pscad元件介紹及其應(yīng)用

1、PSCAD元件及其應(yīng)用,,武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院,第 2 頁,主要內(nèi)容,PSCAD主元件庫 HVDC和FACTS元件庫 Sources元件庫 Transformers元件庫 Transmission lines/Cables元件庫 Machines元件庫 I/O Devices元件庫 Sequencer元件庫 其它元件,第 3 頁,一、PSCAD主元件庫,,第 4 頁,二、 HVDC和FACTS元件庫,第 5 頁,包括：

2、——基本的開關(guān)器件如IGBT, GTO, 二極管等；——基本的主電路單元如逆變器，整流器等；——常見的應(yīng)用級電路如HVDC，SVC等；——常用的控制系統(tǒng)；——觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路；,第 6 頁,2.1 EMTDC的插值算法,在指定的時間段內(nèi)，電力網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)仿真是一系列離散間隔（時間步長）網(wǎng)絡(luò)方程的求解。EMTDC是固定時長的暫態(tài)仿真程序，因此仿真之前一旦選定就保持不變。,由于時間步長固定，網(wǎng)絡(luò)事件如故障或晶閘管動作可能發(fā)生在這些離散

3、時間點之中（若不刻意更改）。這就意味著如果器件動作處于時間步長間隔中的話，只有等到下一時間步長時程序才能體現(xiàn)出此事件。,一個辦法就是采用變步長解法，如果發(fā)現(xiàn)了器件動作事件，程序?qū)咽录介L分割為更小的步長。然而，這無法克服器件開合感性和容性電路時，由于電流和電壓的微分所造成的偽電壓和電流尖峰問題。,第 7 頁,另一種解決方法是采用變步長進行求解，即當(dāng)檢測到開關(guān)事件發(fā)生時，程序?qū)澐址抡娌介L為更小的時間間隔。但這種方法不能避免在投切容

4、許或感性電路時，由于電流或電壓微分而造成的虛假電壓和電流尖峰。當(dāng)開關(guān)時間發(fā)生于采樣點之間時，EMTDC采用插值算法來尋找精確的事件發(fā)生時刻。該方法比減小仿真步長具有更快的速度和更高的精度。從而使得EMTDC能在采用較大時間步長的情況下更精確地對任何開關(guān)事件進行仿真。,第 8 頁,1. 所有的開關(guān)設(shè)備在被DSDYN子程序調(diào)用時，將其開關(guān) 判 定標(biāo)準(zhǔn)加入到一個輪詢表中。主程序在每個仿真步長 的結(jié)束時

5、刻求解電壓和電流，同時在新的仿真步長開始 時刻存儲開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)。這些開關(guān)設(shè)備可直接通過時 間來指定其開關(guān)動作時刻，或通過電壓或電流的電平交 叉點。2. 主程序?qū)﹂_關(guān)設(shè)備進行判定，確定出其開關(guān)動作標(biāo)準(zhǔn) 已經(jīng)滿足的開關(guān)設(shè)備，其后立即將該子系統(tǒng)內(nèi)所有電壓 和電流插值至該動作時刻。該支路進行開關(guān)動作，同時 導(dǎo)納矩陣需要重新進行三角化。,插值算法的步驟,第 9 頁,3.

6、 EMTDC以插值時刻為起始時刻，求解出下一仿真步 長結(jié)束時刻的節(jié)點電壓。所有的設(shè)備都將被輪詢，以確 定在原始仿真步長結(jié)束時刻是否需要進行插值開關(guān)動作。4. 當(dāng)沒有開關(guān)動作時，EMTDC執(zhí)行最后的插值動作， 將求解過程恢復(fù)至原始的仿真步長序列。,第 10 頁,電流過零時開關(guān)動作,無插值時的二極管電流,有插值時的二極管電流,第 11 頁,具有大量快速切換設(shè)備的電路；帶有浪涌避雷器的電路與電力電子設(shè)

7、備連接；HVDC系統(tǒng)與易發(fā)生次同步諧振的同步機相聯(lián)；使用小信號波動法分析AC/DC系統(tǒng)，這時精細的 觸發(fā)角控制是必須的；使用GTO與反向晶閘管構(gòu)成的強制換相換流器；PWM電路和STATCOM系統(tǒng)；分析具有電力電子設(shè)備的開環(huán)傳遞函數(shù)；,插值的應(yīng)用場合,第 12 頁,顫振是Dommel算法中對電氣網(wǎng)絡(luò)進行暫態(tài)仿真時所采用的梯型積分方法所固有的，仿真步長之間的同步振蕩現(xiàn)象。顫振通常由閉合包含了電感的支路內(nèi)的一個開關(guān)所引

8、起。,EMTDC對每個節(jié)點電壓和支路電流進行連續(xù)監(jiān)測，如果某個電壓或電流在5個連續(xù)仿真步長內(nèi)連續(xù)改變方向，則被認為是發(fā)生了震顫。,EMTDC中可以禁止進行顫振檢測，但同時允許去除顫振，此時僅有由支路投切所引起的顫振被去除。也可在EMTDC中設(shè)置顫振檢測水平，低于此水平的顫振將被忽略。,顫振檢測和去除,第 13 頁,插值算法中的第三步涉及到外插電源特性。,在不采用外插電源算法時，第3步的電源電壓將是線性外插所得到。而采用外插電

9、源算法時，電源電壓將為：,此時求解的結(jié)果將更加準(zhǔn)確。,外插電源,第 14 頁,2.2 插值觸發(fā)脈沖元件,返回一個二元數(shù)組，包括觸發(fā)脈沖信號和晶閘管、IGBTs以及GTO插值關(guān)斷（導(dǎo)通）時刻所必需的插值時間標(biāo)簽。第一個元素信號為0或1，表示實際的門極控制信號。第二個元素為插值動作時間。,元件的輸出是基于輸入信號H和L的比較得出的。L通常是觸發(fā)角定值，H則來自于鎖相振蕩器或者與之等同的環(huán)節(jié) 。,若使用的是GTO或IGBT，則此組件還提供了對

10、OFF信號的輸入信號比較。,第 15 頁,第 16 頁,輸出信號格式,單個自然關(guān)斷器件控制,單個可控關(guān)斷器件控制,第 17 頁,6個自然關(guān)斷器件單獨控制,6個可控關(guān)斷器件單獨控制,第 18 頁,6脈沖整流橋觸發(fā)專用方式,第 19 頁,2.3 電力電子器件,,,,第 20 頁,,,,,,,,,,,,,,,,第 21 頁,2.4 可控變換橋,第 22 頁,,,,,,,正負母線,測量的觸發(fā)脈沖角和換相角,,,第 23 頁,觸發(fā)脈沖控制方式

11、,,,只輸入1#器件的觸發(fā)控制角。其它器件按編號依次延遲60度。每個器件的脈沖自動維持120度。,,,每個器件的觸發(fā)角單獨控制。此時可使用插值脈沖觸發(fā)元件的輸出。即‘FP’和‘FTime’。,第 24 頁,觸發(fā)脈沖封鎖/解鎖控制,,內(nèi)部鎖相振蕩器(PLO),其輸出為與A相對地電 壓同步的0-2pi變化的斜坡信號,第 25 頁,與換流變接線方式的配合,希望提供給PLO的電壓盡量理想，故一般該電壓取自換流變的系統(tǒng)側(cè)，且與A相對地電壓同

12、步。而觸發(fā)脈沖是以換流變閥側(cè)線電壓過零為起始點。故需要根據(jù)換流變的接線方式進行調(diào)整。,,第 26 頁,以Y/Y型接線為例:脈沖觸發(fā)起始點為相電壓交點，滯后網(wǎng)側(cè)A相對地電壓30度。,第 27 頁,2.5 靜止無功補償器,,,,第 28 頁,,,,,,,第 29 頁,,,電容器僅當(dāng)其電壓與系統(tǒng)電壓相差很小時投入，僅在電流過零時切除。,第 30 頁,,,,,第 31 頁,三、 Sources元件庫,第 32 頁,包括：——三種三相電壓源模型

13、；——兩種單相電壓源模型；——電流源模型；——諧波電流源模型；,第 33 頁,,,3.1三相交流電壓源模型1,第 34 頁,—Behind Source mpedance位于系統(tǒng)阻抗之后,該方式下需直接輸入電源電壓、相位和頻率,—At the Terminal位于機端,該方式下需直接輸入機端電壓、相位和有功功率、無功功率。仿真中自動算出電源電壓和相位。,電源類型,第 35 頁,3.2 三相交流電壓源模型2,,,,,,第 36

14、頁,電源控制模式,—Fixed：固定型。電源幅值、頻率和相位通過Source Values for Fixed Control 頁面輸入。,—External：外部型。電源幅值、頻率和相位通過外部連接端子輸入。,—Auto：自動型。可通過自動調(diào)整電壓幅值對某母線處的電壓進行控制；或自動調(diào)整內(nèi)部相位角控制有功輸出。,第 37 頁,,,,,,第 38 頁,阻抗數(shù)據(jù)輸入格式,—RRL Values ：直接輸入R和L參數(shù)值。,—Impedanc

15、e ：以極坐標(biāo)形式輸入阻抗參數(shù)，此時需提供阻抗幅值和相角。,第 39 頁,,3.3 三相交流電壓源模型3,第 40 頁,四、 Transformers元件庫,第 41 頁,包括：——使用單相變壓器模型構(gòu)建的三相變壓器；——經(jīng)典的單相變壓器模型；——UMEC模型；——自耦變壓器模型。,第 42 頁,4.1 經(jīng)典模型,經(jīng)典法的變壓器模型是在電磁耦合的基礎(chǔ)上建立的。在磁路為線性的假定前提下，變壓器模型可以用既具有自感也具有互感的耦

16、合電路來表示。所列寫的微分方程均適用于暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析。經(jīng)典法的理論模型的思路來源于傳統(tǒng)變壓器的等值電路，如兩相變壓器的T型、π型等值電路。它將變壓器的主磁通和漏磁通分開考慮，在計算單相變壓器時簡單方便，并且參數(shù)的物理意義清晰，可以很好的與實際變壓器吻合。但它在模擬三相，多繞組，且繞組間存在耦合時會顯得十分復(fù)雜。而且在進行模擬計算時需要準(zhǔn)確知道變壓器繞組的聯(lián)結(jié)形式，繞組的匝數(shù)等，然而這些參數(shù)一般無法獲得，這樣會顯得十分不便。,,1. 經(jīng)典

17、建模方法,第 43 頁,,,,,2. 經(jīng)典模型主要參數(shù),第 44 頁,3. 分接頭設(shè)置,PSCAD對分接頭的建模是改變變壓器的變比，同時對漏抗和勵磁電流進行重新計算。例如10kV:100kV的Y/Y變壓器，10kV側(cè)分接頭調(diào)整為1.05，則新的變比為1.05:100。,第 45 頁,4. 飽和特性模擬,主磁通受鐵心飽和的影響，可以將其作為一局部的非線性問題并將以線性化處理。PSCAD/EMTDC中變壓器的飽和模型就是將主磁通和漏磁通分

18、開處理的。為了提高仿真精度，需要將鐵心飽和和鐵心損耗考慮進去，鐵心損耗可以直接在變壓器元件模型參數(shù)里設(shè)置。PSCAD的經(jīng)典法使用了并聯(lián)補償電流源模擬飽和：在最靠近鐵芯的繞組上添加可變電感；或在最靠近鐵芯的繞組上添加補償電流源。EMTDC采用后者。,第 46 頁,第 47 頁,變壓器另一種模型是將漏磁通和主磁通統(tǒng)一考慮的UMEC(Unified Magnetic Equivalent Circuit)模型。這是一種是基于Steinmetz

19、磁路等效模型，變壓器任一繞組鐵心支路都可以等效為磁路等效模型。目前為止UMEC模型的發(fā)展已經(jīng)十分完備，該模型基于磁路模型進行計算，具有較高的仿真精度，并且無需知道鐵心長度、鐵心橫截面積、繞組匝數(shù)等詳細的變壓器物理參數(shù)。,,,1. UMEC建模方法,4.2 UMEC模型,第 48 頁,主磁通受鐵心飽和的影響，可以將其作為一局部的非線性問題并將以線性化處理。PSCAD/EMTDC中變壓器的飽和模型就是將主磁通和漏磁通分開處理的。為了提高仿真

20、精度，需要將鐵心飽和和鐵心損耗考慮進去，鐵心損耗可以直接在變壓器元件模型參數(shù)里設(shè)置。PSCAD的UMEC法采用分段線性法處理飽和。,2. 飽和特性模擬,第 49 頁,變壓器UMEC 模型是運用分段線性化的方法來模擬鐵心飽和特性。分段線性化方法就是把非線性的計算過程分成幾個線性區(qū)段，這樣在每段線性區(qū)段內(nèi)，就可以采用線性電路的計算方法來計算，簡單方便。,,PSCAD在控制變壓器的等效勵磁支路時采用了分段線性近似的方法。在模擬鐵心的非線性特性

21、時，直接在元件模型參數(shù)設(shè)置中輸入I-U曲線，即10個點的（I，U）坐標(biāo)，然后利用插值算法在每個區(qū)段內(nèi)計算損失特性，既減少了矩陣倒置的計算，又保留了計算的準(zhǔn)確性。,第 50 頁,,第 51 頁,五、 Transmission lines/Cables元件庫,第 52 頁,架空輸線及電纜模型,,,,第 53 頁,5.1 架空輸電線模型,1. 步驟一：創(chuàng)建輸電線路配置元件,第 54 頁,,,,,第 55 頁,PSCAD中構(gòu)建架空線路有兩種方法

22、：Remote Ends模式和Direct Connection模式。 Remote Ends模式下線路端點不與其它元件有物理上的直接連接，需要應(yīng)用架空線接口元件。 Direct Connection模式可直接相連，但僅能用于1相、3相或6相的單根顯示系統(tǒng)。,Remote Ends模式,Direct Connection模式,第 56 頁,互耦線路,線路互耦使得可將線路長度相同的多個輸電線路相互耦合。,第 57 頁,2. 步驟二：加入輸

23、電線路接口元件(僅Remote end模式需要),,,第 58 頁,3. 步驟三：選擇輸電線路模型及輸入模型參數(shù),單一頻率Bergeron模型,頻率相關(guān)的相域模型,頻率相關(guān)的模態(tài)域模型,第 59 頁,4. 步驟四：輸入線路參數(shù)及塔型及其參數(shù),僅適用于Bergeron模型(不能加入地平面元件),塔型及其參數(shù),,,架空地線,對地距離,通用模型,第 60 頁,5. 步驟五：加入地平面元件,PSCAD編譯輸電線路配置元件頁面時將執(zhí)行tline.

24、exe程序。編譯時將調(diào)用本輸電線路的.tli文件，并生成相應(yīng)的求解后的線路常數(shù)數(shù)據(jù)文件(EMTDC仿真時需要).tlo。當(dāng)執(zhí)行過程中出現(xiàn)錯誤時，PSCAD將打開相應(yīng)的.log文件來顯示錯誤。,第 61 頁,5.2 埋地電纜模型,埋地電纜模型的構(gòu)建與架空線路模型構(gòu)建基本相同，僅設(shè)置埋地電纜參數(shù)時不同。且需在地平面元件之下。,第 62 頁,5.3 PI段模型,該模型主要用于描述非常短的架空線路或埋地電纜。該模型能提供準(zhǔn)確的基波頻率阻抗，但

25、不能精確描述其它頻率處的特性。因此，該模型提供了一個簡單的方法來描述穩(wěn)態(tài)研究下的輸電系統(tǒng)，例如潮流分析。但不能提供精確的、全頻率域的暫態(tài)響應(yīng)。,第 63 頁,,,,第 64 頁,NOMINAL,COUPLED,為確保能正確描述零序參數(shù)和與中性點的連接，在Nominal 模式下該元件在每一端提供了與中性點的連接端子，且提供了一條RL零序支路連接在這兩個端子之間，以提供零序電流的通路。所有的電壓測量必須為線間、或線對中性點，而不能為對地。同

26、樣的，故障也必須施加于線對中性點，而不能對地。,第 65 頁,模擬兩條相互耦合的線路。只支持coupled型的線路。在輸入每條線路參數(shù)的同時，需要輸入線路間的耦合參數(shù)。,第 66 頁,六、 Machines元件庫,第 67 頁,包括：——同步電機模型；感應(yīng)電機模型；直流電機模型； 永磁電機模型；——交流、直流、靜止勵磁機模型；——蒸汽機、汽輪機和水輪機模型；——電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型；——風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)模型；,第

27、 68 頁,6.1 發(fā)電機模型,本元件的一個選項是可以模擬Q軸的兩個阻尼繞組，因此可作為隱極極或凸極機使用。其速度可由給“w”輸入一個正值直接控制，或者將機械轉(zhuǎn)矩輸入到“Tm”上。,,,,,第 69 頁,第 70 頁,關(guān)于多質(zhì)量扭轉(zhuǎn)軸接口：,需要考慮汽輪機或發(fā)電機的慣性質(zhì)量和軸系扭振時使用。并配合使用多質(zhì)量扭轉(zhuǎn)軸接口元件。,此時發(fā)電機自動運行于速度控制模式，并向多質(zhì)量扭振軸接口元件提供電磁功率和機械功率作為其輸入。多質(zhì)量扭振軸接口元

28、件產(chǎn)生速度控制信號并輸入至發(fā)電機。,第 71 頁,多質(zhì)量扭轉(zhuǎn)軸接口元件,該元件可與同步電機、感應(yīng)電機和直流電機接口?？赡M連接至單一旋轉(zhuǎn)軸上多達26個質(zhì)量塊的動態(tài)行為。其中一個通常用于表示發(fā)電機，并將電磁轉(zhuǎn)矩作用于其上，另一個通常表示勵磁機，其余的質(zhì)量塊表示汽輪機，且機械轉(zhuǎn)矩分布于這些質(zhì)量塊之上。所產(chǎn)生的速度信號輸出至相應(yīng)的電機。,第 72 頁,軸系扭振現(xiàn)象：大型同步電機與電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相互作用時會發(fā)生軸系扭振問題。其結(jié)果表現(xiàn)為次同步

29、諧振。主要原因是施加于汽輪機上的機械轉(zhuǎn)矩與由電力系統(tǒng)產(chǎn)生的相反方向的電磁轉(zhuǎn)矩的相互作用。,第 73 頁,第 74 頁,,,第 75 頁,輸入發(fā)電機及勵磁機的慣量常數(shù)、相互之間的彈簧常數(shù)、自阻尼和互阻尼系數(shù)。,本元件的其他輸入包括了其它機械質(zhì)量塊的慣量常數(shù)、相互間的彈簧常數(shù)，自阻尼和互阻尼系數(shù)以及機械轉(zhuǎn)矩分配。,第 76 頁,關(guān)于初始狀態(tài)設(shè)置：,初始化和啟動最常用的方法是由用戶指定輸入發(fā)電機端電壓的幅值和相角，該幅值和相角通常通過潮流計算

30、程序得到。此時發(fā)電機將作為一個電壓源運行。,網(wǎng)絡(luò)求解進程將從初始狀態(tài)啟動求解，直至達到穩(wěn)定狀態(tài)。此時用戶可選擇將電機從恒壓源模型切換至恒速模型。但此時轉(zhuǎn)子被鎖定為恒速運行。同時用戶選擇采用的勵磁機或電力系統(tǒng)穩(wěn)定器可給出一個初始化的條件，從而實現(xiàn)無縫的狀態(tài)切換。這兩者的初始化是電機作為恒壓源的過程中完成的。,其后，所有電機的轉(zhuǎn)子將被解鎖至自由狀態(tài)，此時將由汽輪機/調(diào)速器系統(tǒng)給出合適的輸出至電機。至此，整個系統(tǒng)將無限制地自由運行并達到期望的

31、穩(wěn)態(tài)。,第 77 頁,初始化的設(shè)置選項：,None：優(yōu)先選項；僅需輸入初始化時的電壓幅值和相位；電機的有功功率和無功功率將由網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)中其它電源所決定。,Powers：輸入對應(yīng)于特定端電壓幅值和相位的有功和無功功率。此時電機可直接以轉(zhuǎn)子鎖定或自由運行模式啟動，避免了模式切換的暫態(tài)過程。但該有功和無功功率必須根據(jù)正確的潮流計算結(jié)果得到，并且交流網(wǎng)絡(luò)也必須根據(jù)該潮流正確地進行了初始化。,Currents：需要輸入初始的轉(zhuǎn)子相對于穩(wěn)定狀態(tài)下A

32、相端電壓相位角的相角。需要輸入電樞dq軸電流初值和勵磁繞組電流初值。需要輸入初始電機轉(zhuǎn)速。適用于電機以自由運行（轉(zhuǎn)矩控制）模式啟動。,第 78 頁,關(guān)于發(fā)電機群的設(shè)置：,當(dāng)模擬同一母線處多臺同步電機（容量和特性相似），且電機之間的動態(tài)可以忽略時，可將這些放電機作為一臺同步電機來對待。從而可以加快仿真速度，并避免電機之間的相互干擾。當(dāng)具有多臺電機，但需要研究電機之間的動態(tài)時，需要將該選項設(shè)置為No。,第 79 頁,第 80 頁,第 8

33、1 頁,,,第 82 頁,,,,第 83 頁,,,,,,,第 84 頁,第 85 頁,第 86 頁,6.2 電動機模型,鼠籠感應(yīng)電動機：可運行于“速度控制”或“轉(zhuǎn)矩控制”模式下。在“速度控制”模式下，電動機按照輸入“W”的規(guī)定速度運轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)矩控制模式下，速度根據(jù)設(shè)備的慣性、阻尼和輸入轉(zhuǎn)矩、輸出轉(zhuǎn)矩求得。 通常，此型電動機在啟動時采用“速度控制”，輸入“W”取值為額定標(biāo)幺轉(zhuǎn)速（0.98），在電動機最初的暫態(tài)結(jié)束（過渡到穩(wěn)態(tài)

34、）后采用轉(zhuǎn)矩控制。本組件可以和“Multi-Mass Torsional Shaft Interface”組件配合使用。,第 87 頁,繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機：可采用“速度控制”和“轉(zhuǎn)矩控制”模式運行。通常此電動機在啟動時采用“速度控制”，輸入“W”取值為額定標(biāo)么轉(zhuǎn)速（0.98），在電動機最初的暫態(tài)結(jié)束（過渡到穩(wěn)態(tài)）后采用轉(zhuǎn)矩控制。本組件可以和“Multi-Mass Torsional Shaft Interface”組件配合使用。,第 8

35、8 頁,,第 89 頁,關(guān)于數(shù)據(jù)輸入方式：,Explicit:  應(yīng)盡可能使用該種數(shù)據(jù)輸入.  用戶可指定繞組電阻和電抗等.Typical:  僅當(dāng)用戶只知道電機容量時使用，電機參數(shù)的通用值將根據(jù)容量自動確定。EMTP Type 40: 參數(shù)輸入將基于穩(wěn)態(tài)時的轉(zhuǎn)矩-滑差曲線。,第 90 頁,,,第 91 頁,,第 92 頁,關(guān)于勵磁曲線,使用指定V-I點的方法輸入勵磁特性時，勵磁電流必須為正值，勵磁曲

36、線必須具有正斜率，否則程序?qū)箦e并終止；同時斜率必須隨著勵磁電流的增加而減小，否則程序也將報錯并終止；若數(shù)據(jù)點數(shù)小于9個，則必須輸入一個0或負值的電流。,第 93 頁,6.3 直流電機,兩繞組直流電機：本元件模擬兩繞組直流電機。提供了電樞端子 (右側(cè) + 和 -)， 以及勵磁繞組端子 (上部 + 和 -) 作為外部電氣連接.  使得可模擬獨立勵磁的電機, 并聯(lián)或串聯(lián)電機。元件“Multi-Mass Torsional

37、 Shaft Interface”可與本元件配合使用，以考慮轉(zhuǎn)子的機械暫態(tài)。,第 94 頁,永磁同步電機：除了三個定子繞組外，又額外加入了兩個短路繞組以模擬電磁阻尼效應(yīng)?？山o“W”輸入一正值直接控制電機的速度，“Te”是電氣轉(zhuǎn)矩。,第 95 頁,,第 96 頁,,,第 97 頁,6.4 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),,,,,,,,第 98 頁,風(fēng)源：模擬了風(fēng)力發(fā)電機所用風(fēng)速。輸入ES: 代表風(fēng)速的外部信號，[m/s]；輸出Vw: 風(fēng)機的可用風(fēng)速。外部

38、信號Es用以模擬任何形式的風(fēng)力波動，包括本元件沒有定義的波動形式。用戶可以選擇“使用”或“不使用”該輸入。風(fēng)場測試所得的風(fēng)變化記錄可以導(dǎo)入本元件，生成風(fēng)機所用的風(fēng)速輸入。,第 99 頁,第 100 頁,風(fēng)機模型：輸入是風(fēng)速Vw和于渦輪機相連的風(fēng)力發(fā)電機的機械轉(zhuǎn)速w。Beta是渦輪槳頁的節(jié)面角，單位為度。Tm和P是基于機組額定功率的的輸出標(biāo)么轉(zhuǎn)矩和功率。,第 101 頁,第 102 頁,風(fēng)機調(diào)速器：本元件模擬了風(fēng)機的節(jié)面角調(diào)節(jié)器。模型的輸

39、入是機組的機械轉(zhuǎn)速Wm和風(fēng)機的輸出功率Pg。輸出是風(fēng)機的漿距角。,第 103 頁,6.5 勵磁機模型,交流勵磁機：本元件模擬了IEEE標(biāo)準(zhǔn)的8種交流勵磁機。每種勵磁機具有不同的傳輸函數(shù)。,第 104 頁,直流勵磁機：本元件模擬了IEEE標(biāo)準(zhǔn)的3種直流勵磁機。每種勵磁機具有不同的傳輸函數(shù)。,第 105 頁,靜止勵磁機：本元件模擬了IEEE標(biāo)準(zhǔn)的5種靜止勵磁機。每種勵磁機具有不同的傳輸函數(shù)。,第 106 頁,V2兼容型固態(tài)勵磁機：該模型基于

40、IEEE的SCRX類型的固態(tài)勵磁機?？刂葡到y(tǒng)改變輸出勵磁電壓來維持系統(tǒng)電壓于參考值。該勵磁機模型不具有初始化能力，也即它將對任何其接收到的輸入進行響應(yīng)，而不考慮電機模型的狀態(tài)。,第 107 頁,6.6 其它元件,多質(zhì)量扭轉(zhuǎn)軸：本元件模擬與單一旋轉(zhuǎn)軸相聯(lián)的多達26個質(zhì)量塊的動態(tài)過程。一個質(zhì)量塊用來代表發(fā)電機，電氣轉(zhuǎn)矩“Te”施加其上。一個質(zhì)量塊用來代表勵磁機。其它的質(zhì)量塊代表原動機，并把機械轉(zhuǎn)矩“Tm”分據(jù)其上。速度“Wpu”或“Wrad

41、”為輸出，以作為電機模型的輸入。,第 108 頁,內(nèi)燃機：本元件模擬了1至12缸，2至4沖程的內(nèi)燃機。給定一個軸速控制w和燃料吸納因子FL，就會生成一個基于輸入極角度（轉(zhuǎn)矩）曲線的機械軸轉(zhuǎn)矩Tm。本組件可作為原動機，將Tm與PSCAD中發(fā)電機模型的機械轉(zhuǎn)矩輸入相連。 本元件可模擬氣缸拒燃，對每一個拒燃的氣缸給定一轉(zhuǎn)矩的減少百分比，由此就可模擬出拒燃的氣缸數(shù)量和減少的轉(zhuǎn)矩百分比之間的關(guān)系。,第 109 頁,蒸汽輪機模型：IEEE蒸

42、汽輪機模型。輸入轉(zhuǎn)速w、轉(zhuǎn)速參考值Wref和調(diào)速器輸出的控制閥的位置Cv或閥的攔截位置Iv。輸出分別是 HP和LP汽輪機的機械轉(zhuǎn)矩Tm1 和Tm2。,第 110 頁,熱工調(diào)速器模型：輸入包括轉(zhuǎn)速w，轉(zhuǎn)速參考值Wref。輸出包括閥門位置z。而在GOV2, 3和5上，輸出是控制閥的流通面積Cv和閥的攔截面積Iv。以上兩個輸出都應(yīng)輸入給對應(yīng)的蒸汽輪機。GOV1:  近似機械－液壓控制；GOV2:  機械－液壓控制 (G

43、E)；GOV3:  電氣－液壓控制 (GE)；GOV4:  DEH 控制 (Westinghouse)；GOV5:  NEI Parsons 控制。,第 111 頁,水輪機模型：模擬 了4種不同傳輸函數(shù)的IEEE水輪機模型。輸入包括轉(zhuǎn)速w，轉(zhuǎn)速參考值Wref和閥門的位置z。輸出是機械轉(zhuǎn)矩Tm（作為同步發(fā)電機的輸入）和初始閥門位置zi（作為相聯(lián)水輪機調(diào)速器的初始化輸入）。,第 112 頁,水輪機模型：輸

44、入包括轉(zhuǎn)速w，轉(zhuǎn)速參考值Wref和初始化時閥門的位置z0。輸出是閥門位置z。 GOV1:  機械－液壓控制；GOV2:  包括引導(dǎo)和伺服機構(gòu)動態(tài)的PID控制；GOV3:  針對甩負荷研究的增強型控制。,第 113 頁,電力系統(tǒng)穩(wěn)定器：本組件模擬了IEEE標(biāo)準(zhǔn)型PSS。模型的輸入有轉(zhuǎn)速w、同步機機端電壓Vt、離散控制器參考值Vk。輸出為Vs，也可是轉(zhuǎn)速、機端的頻率、功率或無輸出。,第 114 頁,七、

45、I/O Devices元件庫,第 115 頁,包括：——滑塊、開關(guān)、撥號盤和按鍵等接口控制模塊；——繪圖或表計通道模塊；——多重運行模塊、優(yōu)化運行模塊；——變繪圖步長模塊、矢量接口模塊；,第 116 頁,在controlPanel中添加,7.1 用戶接口控制模塊,Add as control,Add as meter,第 117 頁,用于監(jiān)視單個多軌跡曲線。用柱狀圖形式動態(tài)顯示每條軌跡的幅值。特別適用于做頻譜分析。,Add

46、as polymeter,第 118 頁,Add as phasormeter,可用于監(jiān)視多達6個獨立的相量。每個相量相應(yīng)的幅值和相角在仿真過程中可動態(tài)變化。,至少需要一個幅值和一個相角，默認1為幅值，2為相角,第 119 頁,Add as Oscilloscope,可用于模擬現(xiàn)實世界的示波器對于時變周期性信號的觸發(fā)效果。,第 120 頁,7.2 多重運行模塊,Multiple Run元件,2個或2個以上的多重運行模塊同時有效時

47、將出錯。,第 121 頁,,,,第 122 頁,數(shù)據(jù)變化類型,連續(xù)型（Sequential）：需指定起始值、結(jié)束值和增量。 PSCAD將自動計算多重運行的次數(shù)。平坦隨機（Random-flat）：需指定多重運行次數(shù)、隨 機變化的起始范圍。列表（List）：需指定多重運行次數(shù)和相應(yīng)每次運行的 變量值。正態(tài)隨機（Random-normal）：需指定多重運行次數(shù)、 隨機變化范圍以及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。,第 123

48、頁,,,,,,,被判定為最優(yōu)運行的仿真過程將在所有的運行結(jié)束后重新運行一次。,第 124 頁,,第 125 頁,,,可查看記錄結(jié)果，最優(yōu)運行，統(tǒng)計數(shù)據(jù)等,Optimization viewer,第 126 頁,多重運行附加記錄元件：提供附加變量記錄能力,,,,第 127 頁,Optimum Run元件,該元件與多重運行元件類似，最主要的區(qū)別是能夠真正實現(xiàn)自動搜索（或收斂）最優(yōu)設(shè)計參數(shù)。能夠大大減小多重運行次數(shù)從而節(jié)省仿真時間

49、，同時提高了尋優(yōu)精度。,黃金分割:  適用于單一REAL變量.  單純型算法:  適用于多個REAL (最多20個) 變量.  該方法沿可視實 體的多面體邊緣來搜索最佳答案。胡克捷夫法:  適用于多個 REAL變量的優(yōu)化.遺傳算法:  適用于多個REAL/INTEGER/LOGICAL變量的優(yōu)化.,優(yōu)化算法：,7.3 最優(yōu)運行模塊,第 128 頁,用戶需定義一

50、個目標(biāo)函數(shù)（OF）作為輸入，最優(yōu)運行模塊將根據(jù)該函數(shù)的值，結(jié)合所采用的優(yōu)化算法來確定每次運行過程中的一組新的參數(shù)值，并將OF的差值與容許偏差進行比較，當(dāng)差值小于容許偏差時將結(jié)束多重運行。,,,,第 129 頁,,同樣可使用Optimization viewer來查看記錄結(jié)果。同一時刻只能有一個optimum Run元件有效。三種方法同一時間只能有一個有效。,第 130 頁,八、 Sequencer元件庫,第 1

51、31 頁,序列元件是一組特定的控制元素，它們可基于定時器、延時和/或其它狀態(tài)進行組合來構(gòu)成事件序列。,每個序列元件的輸入輸出均為值為0(LOW)或1(HIGH)的整型值。輸出為HIGH表示特定元件的條件滿足，反之則未得到滿足；輸入為HIGH表明該序列元件的上一個序列元件的條件已得到滿足，反之則尚未滿足。,,第 132 頁,九、 Meters元件庫,第 133 頁,包括：——電壓電流傳感器；——單相/三相有效值測量；——有功/

52、無功功率測量；——相位/頻率測量；——諧波分析；——諧波阻抗測量；,第 134 頁,可同時測量三相電壓、電流、有功功率、無功功率和電壓有效值,有效值測量,第 135 頁,可同時測量三相電壓的頻率、相位和有效值。其相位輸出為干擾期間相對于干擾發(fā)生前的變化量。,可測量三相瞬時有功功率和無功功率。,可測量兩組三相信號間的相角差值。,第 136 頁,阻抗測量元件：可對PSCAD中建立的幾乎所有電氣系統(tǒng)進行頻率掃描。輸出數(shù)據(jù)存儲于文本文件中

53、，并可被外表圖形程序使用。,,,,第 137 頁,FFT分析元件。可輸出各次諧波的幅值、相位；也可輸出序分量。,第 138 頁,十、 Data Record/Reader元件庫,第 139 頁,10.1 File Rearder元件,File Reader元件,第 140 頁,,,,數(shù)據(jù)文件名稱,絕對或相對路徑,數(shù)據(jù)列數(shù),,采樣頻率計數(shù)方法,,采樣頻率,,遇文件尾部的處理方法,重要參數(shù)設(shè)置,第 141 頁,第一行必須為空或注釋,,,可由

54、11列數(shù)據(jù)（采樣頻率指定）或10列數(shù)據(jù)+第一列為采樣時間點,數(shù)據(jù)使用,數(shù)據(jù)文件格式,第 142 頁,采用絕對路徑時（absolute path），需在file name中輸入 絕對路徑和文件名；采用相對路徑時，只需輸入文件名， 但文件必須存放于當(dāng)前case的工作路徑下。注意：路徑中 不要有中文。,采樣頻率（sampling time information）采用known sampling f

55、requency時，需在sampling frequency內(nèi)手動輸 入采樣頻率，此時數(shù)據(jù)文件所有列均為有效數(shù)據(jù)；采用 first columns contains sampling time時，數(shù)據(jù)文件的第一 列將必須為采樣時刻數(shù)據(jù)，PSCAD將根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動 計算出采用頻率。,第 143 頁,At the end of datafile:,output the last read value

56、s: 將一直輸出最后讀入的一 行數(shù)據(jù)。,rewind and replay again: 將移動至文件頭部，重新讀入 文件中的全部數(shù)據(jù)。,extrapolate: PSCAD將根據(jù)原先輸入的數(shù)據(jù)采用外插方法生成后續(xù)數(shù)據(jù)。,第 144 頁,監(jiān)測數(shù)據(jù)專業(yè)解析軟件,自編寫中間處理軟件,PSCAD,,輸出顯示,數(shù)據(jù)輸入示例,第 145 頁,專業(yè)解析軟件中的波形,輸入至PSCAD中的波形,數(shù)據(jù)比對,第 146 頁,數(shù)據(jù)輸出

57、還可采用RTP/COMTRADE Recorder元件實現(xiàn)。,該元件可記錄多達28個數(shù)據(jù)信號，用戶可將記錄數(shù)據(jù)存儲為如下格式：RTP (real time playback);COMTRADE 91;COMTRADE 99。,該元件具有12通道模擬信號記錄和16通道數(shù)字信號記錄。同時具有啟停時間控制輸入端。,10.2 RTP/COMTRADE Recorder元件,第 147 頁,,輸出文件名及格式,,記錄時間間隔，不能小于仿

58、真步長，大于仿真步長時PSCAD將進行插值處理,,錄波器設(shè)備號，對同一個項目，可具有最多10個錄波器，每個必須分配唯一的設(shè)備號,,模擬通道和數(shù)字通道數(shù)目,第 148 頁,,,,數(shù)據(jù)來源于1次側(cè)或2次側(cè),變量類型：電壓、電流或其它,數(shù)據(jù)來源于1次側(cè)時的PT或CT變比,第 149 頁,,第 150 頁,十一、 Protection元件庫,第 151 頁,包括：——失步保護(歐姆、多邊形、透鏡)；——距離區(qū)域(阻抗圓、跳閘多邊形

59、、蘋果、透鏡)；——反時限過流、雙比率電流差動、負序方向；——電流傳感器、CVT、電壓傳感器；——阻抗測量等；,第 152 頁,11.1 Impedance Zone元件,檢查輸入R和X所描述的點是否位于規(guī)定的阻抗區(qū)域內(nèi)。R和X是被監(jiān)測阻抗的電阻和電感，單位可以是標(biāo)么形式或者ohms形式。需要注意的是，組件輸入?yún)?shù)的單位設(shè)置與輸入的R和X的單位需保持一致。如果輸入R和X所描述的點位于規(guī)定的區(qū)域內(nèi)則輸出“1”，否則輸出“0”。,第

60、153 頁,歐姆圓：阻抗區(qū)域由一個圓所定義。用戶需輸入圓心坐標(biāo) 和圓半徑。,多邊形：阻抗區(qū)域由多邊形所定義。用戶需輸入多邊形的 邊數(shù)和每個頂點的坐標(biāo)。,透鏡特性：阻抗區(qū)域由等半徑兩個圓的并集所定義。用戶 需輸入圓的半徑和各自圓心的坐標(biāo)。,蘋果特性：阻抗區(qū)域由等半徑兩個圓的并集所定義。用戶 需輸入圓的半

61、徑和各自圓心的坐標(biāo)。,第 154 頁,11.2 Out of Step元件,當(dāng)阻抗軌跡從功率搖擺閉鎖區(qū)6向內(nèi)部閉鎖區(qū)5穿越時，本組件檢測穿越所需的時間，如果大于設(shè)定的時間，即探測到出現(xiàn)了功率搖擺的情況。在大多數(shù)這樣的情形下，阻抗保護不應(yīng)啟動去切除相關(guān)的開關(guān)，只有在少數(shù)選擇好的系統(tǒng)解列點處才需要跳閘。若未選擇距離保護去解列系統(tǒng)，當(dāng)阻抗軌跡從6區(qū)穿越到5區(qū)的時間超過設(shè)定時間，會閉鎖距離保護1、2、3段的跳閘信號。在功率搖擺期間，可使用OOS

62、的輸出閉鎖距離元件的1、2、3段的跳閘信號，或者在選定的點上去觸發(fā)斷路器的跳閘回路，將穩(wěn)定系統(tǒng)與不穩(wěn)定系統(tǒng)隔離。,第 155 頁,R和X代表了被檢測阻抗的電阻和電感，單位可以是標(biāo)么形式或者ohms形式。需要注意的是，組件輸入?yún)?shù)的單位設(shè)置與輸入的R和X的單位需保持一致。如果探測到功率搖擺情況輸出“1”，否則輸出“0”。,歐姆圓：區(qū)域5、6由阻抗圓構(gòu)成。用戶需輸入兩個圓的半 徑和圓心坐標(biāo)。,透鏡特性：區(qū)域5

63、、6由等半徑圓相交構(gòu)成。用戶需輸入圓 的半徑和圓心坐標(biāo)。對于阻抗軌跡由6區(qū)向5區(qū)穿 越的時間大于設(shè)定時間的情況，零序電流I0需再 小于限定值本組件才會發(fā)出閉鎖信號。,多邊形：區(qū)域5、6由多邊形構(gòu)成。對于阻抗軌跡由6區(qū)向5 區(qū)穿越的時間大于設(shè)定時間的情況，負序電流I2

64、 需再小于限定值本組件才會發(fā)出閉鎖信號。,第 156 頁,11.3 其它保護元件,反時限過流,反時限過流保護對輸入電流的函數(shù)F(I)進行相對于時間的積分，F(xiàn)(I)大于預(yù)先定義的電流（啟動電流）時為正，反之為負。當(dāng)積分達到預(yù)先設(shè)定的某個正值時，保護輸出‘1’。輸入本元件的是電流測量信號（單位為p.u.或kA）。,,,第 157 頁,雙比率電流差分,雙比率百分比偏置限制特性由以下4個值所決定：IS1:  基礎(chǔ)的差分電流定值；

65、K1:  較低的百分比偏置定值；IS2:  偏置電流門檻值；K2:  較高的百分比偏置定值。,第 158 頁,跳閘標(biāo)準(zhǔn)：,滿足跳閘標(biāo)準(zhǔn)且時間大于參數(shù)指定的時間時，本元件輸出為“1”。,第 159 頁,負序方向,負序方向元件的原理：對于正向故障，負序阻抗為負值；而對于反向故障，它為正值。考慮到繼電器終端之后的大電源，其可能會導(dǎo)致較低的負序電壓。為了克服這一情況，需要加入補償量以增大負序電壓。,,,,,僅

66、在負序電流與正序電流的比例大于設(shè)定的限值時，才會有輸出。負序電流還必須大于兩個設(shè)定值（一個正向，一個反向）。此時負序阻抗小于正向負序阻抗閾值，輸出‘1’，為正向故障；若負序阻抗大于反向負序阻抗閾值，輸出‘-1’，為反向故障。,第 160 頁,11.4 其它相關(guān)元件,CT-JA模型,本元件為基于Jiles-Aherton的鐵磁磁滯理論模擬的電流互感器（CT）?；诖判圆牧系奈锢硖匦?，給出了飽和效應(yīng)以及磁滯剩磁和最小磁滯回線等信息。被

67、測量電流作為輸入（kA），輸出是繼電設(shè)備所用的二次電流（Amps）。,CT-Lucas模型,本組件模擬了其負載（繼電設(shè)備）為感性的電流互感器。被測量電流作為輸入（kA），輸出是繼電設(shè)備所用的二次電流（Amps）。,第 161 頁,CVT模型,本元件模擬了相互作用的耦合式電壓互感器（VT）。模型的輸入是電容兩端的電壓，Vp（測量自系統(tǒng)的電壓）、C1和C2。輸出是變換后的電壓VS（Volts）。,PT-Lucas模型,本元件模擬了相互作用

68、的耦合式電壓互感器。輸入是測量的系統(tǒng)電壓Vp（kV）。輸出是變換后的電壓Vs（Volts）。,第 162 頁,本組件計算出線對地阻抗。VM/IM/I0M分為電壓幅值，電流幅值和零序電流幅值；VP/IP/I0P分為電壓相角，電流相角和零序電流相角。優(yōu)化后輸出供“Trip Polygon”、“Distance Relay - Apple Characteristics”、“Distance Relay - Lens Characterist