PSCAD基本使用指南

PSCAD

基本使用指南

华北电力大学

North China Electric Power University

2008年6月

前言

电力系统是非常复杂的。其数学表达式的定义比航天飞行器及行星运动轨迹的定义更要错综复杂和具有挑战性。比起计算机.家电和包括工业生产过程在内的一些大型复杂机器，电力系统是世界上最大的机器。EMTDC是具有复杂电力电子、控制器及非线性网络建模能力的电网的模拟分析程序。对于一个好的技术人员来说它是一个很好的工具。当在PSCAD的图形用户界面下运行时，PSCAD/EMTDC结合成的强大功能，使复杂的部分电力系统可视化。

从20世纪70年代中期起，EMTDC就成了一种暂态模拟工具。它的原始灵感来源于赫曼.多摩博士1969年4月发表于电力系统学报上的IEEE论文。来自世界各地的用户需求促成它现在的发展。

20世纪70年代暂态仿真发生了巨大的变化。早期版本的EMTDC在曼尼托巴水电站的IBM打孔计算机上运行。每天只有一两个问题可以被提交并运行，与今天取得的成就相比等编码和程序开发相当缓慢。随着计算机的发展，功能强大的文件处理系统可被用在文本编辑等。今天，功能强大的个人计算机已可以更深入细致的进行仿真，这是二十年前所不能想到的。

用户要求EMTDC仿真的效率和简便。所以曼尼托巴高压直流输电研究所开发了PSCAD图形用户界面以方便EMTDC仿真的研究。PSCAD/EMTDC在20世纪90年代最初创立并使用在unix工作站。不久，作为电力系统和电力电子控制器的模拟器，它取得了极大的成功。PSCAD也成为了RTDS-时实数字仿真或混合数字仿真的图形用户界面。

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；Fortran 编辑器；浏览器和TCP/IP协议。随着我国电力事业的发展,无论是理论研究还是现场工作,都广泛的用到了PSCAD.但目前使用的PSCAD软件多为英文版,这为广大的工作者带来诸多不便,所以本人参考众多文献及原版的英文说明,编写了中文版的使用指南,希望能方便大家学习和工作之用.

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前言 ........................................................................................................................................................... 1 第一章 导言 ............................................................................................................................................. 5

1.关于本指南 .................................................................................................................................... 5 2.什么是PSCAD/EMTDC .............................................................................................................. 5 3.使用PSCAD/EMTDC的主要特色和典型研究 ......................................................................... 5 4.目前最新版本：PSCAD4.2.0版 .................................................................................................. 6 第二章 安装和设置 ................................................................................................................................. 7

2.1计算机设置 ................................................................................................................................. 7

2.1.1硬件和软件要求 .............................................................................................................. 7 2.1.2 FORTRAN语言编译器 .................................................................................................. 7 2.1.3 TCP/IP网络议定书......................................................................................................... 7 2.1.4 LICENSING许可证 ....................................................................................................... 7 2.2 PSCAD的安装 ........................................................................................................................... 7 2.3 License设置 .............................................................................................................................. 10 2.4 卸载 .......................................................................................................................................... 13 第三章 PSCAD工作环境 ..................................................................................................................... 14

3.1 TERMINOLOGY AND DEFINITIONS (术语和定义) ........................................................ 14

3.1.1Components（元件） .................................................................................................... 14 3.1.2 Modules(模块) ............................................................................................................... 15 3.1.3 Projects（工程） ........................................................................................................... 15 3.2 各工作区介绍 .......................................................................................................................... 15

3.2.1 Title Menu and Main Tool Bar（标题栏，菜单栏和主工具栏） ............................. 15 3.2.2 Menu Bar and Menu Items（菜单栏和菜单项） ................................................... 15 3.2.3 Toolbar Buttons（工具栏按钮） ................................................................................. 16 3.2.4 Workspace（工作空间窗口） ...................................................................................... 16 3.2.5 The Master Library（主库） ...................................................................................... 17 3.2.6 THE OUTPUT WINDOW（输出窗口） ................................................................... 18 3.2.7 THE DESIGN EDITOR（设计编辑器） ................................................................... 18 3.3 例子程序 .................................................................................................................................. 19 第四章 基本操作和特征 ....................................................................................................................... 21

4.1 PROJECT（工程） ................................................................................................................. 21

4.1.1 Creating a New Project（创建一个新的工程） ......................................................... 21 4.1.2 Loading a Project（加载工程） .................................................................................. 21 4.1.3 Opening the Project Main Page（打开工程主页） ................................................... 22 4.1.4 Setting the Active Project（设置激活工程） ............................................................. 22 4.1.5 Saving Project Changes（保存工程的修改） ............................................................ 23 4.1.6 Project Settings（编辑工程属性） .............................................................................. 23 4.2 Workspace Settings（工作区设置） ...................................................................................... 24

4.3.1 元件 ............................................................................................................................... 25 4.3.2 Editing Component Properties（编辑元件属性） .................................................... 26 4.3.3 模块 ............................................................................................................................. 28 4.3.4 CREATING A NEW COPONENT OR MODULE（创建一个新元件或模块） .... 29 4.4 常用工具栏 .............................................................................................................................. 31

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4.5 SETTING GLOBAL CONSTANTS（设置全局常量） ....................................................... 33 第五章 在线绘图和控制 ....................................................................................................................... 35

5.1 图框 .......................................................................................................................................... 35

5.1.1 添加图框 ....................................................................................................................... 35 5.1.2移动和改变图框大小 .................................................................................................... 35 5.1.3剪切／复制/粘贴图框 ................................................................................................... 36 5.1.4 改变图框的属性 ........................................................................................................... 36 5.1.5 改变水平坐标轴属性 ................................................................................................... 36 5.2 图 .............................................................................................................................................. 37

5.2.1 在图框中添加图 ........................................................................................................... 37 5.2.2图表顺序 ........................................................................................................................ 38 5.2.3 剪切/复制图/粘贴图 ..................................................................................................... 38 5.2.4 复制信息到剪贴板 ....................................................................................................... 38 5.2.5 模拟图 ........................................................................................................................... 39 5.2.6 数字图 ........................................................................................................................... 40 5.2.7 XY绘图 ....................................................................................................................... 41 5.2.8 个性化设置 ................................................................................................................... 44 5.3 曲线 .......................................................................................................................................... 45

5.3.1 在图中添加一条新曲线 ............................................................................................... 45 5.3.2 曲线顺序 ....................................................................................................................... 46 5.3.3 剪贴/复制/粘贴曲线 ..................................................................................................... 46 5.3.4 改变曲线属性 ............................................................................................................... 46 5.4 使输出通道的范围和图保持一致 .......................................................................................... 48 5.5 动态采样调整........................................................................................................................... 48

5.5.1 模拟图中调整和控制采样范围.................................................................................... 48 5.5.2 在XY图中调整和控制采样范围 ................................................................................ 49 5.6 标识 .......................................................................................................................................... 50

5.6.1显示/隐藏标识 ............................................................................................................... 50 5.6.2 图框标识图例 ............................................................................................................... 51 5.6.3 XY图标识图例 .............................................................................................................. 52 5.6.4 切换激活曲线 ............................................................................................................... 52 5.6.5 改变标识位置 ............................................................................................................... 52 5.6.6 切换时间差值/频率差值 .............................................................................................. 53 5.6.7 锁定/解锁标识 .............................................................................................................. 53 5.6.8设置标识 ........................................................................................................................ 53 5.6.9 把标识当书签使用 ....................................................................................................... 54 5.7 缩放特性 .................................................................................................................................. 54

5.7.1 放大和缩小 ................................................................................................................... 54 5.7.2 缩放框 ........................................................................................................................... 54 5.7.3垂直缩放 ........................................................................................................................ 55 5.7.4 水平缩放 ....................................................................................................................... 55 5.7.5 缩放前/后 ...................................................................................................................... 55 5.7.6 缩放全部 ....................................................................................................................... 56 5.7.7 缩放界限 ....................................................................................................................... 56

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5.7.8 XY图中动态缩放 .......................................................................................................... 56 5.8 实时控制和测量 ...................................................................................................................... 56

5.8.1控制面板 ........................................................................................................................ 56 5.8.2 控制界面 ....................................................................................................................... 57 5.8.3测量器 ............................................................................................................................ 60

第六章 如何进行一次仿真 ................................................................................................................... 63

6.1 PSCAD使用方法演示： ......................................................................................................... 63 6.2 控制或显示数据的获取 .......................................................................................................... 63 6.3进行仿真 ................................................................................................................................... 64 第七章 帮助系统 ................................................................................................................................... 67

7.1 Accessing the Online Help System（访问在线帮助系统） .................................................. 67 7.2 Using Flyby Help Windows（使用浮动帮助窗口） ............................................................. 67

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第一章 导言

1.关于本指南

本指南的目的是为PSCAD/EMTDC用户提供一个基本的介绍，此手册包括以下几个章节。 ·第一章：导言 回答问题例如什么是PSCAD/EMTDC，如何从中受益。本版本的新特点及如何找到更多信息。

·第二章：安装和设置 在PSCAD支持的平台上描述了安装过程，同时概述了其对硬件和软件的要求。

·第三章：工作环境 本章主要介绍了PSCAD的工作环境及用户界面。

·第四章：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。

·第五章：绘图与控制 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。 ·第六章：仿真运行 应用一个简单的分压电路的例子描述如何进行一次仿真。 2.什么是PSCAD/EMTDC

PSCAD/EMTDC是电力系统分析中的专业仿真工具。PSCAD是用户仿真界面，EMTDC是仿真引擎。PSCAD/EMTDC最适合瞬时发生仿真，即我们熟悉的电磁暂态。

PSCAD图形界面大大提高了EMTDC的功能。它使用户用图形的方式创建一个电路进行仿真分析结果，并在一个完全统一的图形环境中处理数据。 以下为使用PSCAD/EMTDC时的一些常用部件 ? Resistors电阻, inductors电感, capacitors电容器 ? 相互耦合绕组如transformers变压器 ? transmission lines 传输线，cables电缆 ? Current and voltage sources电流源和电压源 ? Switches开关，breakers短路器

? Protection保护 和relaying继电器（保护和延时） ? Diodes二级管, thyristors晶闸管，GTOs可关断晶闸管 ? Analog and digital control functions模拟和数字控制功能

? AC and DC machines交、直流发电机, exciters励磁机, governors调速器, stabilizers 稳定器和inertial models惯性模式

? Meters 计数器和 measuring functions测量功能 ? Generic DC and AC controls通用交流直流控制

? HVDC高压直流输电, SVC静止无功补偿器, 与其它 灵活控制器FACTS controllers ? Wind source, turbines and governors风机,蜗轮机和调速器 3.使用PSCAD/EMTDC的主要特色和典型研究 主要特色：

·配有图形输入程序PSCAD， ·实时曲线显示PLOT ·与MATLAB接口。 ·强大的自定义功能 ·支持子网嵌套的功能

·用户可以根据自己需要创建具有特定功能的电路模块 ·具有“快照” 功能

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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。

? 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；

4.目前最新版本：PSCAD4.2.0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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第二章 安装和设置

2.1计算机设置

2.1.1硬件和软件要求 以下为建议的最低规格

表2-1 安装PSCAD对计算机硬件和软件的要求 分类 处理器 操作系统 额外软件 内存（RAM） 硬盘空间 其它设备和硬件 要求 200MHz奔腾处理器（推荐用更高的速度） Windows 95，98，NT4.0，ME，2000， Windows XP 支持数字可视的Fortran 6.0但更建议使用Fortran9.0.X 推荐62MB或更多 最小100MB当你使用PSCAD时可能需要更多的空间来存储案例或输出 CD-ROM驱动器和32位的CD-ROM驱动程序.鼠标或兼容的指针设备，一串行或USB端口硬件锁，TCP/IP网络议定书 2.1.2 FORTRAN语言编译器

PSCAD需要一个Fortran语言编译器来运行。以下为目前支持的商业提供的编译器 ? 数字Fortran 5.0

? 康柏可视 Fortran 6.x

为了您的方便，一个免费的Fortran编译器即EGCS GUN在PSCAD的CD中提供。但需要注意，GUN编译器将会受到某些限制。然而PSCAD用户将不会受到任何限制。 2.1.3 TCP/IP网络议定书

PSCAD需要TCP/IP网络协议以进行安装。TCP/IP是用来让PSCAD和EMTDC进行沟通的，还有所需要的商业、教育和中继版本与许可证管理的联系。 2.1.4 LICENSING许可证

许可证只有在教育、商业和中继版本的PSSCAD中需要，对免费的个人版的PSCAD它是不需要的。

许可证管理软件用于与硬件锁联接解密。解密包含预先编程方面许可证信息的类型和数量，以及其它用户信息。当打开PSCAD时将请求许可证管理器的许可。反过来，许可证管理器检查解密资料以核实请求。

图2.1 多用户的许可证管理

注意：如果你正在对独立工作的没有联网的电脑安装许可证管理，PSCAD软件只能用在与已解密相连的计算机。 2.2 PSCAD的安装

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如果您的操作系统是Windows NT4、XP或2000，若要安装PSCAD你必须有计算机的使用和管理权。

请按下列步骤执行：

1.插入PSCAD的CD到您的CD-ROM驱动器。安装程序会自动启动并在数分钟后您可以看到以下画面。

图2.2 PSCAD安装界面（a）

如果出现一个不同的窗口问到您是否想要修改、修复或移除现有的已安装组成部分，眺到“升级您的V4软件”部分。 2.单击“下一步”，会出现一个PSCAD许可协议对话框。阅读完整个软件单击“下一步”继续。 3.您可以选择安装PSCAD在您系统的任何地方，以下对话框则让您选择愿意安装的位置。选择完之后单击下一步。

图2.2 （b）

4.你将要提交有下列选项的对话框。下面给出了各选项的解释。

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图2.2（c）

? PSCAD (所有版本): 虽然安装盘中包含所有的版本（学生版、教育版、标准版和专业版）。您必须妥善的使用您被授权的版本（除了学生版）。

? GNU Fortran 编译器:如果您没有安装数字或康柏90编译器，选择GUN Fortran编译器，此编译器对任何PSCAD的运行都是需要的。如果以后您将要更改编译器，只要在PSCAD的编译选项中直接改变，不需要重新安装。

? 许可证管理器License Manager:如果您想要您的计算机在网上得到授权许可，选择安装许可证管理器。

? 实时播放Real Time Playback:如果您想播放演示软件（或安装商业版）选择此项。 一般在计算机上选择前三项即可满足要求。

5.安装程序会选用下面对话框要求您选择您的授权模式。

图2.2（d）

·如果您是一个学生版的使用者，将使用singleuser许可，那么就不需要一个独立的许可证管理。 ·如果在上一步您没有选择独立的许可证管理，但现在改变主意，则选择I will use a License Manager on this machine。

·如果这台计算机与一个独立许可证管理器相连，则选择I will use a License Manager on another machine on my network.选择了此选项，你必须进入许可证管理存在的那台主机。

6.之后您将被要求输入一个程序文件夹，即所谓的PSCAD，如下图所示。单击下一步完成，之后一路OK。

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