直流输电PSCAD - EMTDC建模报告

第二章 PSCAD/EMTDC简介

EMTDC（Electromagnetic Transients including DC）是加拿大曼尼托巴水电局开发的电力系统电磁暂态仿真软件，PSCAD（Power Systems Computer Aided Design）是其用户界面。多年来在各专家的领导下，不断完事元件模型库和功能，使之发展成为既可以研究交直流电力系统问题，又能够完成电力电子仿真及非线性控制的多功能工具。该软件具有精确的直流元件模型、方便的数据输入输出方式以及强大的数据分析功能，是进行直流系统分析和工程研究的有力工具。特别是PSCAD的开发成功，使得用户能更方便得使用EMTDC进行电力系统仿真计算，并且PSCAD可以作为实时数字仿真器的前置端。

EMTDC作为计算引擎，是整个软件的核心，主要完成：读入网络参数，并依据其模型进行数学处理；模拟网络中的开关动作并修改网络方程；根据仿真系统定义完成控制系统的介入；求解网络并输出变量等功能。

PSCAD是EMTDC的图形用户界面。通过PSCAD，用户可以在一个完全集合的图形环境下构造仿真电路，运行、分析结果和处理数据，保证并提高了工作的质量和效率。在线画图、控制、监测功能使得用户可以在仿真进行过程中修改系统参数，并直观观察仿真结果。

2.1 PSCAD介绍

PSCAD运行时界面如图1所示，主要包括：主菜单、工具栏、工作区窗口、输出窗口和编辑器窗口。

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图1、PSCAD界面图

PSCAD提供大量经过严格测试的电力系统元件模型，从简单的无源元件和控制元件到发电机、FACTS器件、传输线等复杂的元件模型，都包含在PSCAD的元件模型库之中。此外，用户可以根据需要自定义某些特殊元件，使用PSCAD已有的元件组装生成或直接自定义生成。

PSCAD的元件模型库虽然包含了大多数电力系统元件，但是很多时候用户的工程中往往需要一些结构复杂或是功能特殊的元件，此时PSCAD的元件模型不能完全满足用户的需要。为弥补自带元件库的不足，PSCAD允许用户根据需要自定义模块，这些模块可简单也可复杂，完全由用户的工作需要决定。用户需将定义好的元件模型添加到仿真系统中，就可同PSCAD的元件模型库中的元件一样使用。

2.2 EMTDC介绍

理解复杂系统行为的一个有效方法就是研究它对于扰动和参数变化的响应。计算机仿真通过观察所得响应的时域瞬时值、有效值或频率分量，获得对系统特性的了解，是研究这些响应的有力工具。EMTDC应用混合步长求解微分方程组，获得系统的时域解，

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最适合电力系统时域连续响应仿真。作为电磁暂态计算引擎，EMTDC广泛应用于交流、直流系统的仿真研究。

经过30多年的发展，PSCAD/EMTDC的功能不断加强，成为一种功能强大的仿真软件，被广泛应用于电力系统设计、运行、管理、科研、教育等方面。

EMTDC程序由多个子程序块组成，通过使用者编辑简单的子程序来控制子程序的介入，使用者利用子程序相互的连接，方便地加入使用者自己的模型。为方便编程，EMTDC求

解引擎构造了一个主程序，用来协调输入输出、网络求解和用户插入的子程序。

tDSDYN SystemDynamicsNetWork SolutionDSOUTt=t+Δt

图2、 EMTDC程序框图

如图2所示，EMTDC主程序由两部分组成:系统动态程序模块和电力网络求解

模块，系统动态程序模块完全由用户定义，通过它用户可以在EMTDC主程序中加入自己的代码。包括两个子程序:主动态子程序DSDYN和输出定义子程序DSOUT，控制动态代码应加在DSDYN，DSOUT主要用于输出求解后的网络变量。 一、系统动态程序模块：

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如前所述，系统动态程序模块的主要功能是允许用户插入自己的子程序，由2个子程序组成：主动态子程序DSDYN和输出定义子程序DSOUT，在本质上这两个子程序没有差别，只不过由于分别位于网络求解模块的前后，有了一个4t的时间延迟，适当的运用能提供很好的程序灵活性。 二、系统动态程序模块的代码装配

PSCAD在对仿真工程算例进行编译的时候，自动装配生成系统动态程序模块的Fortran代码，以便EMTDC计算使用。生成Fortran代码所需的信息来源于仿真系统中各个元件定义中的DSDYN和DSOUT子程序部分。 三、电力网络求解模块:

电力网络求解模块主要用于根据设定的网络信息按用户的要求求解网络变量。与系统动态程序模块不同，用户不能在网络求解模块中直接加入自己的代码。电力网络求解模块所需信息，例如:节点数、子系统数、系统连接情况等。完全由PSCAD根据待仿真系统电路图自动生成，这些信息再经过编译、简化传递给EMTDC用于网络求解。这些信息文件中最重要的有数据文件仁Data File)和图谱文件（Mab File)。

1）Data File

数据文件对于电力网络求解模块就像DSDYN和DSOUT子程序对系统动态程序模块一样，有关节点、支路元件的类型、连接关系和定值都包含在此文件中，另外还包括分布式传输线和变压器信息。PSCAD仿真工程中每一子工程都有自己的数据文件，这些数据文件对用户是只读的。数据文件由PSCAD根据用户定义的系统仿真电路图自动生成，包含各种关于元件信息的模型数据节，主要有：

①局部节点电压节(LocalNodevoltagesection):用于指定节点电压初值； ②局部支路数据节(LocalBranchDataSection):用于定义两节点间的支路； ③局部变压器数据节(LocalTransofmreroataSection):用于变压器参数定义；

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