PSCAD電力電子仿真講義

1、PSCAD 電力電子仿真講義譚甜源武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院2012 年 6 月目錄第一部分：電力電子基本模塊及其功能 11. 電力電子器件( Power Electronic Switch) 11.1 二極管( Diode) 11.2 晶閘管( Thyristor) 21.3 Transistor/GTO/IGBT 32. 插值觸發(fā)脈沖發(fā)生器 32.1 插值和器件動作( Interpolation and Switching ) 32.2 插值點的觸發(fā)脈沖( Interpolated Firing Pulses) 73. 控制系統(tǒng)的搭建(電力電子裝置常用控制模塊) 73.1 鎖相環(huán)( Three-

2、Phase PI-Controlled Phase Locked Loop) 73.2 靜止坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換(abc to dq0 Transformation ) 83.3 PI控制器93.4 傳遞函數(shù) 93.5載波調(diào)制PWM算法103.6 采樣和保持模塊 113.7 濾波器 123.8 邏輯控制 123.9 FFT變換器134. 自定義元件或模塊的應(yīng)用( Creating a New Coponent or Module ) 134.1 使用元件向?qū)? Using the Component Wizard ) 135. 與MATLAB的仿真接口 17第二部分：PSCAD自帶例程中有關(guān)

3、電力電子部分的講解 251.Power Electronics (常見電力電子裝置) 251.1 Single-Phase Thyristor Half-Wave Rectifier (單相半波半控整流電路) 251.2 Single-Phase GTO Half-Wave Rectifie(r 單相半波全控整流電路) 251.3 Phase Controlled AC Switch (相控交流開關(guān)電路) 252.APF (有源電力濾波器) 252.1 6-Pulse Bridge (6脈波橋)(常用非線性負(fù)載) 252.2 并聯(lián)型有源電力濾波器(Shunt APF) 262.3 串聯(lián)型有源電

4、力濾波器(Series APF) 28第三部分：典型應(yīng)用案例介紹 291. 仿真模擬連續(xù)控制系統(tǒng)(采用滯環(huán)電流跟蹤控制法的APF) 292. 仿真離散數(shù)字控制系統(tǒng)(采用三角波比較法的APF) 29附錄A:其它常用相關(guān)模塊及其功能介紹 31A.1 電力電子仿真常用元件模塊 31A.1.1 金屬氧化物浪涌避雷器( Metal Oxide Surge Arrestor) 31A.1.2 電感( Inductor) 31A.1.3 電壓表( Voltmeters ) 31A.1.4 實常數(shù)( Real Constant) 31A.1.5 電流表，安培表( Current Meter ，Ammeter

5、) 31A.1.6 時間信號變量( Time Signal Variable) 32A.1.7 節(jié)點環(huán)( Node Loop)( Three Phase Electrical Node) 32A.1.8 三相兩繞組變壓器( 3-Phase 2-Winding Transformer) 32A.1.9 接地( Ground) 33A.1.10 單輸入比較器( Single Input Comparator) 33A.2 電力電子裝置( TSC、HVDC): 33A.2.1 Static VAR Compensator (靜止無功補償器) 33A.2.2 Generic Current Contr

6、ol (通用的電流控制)一直流輸電仿真 34A.2.3 Generic Gamma Control (通用的 gamma 控制)一直流輸電仿真 35A.2.4 Voltage Dependent Current Limits （依賴于電流限制的電壓） 36A.2.5 Minimum Gamma Measurement （ gamma 的最小測量值） 36A.2.6 CCCM Controller for Rectifier （整流器的聯(lián)合協(xié)調(diào)控制器） 37A.2.7 CCCM Con toller for I nverter （逆變器的聯(lián)合協(xié)調(diào)控制器） 37A.2.8 Effective Ga

7、mma Measurement （有效的 gamma 測量值）39A.2.9 Apparent Gamma Measurement （視在 gamma 的測量） 39A.2.10 Thyristor Switched Capacitor Allocator （晶閘管投切電容器的分配）.40A.2.11 TSC/TCR No n-L in ear Suscepta nee Characteristi（TSC/TCR勺非線性電納特性） 40A.2.12 TCR/TSC Capacitor Switchi ng Logi（TCR/TSC電容投切邏輯） 41第一部分：電力電子基本模塊及其功能1. 電力

8、電子器件（Power Electronic Switch ）PSCAD自帶的電力電子開關(guān)模塊是一個多功能模塊，它可以用來模擬常見的五種電力電子器件，包括：二極管（Diode）、晶閘管（Thyristor）、晶體管（Transistor）、門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。該組件實際仿真模型為一 個具有兩狀態(tài)電阻性開關(guān)并聯(lián)一個可選的RC緩沖環(huán)節(jié)，如圖1所示：ron f Roff圖1電力電子器件仿真計算模型晶閘管、GTO和IGBT模型需要輸入門極觸發(fā)脈沖，可用于高頻開關(guān)和脈寬調(diào)制電力電子電路中?？?使用“插值點的觸發(fā)脈沖”組件實現(xiàn)插值觸發(fā)脈沖。在仿真中，尤其是電壓源轉(zhuǎn)換或其

9、它 FACTS設(shè)備中，必須注意觀測到的損耗是符合實際的。在自換相的導(dǎo)通和關(guān)斷（包括正向強制導(dǎo)通）期間，為了計算開關(guān)動作的確切時 刻，自動采用了插值算法。但是 要注意的是，使用門極信號的設(shè)備導(dǎo)通和關(guān)斷時除非 在輸入?yún)?shù)中選擇了“插值”，則不會自動采用插值算法。緩沖環(huán)節(jié)與電力電子器件并聯(lián)，主要作用是緩解電壓或電流的陡變，保護電力電 子器件，其中電容和電阻的數(shù)值默認(rèn)的為電阻5000Q、電容0.05 pFo緩沖器RC時間常數(shù)應(yīng)反映于仿真的時間步長中，若RC時間常數(shù)小于仿真的時間步長，則RC可以不取任何值。1.1 二極管（Diode ）聲本圖2二極管模塊二極管的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)由它兩端電壓和流經(jīng)的電流所決

10、定。正向電壓、正向電流時導(dǎo)通。二極管固有導(dǎo)通電阻很小和關(guān)斷電阻很大。當(dāng)其正向偏置且正向電壓超過了輸入?yún)?shù)“ Forward Voltage Drop時二極管導(dǎo)通。電流過零時二極管關(guān)斷，直到再次偏置之前 一直保持關(guān)斷。如果導(dǎo)通電阻為零或小于開關(guān)閾值，則器件的導(dǎo)通狀態(tài)就被視為理想短 路。二極管的V I特性曲線如圖3所示：為了計算器件動作的準(zhǔn)確時刻，導(dǎo)通和關(guān)斷事件都采用了插值算法。因此，導(dǎo)通發(fā)生在正向電壓正好達(dá)到 “Forward Voltage Drop的時刻，而關(guān)斷發(fā)生在電流正好到零的 時刻。注意：所有電力電子開關(guān)器件的反向恢復(fù)時間（即在關(guān)斷后，恢復(fù)到允許一定的反 向電流流過器件的時間）都默認(rèn)為

11、0,即在仿真過程中 忽略了器件的反向恢復(fù)時間，即認(rèn)為電力電子開關(guān)器件只要電壓一過零立刻就關(guān)斷，只流過很小的反向飽和電流。1.2 晶閘管（Thyristor ）晶閘管通常由門極受觸發(fā)后保持導(dǎo)通，而根據(jù)器件自身的電壓和電流情況決定何時關(guān)斷。為了產(chǎn)生門極觸發(fā)脈沖，需要外部的控制信號。圖4晶閘管模塊晶閘管導(dǎo)通電阻很小，關(guān)斷電阻很大。其狀態(tài)會在以下情況下發(fā)生改變：1. 器件兩端的正向偏置電壓大于或等于輸入?yún)?shù)“Forward Voltage Drop ，且門極信號從0變?yōu)?。2. 器件兩端的正向偏置電壓大于或等于輸入?yún)?shù)“Forward Voltage Drop ，且門極信號預(yù)置為1 （即觸發(fā)角為0，作

12、為二極管使用）3. 正向偏置電壓大于或等于輸入?yún)?shù)“Forward BreakOver Voltage ”。4. 關(guān)斷時刻在器件電流的過零點（電壓反向，電流未反向時，晶閘管還保持導(dǎo)通； 電壓正向，而電流反向時，晶閘管關(guān)斷）。晶閘管的V-I特性如圖5所示：圖5晶閘管的V-I特性曲線在自換相的導(dǎo)通和關(guān)斷（包括正向強制導(dǎo)通）期間，為了計算開關(guān)動作的確切時刻， 自動采用了插值算法。但需要注意的是，是否插值計算到來的門極信號，用戶有選擇權(quán)。本組件還模擬了 息弧時間。因此，輸入?yún)?shù)“ Minimum Extinction Time所定義的 時間還未過去，而正向偏置電壓又大于了輸入?yún)?shù)“ Forward V

13、oltage Drop,則晶閘管 會重新導(dǎo)通。即使沒有門極觸發(fā)信號，這種情況也會發(fā)生。1.3 Tran sistor/GTO/IGBT圖6晶體管/門極可關(guān)斷晶閘管/絕緣柵雙極晶體管模塊Transistor、GTO和IGBT模型本質(zhì)上相同。Transistor、GTO/IGBT通常由門極觸發(fā)導(dǎo) 通和關(guān)斷。為了產(chǎn)生門極觸發(fā)脈沖需要有外部的控制信號。Transistor/GTO/IGBT的特性與晶閘管非常相似，除了Transistor/GTO/IGBT能在門極脈沖為0時關(guān)斷器件，而不管器件是否受到了正向偏置電壓。圖7晶體管/門極可關(guān)斷晶閘管/絕緣柵雙極晶體管的 V-I特性曲線在自換相的導(dǎo)通和關(guān)斷（包

14、括正向強制導(dǎo)通）期間，為了計算開關(guān)動作的確切時刻， 自動采用了插值算法。但需要注意的是，是否插值計算到來的門極信號，用戶有選擇權(quán)2. 插值觸發(fā)脈沖發(fā)生器2.1 插值和器件動作（In terpolation and Switchi ng ）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)生在這些離散時間點之中（如果不是刻意修正的話）。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。這一現(xiàn)象將導(dǎo)致不精確和

15、不期望的器件動作延遲。在很多情況下，像斷路器跳閘， 一個時間步長的延遲（比如：50us）不會造成什么后果。但是在電力電子電路仿真中，這樣的延遲會導(dǎo)非常不精確的結(jié)果（即50us在50Hz時大約為0.9電角度）。削減此延遲的一個方法是縮短時間步長，然而，這樣會增加計算時間的開銷，而且不一定能夠給 出精確的結(jié)果。另外一個辦法就是采用變時間步長解法，如果發(fā)現(xiàn)了器件動作事件，程序?qū)褧r間 步長分割為更小的步長。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 。如果事件發(fā)生在時間步長內(nèi)的話，EMTDC使用插值算法來尋找事件發(fā)生的確切時刻。這么做比縮短時間步長的方

16、法結(jié)果更精確、計算速度更快，并且允許EMTDC在更大的時間步長下精確地模擬任何動作事件。計算機理解釋如下：1. 每一開關(guān)設(shè)備在被 DSDY子程序調(diào)用時，都自動將其動作標(biāo)準(zhǔn)加入到下拉列表中。主程序在時間步長的終點求解電壓和電流，而在時間步長的起點儲存開關(guān) 設(shè)備的狀態(tài)。這些設(shè)備可通過直接定義時間點或電壓、電流的變化水平來指定一個開關(guān)動作事件。2. 主程序確定動作的開關(guān)設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)基于它的開關(guān)條件率先得到滿足，然后于動 作的時間點處在此設(shè)備所處的子系統(tǒng)中插值所有的電壓和電流。對應(yīng)的支路合 或斷，需要對導(dǎo)納矩陣重新進(jìn)行三角分解。3. 然后，EMTD（求解全部已有變量，自插值點向前前進(jìn)一個時間步長，求解所

17、有節(jié) 點電壓。有必要再檢查所有設(shè)備是否又出現(xiàn)了插入的開關(guān)動作，直至原始時間 步長結(jié)束。4. 如果沒有更多的開關(guān)事件，則進(jìn)行最終的插值計算然后返回原始的時間步長序 列。圖8插值算法示意圖舉例1:根據(jù)圖9所示，讓我們考慮二極管導(dǎo)通，在電流過零時將關(guān)斷。當(dāng)DSDYN在 t=1調(diào)用二極管子程序時，由于電流為正，所以沒有發(fā)生開關(guān)動作。如果沒有采用插值 （或EMTDC關(guān)閉了插值功能），在t=2時得到相應(yīng)解。此時， 二極管子程序發(fā)現(xiàn)其自身電流為負(fù)，在隨之的 t=3時將器件關(guān)斷。由此，二極管在這一 仿真過程中流過了實際器件不可能存在的較大的反向電流 。圖9未采用插值算法時二極管的電流EMTDC采用插值算法，當(dāng)

18、DSDYN在t=1調(diào)用二極管子程序時，由于電流為正器件 處于導(dǎo)通狀態(tài)。然而由于此支路可關(guān)斷，其位于主程序中的相應(yīng)列表中，列表中列出的 支路需要檢查其電流是否過零，如果過零則在時間步長的終點前切斷此支路。主程序在t=2處生成解，但是它還檢查列表是否滿足插值條件。由于在 t=2二極管 電流解為負(fù)，主程序?qū)⒂嬎汶娏鞯膶嶋H過零點。主程序還將插值計算此時間點處的所有 電壓和電流（即t=1.2），然后將二極管關(guān)斷。假設(shè)在此時間步長內(nèi)沒有更多的開關(guān)動作，主程序就計算出t=1.2和22（ 1.2 + ?t）時的電壓，然后退回t=2處計算相應(yīng)的電壓，并將仿真重新設(shè)置回整數(shù)間隔的時間步長 上。圖10采用插值算法時

19、二極管的電流注意：盡管二極管在t=1.2處關(guān)斷，調(diào)用DSDYN和 DSOUT仍僅在t=1,2和3處，二 極管中不會再出現(xiàn)反向電流。主程序調(diào)用DSOUT因此在t = 2處可以將電壓和電流輸出。然后在t=2調(diào)用DSDYN 而在t=3繼續(xù)正常的求解。在上述過程中進(jìn)行的同時還有另一事件發(fā)生：在開關(guān)動作的同時程序會自動設(shè)定 一個顫振移除標(biāo)志。只要無中斷的半個時間步長插值完成后就清除這一標(biāo)志（意思是指這半個時間步長內(nèi)沒有器件動作）。在上述例子中，這就意味著還要在t=1.7處進(jìn)行插值（即1.2和2.2的中點處），在t=2.7處進(jìn)行求解，然后像之前那樣由最終的插值點返 回求t=2.0時的解。為了避免在一個時間

20、步長內(nèi)有過多的開關(guān)動作， 還要將時間前進(jìn)至少 0.01%的步長然 后求解。另外，任何兩個（或多個）設(shè)備的開關(guān)動作間隔時間小于0.01%步長的話，就視為同時發(fā)生。舉例2:以一個簡單的HVDC系統(tǒng)為例說明插值的應(yīng)用，這里仿真時間步長為 50 e,對于整 流側(cè)常數(shù)alpha定值給出對應(yīng)的不同測量值，分別如圖11(&)和(b)所示。采用插值算法的alpha測量值只有0.001 的波動，而沒有采用插值算法的觸發(fā)結(jié)果的波動大于 1。如此大的觸發(fā)角波動(1或更大)會產(chǎn)生非特性諧波，從而阻止了對觸發(fā)角的精 細(xì)調(diào)節(jié)。在上述兩個例子中，EMTDC自動地將晶閘管關(guān)斷插入到其電流過零點處。50(a)采用插值算法時的效

21、果Measured皿怕辻1516.0ref = 1515.00 0time (s)0 05(b)未采用插值算法時的效果圖11 HVDC控制器輸出很定觸發(fā)角時實測得到的裝置觸發(fā)角在以下情況時應(yīng)用插值是有利的：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)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(xì)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STATCO系統(tǒng)；分析具有電力電子設(shè)備的開環(huán)傳遞函數(shù)；2.2 插值點的觸發(fā)脈沖(Interpolated Firing Pulses )這一組件返回一個

22、二元數(shù)組， 包括觸發(fā)脈沖和晶閘管、IGBTs和GTOs插值導(dǎo)通關(guān)斷 時刻所必須的插值時間標(biāo)簽。第一個元素信號為0或1，表示實際的門極控制信號。第二個元素為插值的時刻。組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)(將觸發(fā)角定值與電壓信號的實時相位一一即鎖相環(huán)節(jié)的輸出相比較，當(dāng)時間步長前進(jìn)到t與t + ?t之間有器件動作，也即觸發(fā)角定值位于這兩點之間時，就運用插值算法進(jìn)行計算，并輸出觸發(fā)信號。否則就輸出0)。圖12插值脈沖發(fā)生器模塊此組件可以為以下元件生成定時的觸發(fā)脈沖。單個 GTO/IGBT;6 脈波 GTO/IGBT橋；單個晶閘管；

23、6脈波晶閘管橋。需要注意的是，若使用的是 GTO或IGBT,則此組件還提供了對 OFF信號的輸入信 號比較。3. 控制系統(tǒng)的搭建(電力電子裝置常用控制模塊)3.1 鎖相環(huán)(Three-Phase PI-Controlled Phase Locked Loop)Iw J PLL kitaXr圖13鎖相環(huán)模塊鎖相環(huán)產(chǎn)生一個與系統(tǒng) A相電壓同步周期變化的鋸齒波角度信號 (theta)，默認(rèn)單位為度(用戶可根據(jù)需要選擇為弧度)，變化范圍為從0 -360 。該模塊采用三相正序電壓作為輸入，內(nèi)部包含有一個鎖相環(huán)振蕩器，利用三角函數(shù)相乘的方法來形成相位跟蹤誤差，并通過PI控制器后反饋到鎖相環(huán)振蕩器，從而加快

24、或減慢振蕩器的速度，使得其跟蹤輸入電壓信號。相位誤差由弧度轉(zhuǎn)換成度后作為模塊的角度信號輸出；輸入電壓信號的頻率計算出來后也作為模塊內(nèi)部隱含測量變量輸出。3.2靜止坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換(abc to dqO Transformation)圖14靜止坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換模塊該模塊用于將三相靜止坐標(biāo)系abc中的變量轉(zhuǎn)換成dq0旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的矢量，或者反過來將dq0旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的矢量還原為 abc靜止坐標(biāo)系的變量其變換方程為:abc to dq0:dq0 to abc:cos()則4竺I 312(1)cos()bsrn()-竽)(2)在老版本PSCAD中，該模塊是由兩部分組成的：先由三相靜止坐標(biāo)系ab

25、c轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系a卩，然后再進(jìn)行Park變換由兩相靜止坐標(biāo)系 a卩轉(zhuǎn)換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 系dq。反過來，對于兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq也是先進(jìn)行反Park變換轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系 a卩，然后再轉(zhuǎn)換到三相靜止坐標(biāo)系abc。Pll早angle圖15老版本提供的靜止坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換模塊老版本中變換所需要的角度明顯地標(biāo)注出來為Park變換模塊的輸入信號an gle,般采用直接由鎖相環(huán)得到的系統(tǒng)電壓A相的相位角度，但是要注意兩個模塊的單位保持一致，同時為弧度或者度。新版本中沒有把變換所需要的角度標(biāo)注出來，但是在模塊輸 入?yún)?shù)設(shè)置當(dāng)中有相應(yīng)設(shè)置的地方，即Transformation angle。我們在這

26、填入鎖相環(huán)輸出的相位變量的名稱即可，如：Pll。同樣需要注意保持兩個模塊角度的單位一致，默認(rèn)為弧度。3.3 PI控制器Derivative圖16 PI控制器模塊方案一：直接采用PSCAD封裝好的PI控制器該模塊的輸出為比例和積分控制器的結(jié)果之和，并且可以設(shè)置上下限幅，使得控制器的輸出不至于太大或者太小。方案二：采用分立的比例模塊、積分模塊、微分模塊以及相加點模塊組合構(gòu)成PID控制器。雖然構(gòu)成過程比較繁瑣，但是可以包含微分控制環(huán)節(jié)進(jìn)來，且積分環(huán)節(jié)可以在 外部信號控制下清零，能夠?qū)崿F(xiàn)更高級的一些控制環(huán)節(jié)的處理。3.4傳遞函數(shù)Nth Order Transfer Function1 + STG1 +

27、STReal PoleLead-LagDifferential Lag圖17傳遞函數(shù)模塊a) N階傳遞函數(shù)：通用傳遞函數(shù)表達(dá)模塊，分子和分母的最高階次都可達(dá)到10，滿足大部分物理系統(tǒng)傳遞函數(shù)描述的要求。其實PID控制器也可以轉(zhuǎn)換成傳遞函數(shù)的形式，用該模塊來表示。b) 實極點函數(shù)：用于仿真延時或“實極點”函數(shù)，這里的輸出可以在任何時候重置成 用戶規(guī)格化的值。時域算法基于梯形法。本函數(shù)的解法如下：Q(t )=Q(t X 怪丁 +x(t|1eT 那么輸出就為：丫(t ) = G(t|lQ(t)這里：Y t =輸出信號;X t =輸入信號;G t =增益因子(可變)；丁=時間常數(shù)(可變)；氏=時間步長

28、c）超前滯后函數(shù)：用于仿真一個超前滯后函數(shù)，這里的輸出同樣可以在任何時候重置成用戶規(guī)格化的值。該函數(shù)的表達(dá)式如下:T2T2St衛(wèi)+ -(x(t)x(t At)_e T2Y t 二G ti_Q t式中，Y t =輸出信號；X t =輸入信號；G t =增益因子（可變）；丁=時間常數(shù)（可變）；.：t =時間步長。當(dāng)T2=0時，該傳遞函數(shù)蛻化為 PI控制器；當(dāng)T1=0且T2=0時，該函數(shù)蛻化為比例 控制器。d）微分滯后函數(shù)（遺忘函數(shù)）：用于仿真一階高通濾波器，也被稱為“遺忘”函數(shù)、“改變”函數(shù)、“沖洗”函數(shù)等。這里的輸出同樣可以在任何時候重置成用戶規(guī)格 化的值。該函數(shù)的表達(dá)式如下：-tJtQ t =

29、Q t - ：t 仏 T 亠i x（t）-x（t - ：t） _eTY t =G ti_Q t式中，丫 t =輸出信號；X t =輸入信號；G t =增益因子（可變）；丁=時間常數(shù)（可變）； 氏=時間步長。當(dāng) T=0 時，Q（t）=O。3.5載波調(diào)制PWM算法Signal Generator圖19載波調(diào)制PWM算法模塊1禾憂信號發(fā)生器就可以非常方便的產(chǎn)生三角波、方波、鋸齒波。再利用兩輸入比較 器就可以很容易地構(gòu)成載波調(diào)制 PWM脈沖。兩輸入比較器也可以使能插值算法。其輸 出還可以在脈沖或者電平兩種方式中進(jìn)行選擇，對于全控型器件應(yīng)選電平方式，可控硅 等半控型器件可以選擇脈沖方式。萬案一:PWM

30、pulseInterp口Firing Pulses Generator圖20載波調(diào)制PWM算法模塊2該模塊在 HVDC, FACTS & POWER ELECTRONIC包底下，專門用來生成電力電子 器件所需要的插值脈沖。與方案一相比，該方案直接用插值脈沖發(fā)生器來取代兩輸入比 較器，顯得更加整潔。一般情況下兩種仿真方案的仿真效果完全一樣，但在一些特殊的 情況下，比如：載波周期不是仿真步長的整數(shù)倍時，該模塊能夠提供Band Limit ProximityCorrection功能，能夠避免調(diào)制波處于載波臨界區(qū)域時漏掉觸發(fā)脈沖，所以具有更強的 功能。建議仿真時盡量采用該模塊來實現(xiàn)載波調(diào)制PWM算法。

31、3.6采樣和保持模塊JsTi-PT in out holdj圖21采樣和保持模塊采樣模塊是在離散的間隔點對一個連續(xù)信號進(jìn)行采樣，然后在離散點的間隔期間保 持采樣值不變。即：0階采樣保持器。采樣模塊有兩種觸發(fā)方式，一種是按設(shè)定的固定 頻率觸發(fā)；另外一種是由外部輸入的脈沖信號觸發(fā)。采樣保持器與采樣模塊略有差別，它是由邏輯電平驅(qū)動的。當(dāng)外部輸入電平（1個或者2個）不全為1時，輸入直接連通到輸出；當(dāng)外部輸入電平全為1時，輸出保持不變。這兩個模塊用于仿真數(shù)字控制器，其中采樣模塊可以看作是采樣保持器的一個特列， 它符合一般數(shù)字控制器的實際工作模式。 而采樣保持器模塊可以更進(jìn)一步的與其它模塊 配合構(gòu)成1階等

32、更為復(fù)雜的采樣保持模塊。3.7濾波器.ow pass utterwth )rder= 3Nth OrderB utterworth/Chebysh ev Fitter2nd Order Transfer Functions圖22濾波器模塊N階巴特沃爾什/切比雪夫濾波器：最高可達(dá) 10階，可仿真低通、帶通、高通、帶 阻等各種類型的巴特沃爾什/切比雪夫濾波器。2階濾波器：固定階次為 2階，同樣可仿真低通、帶通、高通、帶阻等各種類型的濾波器A3.8邏輯控制圖22邏輯控制模塊 多輸入邏輯門電路：包括與門、或門、異或門等。圖23滯環(huán)比較器(Hysteresis buffer)和反相器(inverter)

33、圖 24 觸發(fā)器(Flip-flops)Shift RegisterMultiplexer圖25移位寄存器(shift Register)和數(shù)據(jù)選擇器(Multiplexer )3.9 FFT變換器!1FFT丨1丨1F=60 OHZPhWde14. TotalHarmonicDistortionIndividual圖26 FFT變換器和THD計算模塊在線快速傅里葉變換(FFT)模塊，能夠?qū)崟r檢測出輸入信號的諧波幅值和相位隨 時間變化的函數(shù)值。在進(jìn)行傅里葉分解之前，輸入信號首先被采樣。該模塊的輸入信號 可以為單相、兩相或者三相。在三相輸入的情況下，還可以將其正負(fù)零序等序分量分解 出來。其分解算法

34、為：*1j111311Z12051Z- 120叭11Z-120V+v_(3)4. 自定義元件或模塊的應(yīng)用( Creating a New Coponent or Module )庫中庫中沒有的元件或模塊需要自己創(chuàng)建，新建元件或模塊的方法有兩種：4.1 使用元件向?qū)?Using the Component Wizard )在PSCAD中，創(chuàng)建新元件或模塊一般是通過調(diào)用“元件向?qū)А眮硗瓿傻?。元件?導(dǎo)實際上是一個圖表工具，用來創(chuàng)建定義“殼體”，用戶用它可以更深一層去設(shè)計元件 或模塊。在進(jìn)行之前，確定你正工作的項目在電路視圖中是打開的。在主工具欄按“NewCompo nent ”按鈕，或移動鼠標(biāo)到頁

35、面的任何一個空白處，右擊并選擇“ Create New Comp onen t. ”。元件向?qū)У牡谝豁搼?yīng)顯示如圖 27所示：圖27元件向?qū)В╝）Step 1創(chuàng)建一個新元件的第一步包括輸入以下數(shù)據(jù)：（1）名字（Name）:輸入元件定義的名字。這個名字必須符合公式轉(zhuǎn)換語言”的標(biāo)準(zhǔn)（即，它不能以數(shù)字開始或者包括空格）。（2）標(biāo)題（可選）Title （Optional）:如果檢測到一個文本在此部分的三個區(qū)域中的 任一個存在，那么包含該“文本”的文本標(biāo)簽將被添加到元件圖表中。（3） 連接（Connections）:如果你想要自動產(chǎn)生與元件的連接，可在“ Left， Top,Right或Bottom ”輸

36、入?yún)^(qū)域輸入要求的數(shù)字。例如，在左邊輸入2表示你想在元件圖表的左邊自動產(chǎn)生連接。（4）頁面模塊（Page Module）:如果你想要此元件成為一個模塊（也可為頁面元 件或子頁），那選擇此項。注意：如果在連接區(qū)域里添加了一個數(shù)字，那么你必須定義每個連接。根據(jù)以上描述輸入你要求的所有參數(shù)。當(dāng)完成時，點擊Next 按鈕。如果沒有需明確定義的連接，轉(zhuǎn)到第 4步。Step 2:創(chuàng)建一個新元件的第二步包括定義關(guān)于每個具體連接（在第一步中）的數(shù) 據(jù)。（1）連接名字（Connection Name）:輸入連接的名字。這個名字必須符合“公式 轉(zhuǎn)換語言”的標(biāo)準(zhǔn)（即，它不能以數(shù)字開始或者包括空格）。（2）顯示標(biāo)簽（D

37、isplay Label）:如果在此區(qū)域檢測到文本，包含該文本的文本標(biāo) 簽會被加到元件圖表中接近“連接”的地方，作為一個連接標(biāo)簽。（3）連接類型（Co nn ection Type）:在這里選擇連接類型。注意：對于輸入數(shù)據(jù) 類型，元件向?qū)詣訉Υ诉B接畫一個輸入箭頭。（4）節(jié)點類型（Node Type）:在這里選擇電氣連接類型。只有當(dāng)連接類型為電氣 連接時，此輸入才可用。(5) 數(shù)據(jù)類型(Data Type):在這里選擇數(shù)據(jù)連接類型。只有當(dāng)連接類型為輸入 數(shù)據(jù)或輸出數(shù)據(jù)，此輸入才可用。(6) 維數(shù)(Dime nsion):輸入連接信號的維數(shù)。只有當(dāng)信號是一個標(biāo)準(zhǔn)的Fortran 數(shù)組(或者矢量

38、)。圖27元件向?qū)?b)根據(jù)以上描述輸入你所要求的所有參數(shù)。此頁用于在第1步里提到的每一個連接，先從元件圖表的左邊開始。此對話框的頂部文本框表明了此時哪個連接正在定義。當(dāng)完成了每個連接后，單擊 Next 按鈕。如果在第1步?jīng)]選擇“ Page Module”，跳 到第4步。如果有錯誤，隨時按“ 按鈕，如果有錯誤，隨時按 Back按鈕。Step 4:第4步只是一個確認(rèn)的步驟。如果你認(rèn)為所有的設(shè)置都對，對設(shè)置滿意, 單擊“ Finish按鈕，單擊“ Back按鈕回到前一步。圖27元件向?qū)?d)4.2自定義新模塊在上節(jié)中我們已經(jīng)介紹過如何應(yīng)用元件向?qū)ё远x新元件或模塊這種PSCAD中更 高級的應(yīng)用。在

39、第一步中有 Page Moudle復(fù)選框，選擇它則可自定義一個新的模塊，不 選它則定義一個新的元件。另外一個方法是在主工具欄按“ Creat a default module ”按鈕先生成一個默認(rèn)的模 塊，然后選中該模塊通過右鍵彈出菜單“Edit definition ”對其進(jìn)行修改。5. 與MATLAB的仿真接口MATLAB是目前對控制系統(tǒng)仿真分析功能最強的一個商業(yè)軟件，PSCAD提供了與MATLAB的仿真接口（以下稱PSCAD -MATLAB口），通過PSCAD-MATLAB口用戶可以 將MATLAB中的數(shù)學(xué)和控制功能模塊（包括各種工具箱）應(yīng)用到PSCAD程序中。同時，用戶還可以通過編制

40、M文件來定義用戶所需的元件模型。由于M文件采用語法簡單、可讀性強、調(diào)試容易、人機交互性強的MATLAB語言來編制，因此用戶可以方便地根據(jù)需要自定義元件模型，這些用戶自定義元件模型可以跟PSCADC中的元件模型進(jìn)行連接。另一方面，PSCAD -MATLAB 口可以把PSCADg序強大的電力系統(tǒng)分析功能和MATLAB高超的圖形可視化技術(shù)結(jié)合起來， 增強PSCADg序的圖形處理能力。雖然PSCAD 圖形界面具有一定的圖形處理能力，但這是無法跟MATLAB相比的，MATLAB的圖形工具箱既能顯示二維圖形、三維圖形甚至四維表現(xiàn)圖，又能對圖形進(jìn)行著色、消隱、光影處 理、渲染及多視角處理等。實現(xiàn)MATLAB

41、和PSCAD的接口可以按以下步驟完成：第一步：安裝Fortran編譯器。PSCAD自帶的EGCS/GNU Fortran 77編譯器是不支持 MATLAB接口的，必須安裝 Fortran90以上的編譯器。建議安裝 Compaq Visual Fortran6.5 以上版本。第二步：安裝合適版本的 MATLAB。MATLAB的版本是否合適，關(guān)鍵看在安裝完的MATLAB目錄中有沒有子目錄externlibwin32digitaldf60 ，如果沒有，則不能實現(xiàn)與 PSCAD的接口。第三步：安裝PSCAD此時不必再安裝其自帶的Fortran編譯器了。安裝完后重新啟動計算機，使其能夠找到已安裝的For

42、tran編譯器。第四步：修改PSCAD的設(shè)置，如圖所示。選擇 Workspace Settings命令，彈出對話 框如圖所示，修改其中 Fortran和Matlab選項卡的相關(guān)設(shè)置。立 PSCAD Pirofessional - VSCTrans:匡EditView Build 皿rid口聊 Helpme xdShD目bCui:CopyPasteCtrl+XCtrl-KCtrl+VBHS00B0MQ-s-s-s-slH-iQ-IL.Select AllUndoRe doCtrl+ACtrl+ZCtrl+YSearch,.,CtrL+FacWorkspace Settings. * .H air

43、.v avcrTfEtiner |b ingie-Miase & 1 u H* air-wn ectifier IPinirfi Rfiftrhmflirlk IfRinrA R 冊出nwk 1? hijIsr nflkV 1 nDAMWllxProjecVies HuntimeFortran Hatlat Associ at i &rIInstalled Verzi on|Compaq For trail 90 v6. m|EMTtC Library PathE:Prograni FilesFSCAB42emtdcVssr Library F也thHelp第五步：若在第三步中，PSCAD自動

44、找到了 Fortran編譯器的位置，此時就可以在PSCAD中打開與 MATLAB的接口例程(PSCAD42examplesmatlab)進(jìn)行仿真。否則應(yīng)進(jìn) 步修改PSCAD安裝目錄下emtdccf6windowsemtdc.cfg 文件，如圖所示。占 Uliratdit - E：Prograa FilesP5CAD42catdccf6bbIde. cf,g*J 5：#ceT 紳腳 媒常 方宴舊(E 糟或 乳心i ga：i高址 焉口 #韻徑|牛 口匕曰|自回國 a Biei*1 iiak itfizii 疋艇凰 ll s nfaJSja 叵品字型團e朋彈豈i三也祖覽尖寺*弓丄函弗曲屁用創(chuàng)N *応

45、歆！s *K *- si i .rC!El 口 H:銅:* * flP*;Ciles.Siczcpait 7a.su.al UidioC90&LN,.tamEe -ta $ roEi-aiTL CcaplEi: InfoEHciaD顯 Teejidh-D!Pvoi3EfiUj eilt3Hi!：l：O3af：C T13U41 3ujdioF9BEIiri!-3C9C3 CilE3* /iDclE i $ lEiirdcInc /Inc-ludtea * (EsTdrliir) /uirludie 14 i；E*ciicBln.|i四 TC_AE03 gglug /cmtpilt -anlT /

46、tree /Ee*l_3iziE! 61 tpcuemtzv /uuti： djeclaiaclons/Bll jnMjWI!：! dEQBBDn-辿:FEJJUfl /dK-LUjtCU.Ll /OpUBiEtllO p /dW-hUtfiLiE3 /Caj til TC UnOl* FC_eKflOir* /daeeksevtClmi* K idcitlav* /check ;-unx3EEfl(jtf“ fCJFlBfnd /ctiECh: Elarweiijjentiujs西 5aEE._1i5E.TC亠 /warm aEgaien.Ebft匚temg2ff Qnti: Uilc-sl

47、lel j.ncnu:-ailed2? O&EKi_Unifilt ,nounlbiuiillzed迪 J7 C CoipiletOptleriB* C F-sic* G丄”EK皀 CC EmESix* obj比 CCAtnsq /iKloo irHL /B3 .ffiK /ow CC Eta ui3fl CC CkitckJ15 W.IfiqlMri*?-/F?r 7QJi*陀Luiketw LlnJi： Ue.4 )i Fic-3Ed CilEsRicr3iaft Va-swal ST.udoVC9BBIALiJij. txe強：LUU(_IeL-jij-1 Llni!_AE#3 /OUE

48、Jfg向右佻t也口 1匸丄血丿J.i亡匸d. Htb45 /X lfiiLian也 Libi D; 4Pkceu Si les .nicioBai tSuiriioi VCflxBJ H L it. txi：榔 Llbi_AEg5/ EMTDC Con figuratio n for CF90 Versio n 6.x/ EMTDC Versio n In formatio nEMTDC_Versio n= 4.1/ Make Comma nd (PSCAD will in voke $Make project name.mak)Make=D:Program filesMicrosoft Vi

49、sual StudioVC98BINnmake -t/ Fortran Compiler InformationVersion=D:Program filesMicrosoft Visual StudioDF98BINdf90Compiler_Versio n = 6 / Fortran Compiler OptionsFC_Name=df.exeFC_Suffix=objFC_I ncludes=/include:$(EmtdcInc) /include:$(EmtdcDir) /include:$(EmtdcBin)FC_Args=/no logo /compile, on ly /fre

50、e /real_size:64 /fpc on sta nt/war n:declarati ons /alig nmen t:dcom monsFC_Debug=/debug:full /optimize:。, /debug:none /optimized /fastFC_Bou nds=/check:bou ndsFC_Overflow=/check:overflowFC_Un derflow=/check:u nderflowFC_Flawed=/check:flawed_pe ntiumWarn_Mismatch=/war n: argume nt_check ingWarn_U nc

51、alled=,/warn: noun calledWarn_ Unin it=,/war n:nounin itialized/ C Compiler Optio nsCC_Name=cl.exeCC_Suffix=objCC_Args=/n ologo /ML /W3 /GX /cCC_War n=CC_Checks=CC_I ncludes=CC_Debug=/Z7 /Od , /O2/Li nkerLink_Name=D:Program filesMicrosoft Visual StudioVC98BINlink.exeLin k_Debug=/debugLin k_Args=/out:$ /no logo/no defaultlib:libcmtd .lib/ Libraria nLibr_Name=D:Program filesMicrosoft Visual StudioVC98BINlib.exeLibr_Ar