间的虚拟连线。组件页面大小设置。第36页三、EMTDC概述EMTDC（ElectromagneticTransientsincludingDC）对电磁和机电系统采用时域内微分方程进行描述并求解，方程求解中采用固定步长。EMTDC的程序结构也适用于无电磁或机电系统时控制系统的描述。EMTDC由DennisWoodford博士于1975年在ManitobaHydro编制初版，目的是为当时研究NelsonRiverHVDC电力系统提供一种功能强大和更为灵活的仿真工具。EMTDC现在被作为PSCAD产品系列的电磁暂态求解引擎。第37页EMTDC与进行潮流分析和暂态稳定性分析等所采用的相量域求解引擎不同。后者采用稳态方程来表示电路，实际也会求解电机的机械动态微分方程。EMTCD的结果被作为时域瞬时值被求解，也可通过PSCAD

内置的转换器和测量功能（如有效值表计、快速傅里叶变换等）转换为矢量幅值和相角。由于潮流分析和稳定分析程序采用了稳态方程来表示电力系统，它们仅能得到工频幅值和相位信息。而EMTDC

可得到系统所有频率的响应，仅会受到用户设置的仿真步长的限制。第38页EMTDC(连同PSCAD)可用于电力系统的规划、运行、设计、投运、投标准备、培训等。使用EMTDC可执行的常规性研究工作包括：包含旋转机械、励磁机、调速器、涡轮机、变压器、输电线路、电缆和负载在内的交流系统的应急性研究；继电保护配合；变压器饱和效应；故障或断路器动作导致的过电压；变压器、断路器和避雷器等的绝缘配合；包含电机、输电线路和HVDC在内系统的次同步谐振；雷击放电、故障或断路器动作；滤波器设计评估；谐波及谐波谐振分析；控制器参数的优化设计；FACTS和HVDC控制系统的设计和配合；各种类型变速驱动；柴油机和风机对系统的冲击影响；。。。第39页由于提供了PSCAD而减小了准备和测试时间；许多串并联电气元件被进行数值等效处理从而减小了节点和支路数目；采用编号优化算法来提高LDU矩阵的解耦速度；采用优化开关编号算法，通过移动开关元件至优化的导纳矩阵位置确保开关操作具有很快的速度和效率；采用了分系统技术，充分利用了由行波输电线路分割的系统，在数学上独立这一事实带来的优点；在实现开关操作时采用插值算法，即使开关动作于仿真采样时刻之间也能精确描述实际开关发生时刻，因此即使EMTDC仿真步长较大时，结果也具有足够的精度。通过提供所有主程序变量的接口和存储元素，用户可方便地编写任意复杂程度的元件；提供了快照启动方法，提高大型非线性系统的仿真速度。。。。EMTDC与其他EMTP类型的程序均采用了赫尔曼.多梅尔在他1969年的著名论文中给出的梯型积分的运算法则。EMTDC包含了其它EMTP类型程序中采用的几乎所有电力系统模型和技术，并具有如下优点：第40页EMTDC求解引擎包括两个主要部分：1.系统动态，包括主动态子程序(DSDYN)，输出定义子程序(DSOUT)和初始化子程序(BEGIN)。2.电网络求解。以协调数据输入、数据输出、网络求解，以及用户自定义元件之间的动作。主动态子程序网络求解输出定义子程序仿真步长仿真时间EMTDC程序结构第41页核心求解过程开始并结束于系统动态部分。首先变量被初始化并存储于BEGIN段；DSDYN段执行动态功能，包括诸如电源等电气网络设备的准备、控制信号的处理等。电气网络求解段负责电气网络的求解。DSOUT段结合所有的求解后处理要求进行所得到的测量量的处理。用户代码（Fortran语句或PSCAD代码）可直接添加到DSDYN和DSOUT模块中，或通过用户元件中的子程序调用实现插入。在网络求解中不能直接添加用户代码。第42页系统动态部分：EMTDC求解过程的重要组成部分，它围绕电气网络求解部分（之前的为DSDYN，之后的为

DSOUT），可在网络求解之前和之后与其进行交互。数据可在任一部分进行处理，并从另一部分被提取。对于PSCAD中的每一个组件（包括Main），都会被描述为一个独立的Fortran文件。在该文件中包含了一个DSDYN子程序，一个DSOUT子程序和两个BEGIN

子程序。对于PSCAD中的每一个元件，是以内联代码的形式插入子程序相应的位置。某些组件和元件同时可能包含了构建电气网络的电气信息，这些信息将被收集到一个数据文件中，对每一个组件都有其唯一独立的数据文件。第43页DSDYN和DSOUT:提供了在电气网络求解之前和之后对系统变量进行控制和监测的能力。通过这种划分为两部分的形式，提供了编程上的灵活性，即可在一个仿真步长内同时对输入变量进行控制，并对输出变量进行监测。这种方法对设计有反馈的控制系统尤为重要。总体而言，DSDYN和DSOUT没有本质差异，但DSDYN一般用于插入动态控制代码；而DSOUT一般用于在进行网络求解后输出变量值。用户需仔细根据需要使用网络求解前还是求解后的变量值来选择代码的插入位置，以避免延时造成的误差。通常该延时为一个仿真步长。第44页若比较器动态代码部分在DSDYN内，而Ea定义在DSOUT内，则进行比较时使用的是上一网络求解后的Ea值，输出存在一个步长的延时。将代码部分从DSDYN中移至DSOUT部分中，则可强制比较器使用最新网络求解后的Ea值，消除了延时。第45页2.BEGIN:用于0时刻的操作，例如变量初始化和存储。尽管该段的使用不具有强制性，但若一个元件被用于具有多个实例的组件中，则该元件必须具有BEGIN段。此种元件被称为运行可配置的。设计BEGIN段的目的是确保对特定元件实例所需要的变量进行初始化和存储，以在后续运行过程中使用。所有具有BEGIN段的元件将按次序存储它们的变量（根据元件代码出现于系统动态部分的位置）。其后在主运行循环过程中按照同样的次序进行访问。这样每个元件实例的参数值可以是不相同的，从而对一个组件定义中使用的元件而言，在组件不同的实例中可保有不同的参数值。第46页系统动态部分代码的汇编:由于组件定义等同于系统动态结构的子程序申明，而组件实例化等同于子程序调用。因此，组件的描述由四个子程序组成：DSDYN，

DSOUT和两个BEGIN。这四个子程序组织为一个单一的fortran文件，连同数据文件一起，构成了组件的定义。对于组件内存在的元件而言，按照其在组件画布中的次序和摆放，其代码被内联插入到组件相应的子程序体中。即按照元件代码中的定义的各段，将代码分别提取后插入组件相应子程序。

第47页SubroutineDsdyn()CALLmodule_1Dyn();CALLmodule_1Dyn();[comp1codedsdyn]EndSubroutineDsout()CALLmodule_1Out();CALLmodule_1Out();[comp1codedsout]EndSubroutineDsdyn_Begin()CALLmodule_1Dyn_Begin();CALLmodule_1Dyn_Begin();[comp1codedyn_Begin]EndSubroutineDsout_Begin()CALLmodule_1Out_Begin();CALLmodule_1Out_Begin();[comp1codeout_Begin]endSubroutinemodule_1Dyn()...EndSubroutinemodule_1Out()...EndSubroutinemodule_1Dyn_Begin()...EndSubroutinemodule_1Out_Begin()...EndMain.fModule_1.f第48页电气网络求解：网络求解部分定义为EMTDC主程序的一部分，用户不能直接向其中添加代码。电气网络的参数由PSCAD根据图形化的模型所创建，并编译汇总在一些EMTDC使用的文件中。数据文件：完全由电气网络求解部分用于输入。项目中每个组件定义均具有一个唯一的数据文件。包含了节点和支路布置信息、支路使用的元件及其值、输电线及变压器信息、以及指定在用户元件Model-Data段中的信息。映射文件：用于显示对整个项目公用的信息，映射各个数据文件并将它们进行链接。主要功能是提供节点查找表信息，以将每个组件的局部节点号索引转换为全局。包含了一些全局维数信息、运行参数信息、子系统和节点映射信息等。第49页数据文件：局部节点电压：指定节点预定义的初始电压值。PSCAD

尚未支持该功能。节点号初始电压值节点名称：由编译器指定。也可通过NodeLabel元件指定。第50页2.局部支路数据：用于定义支路组成及元件参数。支路两端节点号；地节点号为0；支路元件组成支路元件参数支路两端节点名称电阻值电感值电容值断开电阻值串联电阻值第51页3.局部变压器数据：用于定义变压器互阻抗矩阵。绕组数目。-2表示理想变压器，2表示非理想变压器各绕组两端节点号绕组1自电阻和自电感绕组2自电阻和自电感绕组12互电阻和互电感表示与上述变压器具有相同类型和参数值的变压器，仅绕组连接节点不同第52页DATADSD和DATADSO：用于提供用户访问数据文件的方法。即任何出现在用户元件Model-Data段的信息都会被添加到这些数据段中。例如PSCAD中的电机模型。第53页映射文件：维数信息：给出了该项目使用的各种资源的统计信息。页面组件总数电气节点总数数组使用数目第54页2.运行参数：给出了实际仿真过程中各种配置参数。仿真启停时间仿真步长及绘图步长第55页3.子系统及节点映射信息：给出了项目中所有电气节点的全局映射。2个子系统；分别具有9个和6个电气节点；Main页面有2个子系统；具有6个电气节点；第56页4.全局输电线信息：给出了项目中输电线的某些信息。导体数目子系统号输入输出文件名称输电线两端在子系统内的局部节点号第57页5.记录通道信息：简单统计了项目中的输出通道信息。第58页初始化及初始条件：PSCAD启动仿真的方法有两种：一种是无初始条件地从0时刻开始（即从项目编译时生成的数据文件开始启动）。另一种是以某些或所有元件带有预先计算好的初始条件启动，该方法通过使用快照文件实现。快照文件可通过从0时刻启动某个仿真，当其达到稳态后，通过拍摄快照，将所有状态和变量冻结于某个文件中得到。一个快照文件本质上是一个全部对象均被初始化的新的数据文件。随后用户可从该文件重新启动仿真。第59页多重运行：EMTDC具有能实现多次运行相同工程，但每次运行时改变一个或多个变量的能力。该特性对于高度非线性系统寻找最大值或最优性能时非常有效。可通过三种方法来实现多重运行：

1.使用多重运行元件；

2.使用最优运行元件；

3.通过手动定义多重运行变量。这些元件可同时在一个电路中共存，但某一时刻只能有一个被使能。第60页通道输出：EMTDC信号只能通过PSCAD的输出通道元件得到。在每个绘图间隔结束时刻，所有由输出通道监视的信号（以及当前时间）将被写入到输出序列中，用户可选择将该输出序列存储到输出文件中。输出文件可通过其它后处理图像软件进行进一步处理。输出文件是格式化的文本文件，并将输出通道数据组织为列的形式，除第一列（总是代表时间）外的其它列均代表了一个单一输出通道的记录数据。数据文件的后缀为

.out。每个输出文件最大列数为11列，超过11列时将自动生成多个数据文件。输出文件中的列未标注，为了标识各列数据来自哪个输出通道，PSCAD会生成一个信息文件（.inf）来进行标识。第61页四、X4新特性概述

4.1PSCADX4新特性

4.2PSCADX4元件库改进

4.3PSCADX4其它改进第62页X4采用全新文件格式：文件后缀的变化反映了向基于

XML文件存储方式的转变。Lib后缀改为.plsx；Case

后缀改为.pscx；元件定义文件后缀改为.psdx

（旧版本为.cmp）。向上兼容性：支持V4.2和V4.2.1版本的case和lib文件，支持V4.2和V4.2.1版本的.cmp文件。向下兼容性：新版本文件不能被旧版本PSCAD程序调用。临时文件夹：旧版本的临时文件夹(*.emt)被废弃。X4版本的临时文件夹根据所采用编译器的不同而不同。

GFortran:

*.gf42CompaqVisualFortran6:

*.cf6IntelVisualFortran9to11:

*.if9全新文件格式4.1PSCADX4新特性第63页V4.2和V4.2.1版本case的导入X4将原版本文件转换为同名但后缀不同的文件。同时不会修改原文件的内容。第64页X4版本中文支持不足V4.2.1加载路径带中文的元件库加载元件库成功第65页X4加载路径带中文的元件库加载元件库不成功第66页X4加载路径无中文的元件库加载成功第67页元件定义链接优先级的改变用户case内的元件实例（instance），其定义（definition）可能来自不同位置，包括masterlib；userlib和usercase。Masterlib中的定义Userlib中的定义Usercase中的定义Componenentinstance如果三者都已经加载，元件实例对应哪一个定义？第68页为避免使用错误的元件定义，可进行如下处理：1.为使用masterlib或userlib中的元件定义，可在加载包含同名元件定义的V4.2或V4.2.1用户case前，将其定义删除，或更换为唯一名称。第69页2.使用X4给出的元件定义重指向功能。第70页非法字符问题PSCADX4采用了基于XML的文件存储形式，故某些字符被该语言用作分割符，而不能出现在文件内容中。X4会给出相应的警告，并进行自动转换。第71页以下为X4会进行字符自动替换的位置。工程的描述：自定义元件中的界面类名称自定义元件输入参数的：描述；符号名称；缺省值；单位元件实例输入参数中的参数值。第72页需要注意的是：在元件定义的代码部分中出现的非法字符将不会被自动替换。程序编译将出错。例：某个元件定义使用了输入参数Xd’’，则X4将该参数名称自动替换为Xd_;但是代码部分的不会替换，因此将出现代码部分该变量无法找到的错误。ChecksScriptError:Evaluate:

(Xs<Xd'')[Error];Evaluate:'Xd'''isnotaparameter,computationorconstant.第73页PSCADX4MIM技术在V4版本中，PageModule缺少多实例化的能力，即一个PageModule的定义（Definition）只能有一个实例（Instance），否则报错。第74页在X4版本中，PageModule可以如usercomponent一样，设计输入参数的界面。在X4版本中，PageModule可以多实例化。第75页PSCADX4编码结构PSCAD类似于结构化代码产生器。PSCAD对象等效代码工程主程序模块定义子程序模块实例子程序调用非模块元件内联代码端子连接/输入参数子程序参数PSCAD编译链接时，将为每个该工程中使用到的唯一的模块定义创建一个.f文件。对于实例化的模块，将以调用子程序方式调用其定义对应的子程序。第76页4.2PSCADX4元件库改进1.主元件库元件的修正2.主元件库元件的添加第77页1.主元件库元件的修正对三相四绕组变压器加入了

Idealtransformer选项第78页重定义的了Bergeron模型的Y/Z参数输入时错误值检查。第79页解决了插值脉冲发生元件带限接近检查的错误。第80页对三相双绕组自耦变、三相三绕组变压器未申明的变量进行了申明通用变压器模型中可接受涌流延时设为0.0的值。对三相三绕组变压器饱和特性设置于非1号绕组时会产生错误的问题。第81页解决了脉冲发生元件的脉冲之间周期经常与指定值不符的情况。解决了其存储空间分配，可能导致使用Compaq6.6编译器时引起EMTDC崩溃的问题。第82页解决了单稳态触发器输出脉冲宽度比指定值少一个仿真步长的问题。解决了电流源在t=0.0时输出错误的问题。第83页增加了对同轴电缆各半径参数输入值直接的完整性检查，确保参数输入不会出现错误。第84页对同步电机模型的代码部分的一个错误进行了修正解决了使用多个避雷器会出现错误的问题。第85页2.主元件库元件的添加新增了饱和电抗模型用于饱和电抗的建模，具有单相和单线显示三相模式。新增了单相