PSCAD中文教程

PSCAD简明使用手册

Chapter 1: EMTDC/PSCAD简介 2

1.1 功能 2 1.2 技术背景 2 1.3 主要的研究范围 3 1.4 目前应用情况 4 1.5 各版本限制

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1.6 目前最新版本：PSCAD 第四版 5 Chapter 2: 安装及License设置 6

2.1 安装 6 2.2 License设置 8 Chapter 3: PSCAD工作环境

3.1 术语和定义

3.1.1 元件 3.1.2 模块 3.1.3 工程

12 12 13 13

12

3.2 各工作区介绍 14

3.2.1 工作空间窗口 14 3.2.2 输出窗口 18 3.2.3 设计编辑器 20 3.3 工作区设置

21

3.4 在线帮助系统 22 Chapter 4: 基本操作 24

4.1 工程 24 4.2 元件和模块

4.2.1 元件 4.2.2 模块

28 28 31

4.3 常用工具栏及快捷键 31

4.3.1常用工具栏 31 4.3.2快捷键 34

Chapter 5: 在线绘图和控制

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5.1 控制或显示数据的获取 5.2 图形框

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5.3 图、曲线及轨迹 39 5.4 在线控制器及仪表 42 5.5 几种特殊表计 44

5.5.1 XY绘图 44 5.5.2多测计 46 5.5.3相量计 47

参考文献 50

1

Chapter 1: EMTDC/PSCAD简介

Dennis Woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水电局开发完成了EMTDC的初版，是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件， PSCAD是其用户界面，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，而且软件可以作为实时数字仿真器的前置端。可模拟任意大小的交直流系统。操作环境为：UNIX OS, Windows95, 98,NT等；Fortran 编辑器；浏览器和TCP/IP协议。

1.1 功能

? 可以发现系统中断路器操作、故障及雷击时出现的过电压

? 可对包含复杂非线性元件（如直流输电设备）的大型电力系统进行全三相的精确模拟，其输入、输出界面非常直观、方便

? 进行电力系统时域或频域计算仿真

? 电力系统谐波分析及电力电子领域的仿真计算 ? 实现高压直流输电、FACTS控制器的设计

1.2 技术背景

程序EMTDC（Electro Magnetic Transient in DC System）是目前世界上被广泛使用的一种电力系统仿真分析软件，它即可以研究交直流电力系统问题，又能完成电力电子仿真及其非线性控制的多功能（Versatile Tool）工具。PSCAD（Power System Computer Aided Design）是EMTDC的前处理程序，用户在面板上可以构造电气连接图，输入各元件的参数值，运行时则通过FORTRAN编译器进行编译、连接，运行的结果可以随着程序运行的进度在PLOT中实时生成曲线，以检验运算结果是否合理，并能与MATLAB接口。EMTDC/PSCAD主要功能是进行电力系统时域和频域计算仿真，典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时，电参数随时间变化的规律；另外EMTDC/PSCAD还可以广泛的应用于高压直流输电、FACTS控制器的设计、电力系统谐波分析及其电力电子仿真。软件还可以

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作为实时数字仿真器（Real Time Digital Simulator，RTDS）的前置端(Front End)。此外，EMTDC/PSCAD还具有强大的自定义功能，用户可以根据自己的需要创建具有特定功能的装置。实时回放系统（RTP）是基于EMTDC/PSCAD软件的测试系统，它可以结合EMTDC/PSCAD计算产生的结果（信号）来测试继电保护系统、控制系统及监控系统。

1.3 主要的研究范围

PSCAD/EMTDC在时间域描述和求解完整的电力系统及其控制的微分方程(包括电磁和机电两个系统)。这一类的模拟工具不同于潮流和暂态视定的模拟工具。后者是用稳态解去描述电路(即电磁过程)。但是在解电机的机械动态(即转动惯量)微分方程。PSCAD/EMTDC的结果是作为时间的即时值被求解。但通过内置的转换器和测量功能(象实有效值表计，或者快速傅里叶变换频谱分析等)。这些结果能被转换为矢量的幅值和相角。

实际系统的测量能够通过很多途径来完成。由于潮流和稳定的程序是通过稳定方程来代表，它们只能基频段幅值和相位。因此PSCAD的模拟结果能够产生电力系统所有频率的相应，限制仅在于用户自己选择的时间步长。这种时间步长可以在毫秒到秒之间变化。

典型的研究包括：

? 研究电力系统中由于故障或开关操作引起的过电压。它也能模拟变压器的非线性(即饱和)这一决定性因素。

? 多运行工具(Multiple run facilities)经常用来进行数以百计的模拟从而在下 列不同情况下发生故障时最坏的情况。故障发生在波形的不同位置，故障的类型不同，故障点不同。

? 在电力系统中找出由于雷击发生的过电压。这种模拟必须用非常小的时间步长来进行。(毫微秒级)

? 研究电力系统由于SVC，高压直流接入，STATCOM，机械驱动(事实上任何电力电子装置)所引起的谐波。这里需要详细的可控硅，GTO，IGBT，二极管等的模型以及相关的控制系统模型(模拟量的和数字量的二种类型)。

? 对给定的扰动，找出避雷中最大能量。

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? 调整和设计控制系统以达到最好的性能；多重运行工具常被用来同时自动调整增益和时间常数。

? 当一个大型涡轮发电机系统与串联补偿的线路或电力电子设备互相作用时，研究次同步谐振的影响。

? STATCOM或电压源转换器的建模，(以及它们相关控制的详细建模)。 ? 研究SVC HVDC和其它非线性设备之间的相互作用； ? 研究在谐波谐振，控制，交互作用等引起的不稳定性； ? 研究柴油机和风力发电机对电力网的冲击影响； ? 绝缘配合；

? 各种类型可变速装置的研究，包括双向离子变频器，运输和船舶装置； ? 工业系统的研究，包括补偿控制，驱动，电炉，滤波器等； ? 对孤立负荷的供电；

1.4 目前应用情况

现在新版的EMTDC/PSCAD不但有工作站版（Workstation），而且有微机版（PC版）,其大规模的计算容量、完整而准确的元件模型库、稳定高效率的计算内核、友好的界面和良好的开放性等特点，已经被世界各国的科研机构、大学和电气工程师所广泛采用。我国清华大学、浙江大学、中国电力科学研究院和南京自动化研究所等都相继引进了EMTDC/PSCAD、RTP和RTDS。

MATLAB虽然使用很方便，但所得出的仿真结论在行业内的认可程度很低。而EMTDC/PSCAD因拥有完整全面的元件库，稳定的计算流程，友好的图形界面，使它在全世界得到了广泛的应用。在我国国内，电磁暂态程序中用的最多的也是PSCAD。

1.5 各版本限制

表1.1版本

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学生版(Student) 教育版(Educational) 1 200 64 32,768 专业版(Professional) 无限制 无限制 1024 65,536 电气子系统 电气节点 页面模块 元件 1 15 5 32,768 1.6 目前最新版本：PSCAD 第四版

强有力和动态的控制 卓越的绘图功能

最新的与WINDOWS 匹配的界面 更佳仿真性能

强有力的视觉工具延展 数据输入和输出工具 MATLAB/SIMULINK 界面 灵活的用户自定义部件数据库

新模型 （风力发电，新电机，保护 继电器元件等）

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Chapter 2: 安装及License设置

2.1 安装

对于现在的电脑配置来讲，基本都可以安装PSCAD4.2.0版本，本文介绍PSCAD4.2.0的一种安装方式。把光盘放入光驱后，安装过程中将依次出现以下关键提示对话框，图2.1-2.7。特别对于图2.2，默认选项为第一个，选择前三个基本可满足仿真需求；对于图2.7，保持默认选项No - don’t install/update any licences。其他只需点确定、下一步，安装完成后再考虑其License设置，将在下一节介绍。

图2.1

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图2.2

图2.3

图2.4

图2.5

图2.6

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图2.7

2.2 License设置

安装完成后，插入硬件锁（Hardware Locks），可以是并口、串口或USB接口，视用户所购买版本不同而不同。双击

，第一次打开软件，将会出现如下

提示，图2.8，既没有取得有效认证，软件将会运行在功能受限的student版本下（参见第一章）。

图2.8

拥有License的用户，通过如下操作可升级到相应版本，如Educational、

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Professional, 其功能相应增加。下面就以Educational版本为例介绍：

点击OK按钮，进入软件界面，可以看到左上方标题栏显示为

。

图2.9

在主菜单中依次选择Edit/Workspace Setting，选择License标签，如下图2.10所示：

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图3.4

主页面包含了一个工程中所有的模块实例，有助于了解其工程结构，如下图所示，工程example01的主页面中包含Load、Active、Graph、PF四个模块，而模块Active又包含了一个模块Ctrl，这些模块组成了工程的基本层次结构。

图3.5

定义分支（Definitions）包含了工程中元件的定义，而存储于库中的元件定义不在此列。下图为上例中定义分支：

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图3.6

Runtime：树形结构，包含和运行相关的详细信息，比如输出通道、控制、图形等等，可以双击名称进入相应界面。注意：只显示当前激活的工程信息。

鼠标右键单击Runtime界面中工程名，弹出菜单如图3.7所示：

图3.7

有三种查看模式：Modules、Groups、Radio Links。

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1）Modules：以模块结构显示所有运行对象，如图3.8所示：

图3.8

2）Groups：以组的形式显示所有运行对象，如图3.9所示：

图3.9

3）Radio Links：显示所有无线连接元件，此元件相当于信号传输工具，将

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在3.2.4节中详细介绍。如图3.10所示：

图3.10

注：TLines/Cables和Files不常用，暂不介绍。 3.2.2 输出窗口

输出窗口可以方便的查看仿真反馈和故障解决信息，包括所有由元件、PSCAD或EMTDC引起的错误及警告信息。再细分为Build和Runtime信息：Build栏显示主要的原件及PSCAD中的错误及警告信息，包括工程的编译、Fortran、数据、图形文件等等；Runtime栏主要提供仿真运行时的错误和警告信息，即来自EMTDC算法。

另外还有一栏Search，可显示工程搜索结果。

错误和警告（Errors and Warnings）可通过如下图标进行区分： OK Errors Warnings

出现警告时，并不会对仿真造成根本性的影响，仍可仿真，但可能影响仿真结果。但出现错误时，仿真将会停止。可右键点击Point to Message source定位信息。

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图3.11

对于定位信息中显示的内容，可能涉及到一些节点或子页面，这时通过搜索功能可以快速定位这些节点，其结果将显示在输出窗口的Search栏。

点击工具栏中图标

，弹出如下搜索对话框：

图3.12

通过Search栏下拉菜单选择搜索范围。

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图3.13

输入所需查找信息关键字即可。 3.2.3 设计编辑器

设计编辑器从某种程度上来说是PSCAD仿真环境中作重要的一部分，也是完成大部分工作的地方。它主要用于仿真电路图的构建，并包含元件定义编辑器。

当打开一个工程师，设计编辑器会自动打开，如下图所示，分为六个子窗口：

可以看到有一些栏是不可用的，即灰色。这取决于你所要察看的内容以及这个工程是否已经编译过。Graphic、Parameters和Script只用于元件设计，只有在编译一个元件定义时才可用。而当打开一个模块页面时，Graphic也会被激活。按住Ctrl+鼠标左键双击元件，可以编辑一个元件的定义，或者右键单击元件，选择Edit Definition。

Circuit窗口是工程打开时的默认察看窗口，PSCAD中的大部分设计工作都将在这里完成，以及所有的控制和电气电路的构建。此时，控制面板和电气面板将被激活，如下图所示：

Graphic窗口用于编辑元件的定义或者模块的图形外观。 Parameters窗口用于编辑元件定义的参数。

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Script窗口用于编辑元件定义的代码。

Fortran窗口是一个简单的文本察看器，提供与当前Circuit窗口中相关模块的EMTDC Fortran文件。

Data窗口也是一个简单的文本察看器，显示当前Circuit窗口中电气网络的EMTDC输入数据。

3.3 工作区设置

当安装完成后，用户根据自己的需要，可以对工作区进行设置，其中参数的改动将影响所有载入的工程。本章将对其各个组成部分进行简要介绍。

打开主菜单中Edit/Workspace Settings，如下图所示：

图3.14

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图3.15

包含如下7个部分：Project、Views、Runtime、Fortran、Matlab、Associations、License

3.4 在线帮助系统

软件自带有在线帮助系统（On-line Help System），包含软件用户手册及所有元件的使用说明，对熟悉其元件特性有很大帮助。本使用手册就是基于此帮助系统而编写。按F1键即可弹出图3.16所示帮助系统。一般用户所经常使用的是PSCAD Manual和Master Library Models。

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图3.16

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Chapter 4: 基本操作

本章介绍了PSCAD的基本操作和特性，对于熟悉PSCAD V4将有很大帮助。首先对工程相关的操作进行了简要说明，其次是工程中的元件和模型的一些基本操作，最后对一些常用工具栏及键盘快捷方式进行简要介绍。

4.1 工程

上一章中已经介绍了工作区和工程的设置方法，本节将介绍对于工程的具体操作。

新建工程，如图所示：

图4.1

选择所要建立工程的类型，将会在工作区窗口出现一个名为“nomame”的新工程。也可以点击工具栏中新工程按钮可以更改工程名。

，或按住Ctrl+N建立新工程。保存时

图4.2

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加载工程，如图所示：

图4.3

将会出现如下对话框：

图4.4

包含所有PSCAD默认工程文件（*.psc，*.psl）从中选择所要加载的工程。也可点击工具栏中按钮

或按住Ctrl+O加载工程。

鼠标右键单击工程名，在弹出菜单中选择Open，即可打开工程，也可以双击打开。

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图4.5

如果有多个工程文件同时打开，PSCAD需要知道是哪一个工程处于激活状态，就需要设定“激活工程”。在工作区窗口中，鼠标右击要激活的工程，如上图所示，选择“Set as Active”，那么仿真就是针对此激活工程进行的。

其他针对工程的设定，用户可以通过以上方法来操作，如工程的保存、卸载等。下面针对单个工程文件，对其工程参数进行设置，右键单击工程名，可看到如下菜单：

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图4.6

打开Project Settings对话框，用户可根据需要设置，如下图所示：

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图4.7

4.2 元件和模块

初级用户对于元件和模块的操作基本上可分为：怎样把元件加载至工程中，元件参数的设置，以及模块的生成和参数设置，下面分别做简要说明。 4.2.1 元件

第三章中已经讲过，PSCAD的元件都存放在库工程中。打开软件后，工作去窗口中会自动加载库文件

，双击可打开，如下图所示界面：

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图4.8

所有元件都按类分成18组，具体为：无源元件（PASSIVE ELEMENTS），电源，混合元件（MISCELLANEOUS），I/O器件，断路器和故障（BREAKERS & FAULTS），HVDC、FACTS和电力电子元件（HVDC, FACTS & POWER ELECTRONICS），输入、输出和标签（IMPORTS, EXPORTS & LABELS），变压器（TRANSFORMERS），电机（MACHINES），连续系统功能模型（CSMF），传输线（TRANSMISSION LINES），电缆（CABLES），表计（METERS），保护（PROTECTION），外部数据记录及读取（EXTERNAL DATA RECORDERS & READERS），定序器（SEQUENCERS），逻辑元件（LOGICAL），PI部件（PI SECTIONS）。

双击每个图框的下部，如

件。可以直接从库中复制元件至目标工程。

，即可打开查看更多元

库工程中的元件比较全面，但对于一些简单的系统则显得不必要，而且略显麻烦。对于调用一些常用的元件，可以采用如下几种方式：

1、工具栏：

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Ctrl+ U Ctrl+ W Esc + -

关闭所选工程 激活/取消画线模式

取消 放大 缩小

拖动面板

Ctrl+ Shift+ 按住鼠标左键 Ctrl+ 鼠标左键双击 Ctrl+ 鼠标右击 左键双击 后退 F5 F1 2）线 V I D 3）绘图 Insert + - P N X E Y U

插入多图 放大图 缩小图

插入线顶点 颠倒线顶点 分解线

编辑元件定义 调用库

编辑所选元件属性 浏览上一级模块 刷新画布 帮助

缩放至前一个图 缩放至后一个图

按x轴当前显示图形范围缩放 按x轴最大显示极限缩放 按y轴当前显示图形范围缩放 按y轴最大显示极限缩放

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Chapter 5: 在线绘图和控制

PSCAD为用户提供了一些特殊的运行元件用于在线控制输入数据，并且可以记录及显示EMTDC输出数据，比如图形框、图表、曲线和一些仪表。用户可以直接控制EMTDC的输入变量，所以可以在仿真运行时改变这些变量。

对于输出的图形信息或者整个图形框，用户可以把其作为图片复制出来，或者提取其中的变量数据信息。

5.1 控制或显示数据的获取

因为PSCAD是EMTDC仿真算法引擎的图形用户界面，所以为了控制输入变量或观察仿真数据，用户必须给EMTDC提供一些控制或观察变量的指令，在PSCAD中即表现为一些特殊的元件或运行对象。

记录、显示或控制任何PSCAD中的数据信号，必须首先把信号连接到运行对象上。从而运行对象被分成三组：

? 控制器：滑动开关，开关，拨码盘，按钮 ? 记录器：输出通道，PTP/COMTRADE记录器

? 显示器：控制面板，图形框，XY直角坐标绘图，多测计，相量计 每个运行对象都有其特定功能，也可联合使用达到控制或显示数据的目的。 提取输出数据：使用输出通道元件导出所需信号，用于图形或表计的在线显示，或送到输出文件。如下图，测量电路中某点对地电压，从电压表中导出数据并显示，或者导出某一未命名信号数据：

输出通道Voltage1.0*Voltage1.0 [ohm]1.0 [ohm]1.0 36

图5.1

注意：输出通道不能直接连接在电气线上，比如上图左侧电压表测电压处，必须间接转换数据。除此之外，可以连接到任意数据信号。

控制输入数据：使用控制运行对象（如滑动开关，拨码盘，开关或按钮）控制输入数据，作为源或特定数据信号。只需在PSCAD电路画布上添加相应控制对象既可。

拨码盘控制故障类型输入A滑动开关控制电压源输入1.0 [ohm]V注意：此时控制对象不能手动调节，即呈现灰色，只有在连接控制接口时才能进行手动调节。

1.0 [ohm]BCFAULTS 图5.2

5.2 图形框

图形框用于显示多个图形，放置在电路画布的任何位置，并可根据用户需要添加任意多个图形。图形框只用于绘制曲线-时间图，所以其水平轴始终是EMTDC的仿真时间。如果需要绘制其他变量的曲线，可参考XY直角坐标系绘图。

添加一个图形框： 点击控制板上图形框图标

，画布上出现如下图形框，其大小可调。

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: GraphsSec0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 ... ... ... 图5.3

设置图形框属性：

双击其标题栏，或右键选择Graphic Frame Properties?，出现如下对话框，用户可根据需要调节其中参数：

图5.4

调节水平轴属性：

双击横轴坐标线，或右键选择Axis Properties，弹出如下对话框：

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图5.5

5.3 图、曲线及轨迹

图只能通过图形框来显示，在PSCAD中有两种图：重叠和多图。一个图可以显示多个曲线，而一个曲线可以包含几条轨迹，这些曲线都基于同一个y轴尺度。

曲线是一串用来描述图形的数据点，每一点代表一个仿真步长点。曲线由连接到输出通道的元件产生，可以是标量（一维信号）或多维数据信号。所以一个曲线可以使多维的，包含很多子曲线或轨迹，每一个轨迹对应一维数据值。

三者之间的关系如下两图所示：

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图5.6

图5.7

要在一个图形框中添加图：

上面提到，一个图形框可容纳不止一个图。鼠标右键单击图形框标题栏，选择Add Overlay Graph或Add Poly Graph。或者鼠标左键点击图形框，按键盘Insert键。将会出现下图：

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: Graphs1.00 Overlay Graphy-1.00 sec0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 ... ... ...

图5.8

双击图中空白区域，在弹出对话框中可改变其属性，其他针对图的操作可单击右键，在弹出菜单中选择，如下图所示：

图5.9

在图中添加曲线，有两种方法：

1）拖放：按住Ctrl键，鼠标左键点击想要得到曲线的输出通道，拖至一个图中，释放，如图：

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图5.10

2）输入输出参考：右键单击输出通道元件，选择Input/Output Reference| Add as Curve。然后点中所要放置曲线的图，右键选择Paste Curve。

图5.11

5.4 在线控制器及仪表

本章开头提到，用户可以直接控制EMTDC的输入变量，从而在仿真运行时改变这些变量，将在本节中介绍这些运行对象。

控制面板：用于调节控制器或仪表，可随意添加控制器或仪表，并将其放置在工程页面的任何地方。右键选择Add Component| Control Panel，或点击控制栏中的控制面板按钮所示。

。右键弹出菜单可调节其属性并进行相应操作，如下图

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图5.12

把控制面板调出来之后，即可在上面添加控制器或仪表，方法如下： 1）拖放：按住Ctrl键，鼠标左键点击控制元件，拖至一个控制面板中，释放。

ControlsSliderVoltage100.5 图5.13

2）右击相关控制元件，选择Input/Output Reference| Add as Control。然后点中所要放入的控制面板，右键选择Paste。

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图5.14

其他几种控制器也可同时放入同一控制面板，并具有不同的控制界面，如下图：

ControlsSignal1Signal2Signal3Slider1SwitchOFFONDailPush ButtonSignal4010987654321100.50 图5.15

右击控制面板中控制器部分，在弹出菜单中可对各控制器进行操作及标题设置，如下图：

图5.16

5.5 几种特殊表计

5.5.1 XY绘图

XY直角坐标绘图用于描述两个信号之间的关系，X或Y轴可以容纳多组曲线对，且包含动态缩放和极坐标网络特性。

点击控制栏中

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图标，弹出如下XY控制面板，右侧类似滑动开关的工具条

即为动态缩放工具，动态范围为x0.1—x10，即100倍。

图5.17

给X-Y轴添加曲线：先从输出通道中选择Input/Output Reference| Add as Curve，然后右键单击XY控制面板，在弹出的如下菜单中选择所需操作：

图5.18

极坐标网络：点击XY控制面板左上角图标即可转换

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图5.19

5.5.2多测计

多测计用于监视含有多个轨迹的曲线，用直方图动态显示每一个轨迹的幅值，外观类似于频谱分析图。其作用在于可以把大量数据压缩到一张较小的区域显示，特别是用于查看从在线频率扫描仪元件输出的谐波频谱。

右键点击输出通道，选择Input/Output Reference| Add as Polymeter，如图：

图5.20

在仿真运行之前，多测计为空白，如下图所示，只有在仿真运行时才动态显

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示“频谱”。

图5.21

下图为电源谐波电流频谱分析图：

图5.22

5.5.3相量计

相量计以极坐标为基础，可以同时动态显示六路不同的相位数量，即三个相量，包含幅度和相位。主要用于显示在线频率扫描仪元件的输出。所以，从输出通道得到的一个曲线应至少包含两个轨迹（幅度和相位）。

数据的准备：一个相量信号包含幅度和相位，，为了显示一个单独的相量，用户必须把幅度和相位用数据合成元件合成一个二维信号，然后通过输出通道输出，作为相量计的一个输入，如下图所示。

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MagnitudePhaseAngle12数据合成元件Phasor1 图5.23

对于多组相量输入，按各个相量的幅度和相位依次排列，如下图三相电压信号所示：

Phasor1~3Mag1Phase1Mag2Phase2Mag3Phase3123456D数据合成元件Phasor1~30.214233-90.58 图5.24

可点击左下角相位。

通过点击右下角的

，可选择输入相量角的格式，弧度或度。上图输入信

，可在底部显示不同相量的幅度和

号相位是以度计量的，所以在图中选择D。

一般情况下，一个相量的幅度和相位是通过在线频率扫描元件得到，为了用户使用方便，软件提供了一个叫做矢量合成元件，从而可以更加方便的将数据输入到相量计。如下图所示：

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123111123Mag1(63)Mag2(63)Mag3(63)1VaX1Ph1F F T(63)Ph21VbX2(63)VcX3F = 50.0 [Hz]Ph31(63)dc1dc2dc349

125.25

Phasor1~3Phasor1~3D0.214005-90.25 图

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6rv5.html