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第1章 概述 1

1.1 PSCAD简介 1

1.1.1 PSCAD的发展 1

1.1.2 PSCAD的应用 3

1.2 PSCAD X4的新特性 3

1.2.1值得注意的重点 3

1.2.2新增及增强的特性 4

1.2.3新的主元件库 5

1.3 PSCAD X4的计算需求及范围边界 6

1.3.1计算需求 6

1.3.2范围边界 6

1.3.3支持的 Fortran编译器 8

第2章 主要设置与基本操作 9

2.1 PSCAD的主工作界面 9

2.1.1功能区控制条 9

2.1.2 Workspace窗口 14

2.1.3输出窗口 16

2.1.4工作区 17

2.2 PSCAD的仿真流程及术语和定义 18

2.2.1仿真流程 18

2.2.2术语和定义 19

2.3 PSCAD的主要设置 19

2.3.1系统设置 19

2.3.2应用选项 20

2.3.3工作区选项 26

2.3.4项目设置 28

2.3.5画布设置 36

2.4 PSCAD的基本操作 37

2.4.1 Workspace操作 37

2.4.2 Project操作 38

2.4.3 Simulation操作 40

2.4.4打开和查看Project 40

2.4.5项目的编译和链接 42

2.4.6元件和组件的操作 44

2.4.7连接线的相关操作 48

2.4.8拖放操作 50

2.4.9电路方案（控制模板） 52

2.4.10在线绘图和控制 53

2.4.11其他操作 85

第3章 无源元件 88

3.1概述 88

3.2无源元件 89

3.2.1 RLC带通滤波器 89

3.2.2 C型滤波器 90

3.2.3 RLC高通滤波器 91

3.2.4 RLC串联滤波器 91

3.2.5线对地/线间固定负载 91

3.2.6三相容性/感性/阻性负载 92

3.2.7运行可配置无源支路 93

3.2.8可变RLC 93

3.2.9可变串联阻抗支路 94

3.2.10火花间隙 95

3.2.11饱和电抗器 95

3.2.12金属氧化物避雷器 96

第4章 电源及其动力系统元件 99

4.1电源 99

4.1.1单相电压源模型1 99

4.1.2三相电压源模型1 101

4.1.3单相电压源模型2 105

4.1.4三相电压源模型2 106

4.1.5三相电压源模型3 108

4.1.6电流源 109

4.1.7谐波电流注入 110

4.1.8光伏电源 112

4.1.9最大功率点追踪 114

4.2变压器 115

4.2.1单相双绕组变压器 115

4.2.2单相三绕组变压器 117

4.2.3三相双绕组变压器 118

4.2.4三相三绕组变压器 119

4.2.5三相四绕组变压器 120

4.2.6单相自耦变压器 120

4.2.7单相三绕组自耦变压器 121

4.2.8三相Y/Y自耦变压器 122

4.2.9带第三绕组的三相Y/Y自耦变压器 123

4.2.10单相双绕组UMEC变压器 124

4.2.11单相三绕组UMEC变压器 125

4.2.12单相四绕组UMEC变压器 126

4.2.13 3/5铁心柱UMEC变压器 126

4.3电动机 127

4.3.1双绕组直流电动机 127

4.3.2笼型感应电动机 131

4.3.3绕线式感应电动机 135

4.3.4同步电动机 139

4.3.5永磁同步电动机 149

4.3.6交流励磁机 150

4.3.7直流励磁机 158

4.3.8静止励磁机 161

4.3.9水轮机调速器 167

4.3.10热工（蒸汽机）调速器 170

4.3.11电力系统稳定器 173

4.3.12水轮机 180

4.3.13汽轮机 182

4.3.14风机调速器 183

4.3.15风源 184

4.3.16风力机 186

4.3.17内燃机 187

4.3.18多质量扭转轴接口 189

第5章 输配电线路元件 193

5.1断路器 193

5.1.1单相断路器 193

5.1.2三相断路器 195

5.1.3断路器定时控制逻辑 196

5.2故障 196

5.2.1单相故障 197

5.2.2三相故障 198

5.2.3故障定时控制逻辑 199

5.3架空输电线路 199

5.3.1概述 199

5.3.2架空线系统的创建 201

5.3.3架空线配置 205

5.3.4架空线接口 207

5.3.5 Bergeron模型 208

5.3.6频率相关模态域模型 208

5.3.7频率相关相域模型 210

5.3.8手动数据输入 212

5.3.9架空线塔模型 216

5.3.10通用塔 219

5.3.11变电站母线 222

5.3.12地平面 223

5.3.13附加选项 225

5.3.14线路常量文件 226

5.3.15 LCP明细输出查看器 231

5.3.16线路段互耦合 235

5.3.17输电段的多实例化 241

5.3.18单一电路的PI线路段 242

5.3.19两电路的PI线路段 245

5.3.20三线互耦合线路 246

5.3.21两线互耦合线路 247

5.4地下电缆 247

5.4.1地下电缆系统的创建 247

5.4.2电缆配置 249

5.4.3电缆接口 250

5.4.4同轴电缆 251

5.4.5管型电缆 253

5.5高压直流输电和柔性交流输电系统 255

5.5.1电力电子开关 255

5.5.2插补触发脉冲 258

5.5.36脉波换流桥 262

5.5.4通用电流控制 266

5.5.5通用γ角控制 269

5.5.6低压限流 270

5.5.7逆变器CCCM控制器 272

5.5.8 CCCM Controller for Rectifier（整流器CCCM控制器） 272

5.5.9真实γ角测量 273

5.5.10有效γ角测量 273

5.5.11最小γ角测量 274

5.5.12静止无功补偿器 274

5.5.13 TCR/TSC电容投切逻辑控 279

5.5.14晶闸管投切电容器分配器 279

5.5.15 TSC/TCR非线性电纳特性 280

5.5.16空间矢量调制 281

第6章 保护与监控元件 284

6.1保护 284

6.1.1耦合电容式电压互感器 284

6.1.2电压互感器 286

6.1.3 JA模型电流互感器 287

6.1.4 Lucas模型电流互感器 288

6.1.5 JA模型的双CT差分配置 289

6.1.6比相继电器 290

6.1.7苹果特性的距离保护 291

6.1.8透镜特性的距离保护 292

6.1.9双斜率电流差动保护 292

6.1.10反时限过电流保护 293

6.1.11欧姆圆 294

6.1.12负序方向元件 295

6.1.13透镜特性失步保护 296

6.1.14欧姆圆特性的失步保护 297

6.1.15多边形特性的失步保护 298

6.1.16跳闸多边形 299

6.1.17线对地阻抗 300

6.1.18线间阻抗 301

6.1.19过电流检测 302

6.1.20相序滤波器 302

6.2测量仪表 303

6.2.1谐波阻抗求解接口 303

6.2.2电流表 305

6.2.3 Doble状态 306

6.2.4频率/相位/有效值测量 307

6.2.5多表计 308

6.2.6相位差测量 309

6.2.7有功/无功功率测量 309

6.2.8单相有效值测量 310

6.2.9三相有效值测量 311

6.2.10电压表 312

6.3控制元件 312

6.3.1带增益的二阶复极点 312

6.3.2二阶传递函数 315

6.3.3离散小波变换 315

6.3.4快速傅里叶变换 319

6.3.5 XY传递函数 321

6.3.6 XYZ传递函数 324

6.3.7 12通道多路复用器 325

6.3.8 6通道译码器 325

6.3.9 4或8通道多路复用器 326

6.3.10 AM/FM/PM函数 326

6.3.11角度解析 327

6.3.12 abc与dq0变换 327

6.3.13计数器 328

6.3.14延迟函数 328

6.3.15恒定时间常数微分 329

6.3.16微分滞后 329

6.3.17斜降传递函数 330

6.3.18斜升传递函数 331

6.3.19边沿检测器 331

6.3.20通用传递函数 332

6.3.21谐波畸变率计算 332

6.3.22插补采样 333

6.3.23超前滞后环节 333

6.3.24限幅函数 334

6.3.25最大/最小值选取 335

6.3.26非线性增益 335

6.3.27非线性传递特性 335

6.3.28 N阶巴特沃斯/切比雪夫滤波器 336

6.3.29 N阶传递函数 337

6.3.30极坐标/直角坐标变换 337

6.3.31随机数发生器 338

6.3.32范围比较器 339

6.3.33速率限制器 339

6.3.34实极点 340

6.3.35采样保持器 341

6.3.36顺序输出 341

6.3.37浪涌发生器 341

6.3.38 PLL锁相环 342

6.3.39定时器 343

6.3.40双输入选择器 343

6.3.41变频锯齿波发生器 344

6.3.42压控振荡器 344

6.3.43异或相位差 344

6.3.44二进制高电平延时 345

6.3.45滞环缓冲器 346

6.3.46脉冲发生器 346

6.3.47积分器 347

6.3.48反相器 348

6.3.49触发器 348

6.3.50单稳多谐振荡器 349

6.3.51多输入逻辑门 349

6.3.52 PI控制器 350

6.3.53移位寄存器 351

6.3.54信号发生器 351

6.3.55单输入比较器 352

6.3.56定时ON/OFF逻辑转换 353

6.3.57两输入比较器 353

6.3.58过零检测器 354

第7章 其他元件 355

7.1 I/O设备 355

7.1.1（当前运行次数和多重运行总次数） 355

7.1.2（多重运行） 355

7.1.3（多重运行附加记录） 359

7.1.4（最优运行） 360

7.1.5（按钮） 362

7.1.6（拨码盘） 362

7.1.7（两状态开关） 363

7.1.8（滑动块） 364

7.1.9（输出通道） 365

7.1.10（可变绘图步长） 366

7.1.11（矢量接口） 366

7.2（定序器） 367

7.2.1（故障投入/切除） 368

7.2.2（断开/闭合断路器） 369

7.2.3（变量设置） 369

7.2.4（事件序列启动） 369

7.2.5（事件等待） 370

7.3辅助元件 371

7.3.1（文件引用） 371

7.3.2（文件读取） 372

7.3.3（无线链接） 374

7.3.4（录波仪） 375

7.3.5（输入/输出） 378

7.3.6（电气节点） 378

7.3.7（批注框） 379

7.3.8（便签） 379

7.3.9（常量） 381

7.3.10（类型转换） 381

7.3.11（数据标签） 382

7.3.12（节点标签） 382

7.3.13（节点环） 383

7.3.14（数据合并） 383

7.3.15（数据信号数组分接） 384

7.3.16（母线） 385

7.3.17（绞线） 385

7.3.18（钉） 385

7.3.19 Force to DSDYN/Force to DSOUT 386

第8章 用户自定义模型 387

8.1定义创建 387

8.2管理及调用 390

8.2.1创建用户元件库 390

8.2.2定义的复制 391

8.2.3实例化 392

8.2.4重新链接 394

8.3信号传递及引用方法 395

8.3.1定义连接端口 396

8.3.2采用无线连接 397

8.3.3输入参数连接 399

8.3.4电气连接 400

8.4图形外观设计 401

8.5输入参数界面设计 404

8.5.1类别页面设计 405

8.5.2参数域设计 407

8.5.3全局替换参数 413

8.5.4条件判断设置 415

8.5.5单位系统 418

8.5.6元件属性查看 422

8.6代码编制 426

8.6.1代码段的操作 427

8.6.2代码段说明及其应用 428

8.6.3 PSCAD定义脚本 436

8.7组件设计的其他问题 451

8.7.1多实例组件技术（Multiple Instance Modules，MIM） 451

8.7.2组件黑箱化（Blackbox Module） 461

8.8自定义实例 462

8.8.1正弦/余弦发送器 462

8.8.2利用存储数组的元件设计 465

8.8.3多实例组件的设计 466

第9章 中高级操作 469

9.1数据的输入输出接口方法 469

9.1.1数据输出接口方法 469

9.1.2数据输入接口方法 471

9.2外部程序接口 473

9.2.1调用外部Fortran子程序 473

9.2.2 GFortran编译器下调用C源代码程序 475

9.2.3 CVFortran编译器下调用C源代码程序 477

9.2.4与MATLAB的接口 478

9.3快照拍摄及启动 485

9.3.1快照拍摄 486

9.3.2快照启动方式 488

9.3.3注意事项 488

9.4多重运行 489

9.4.1使用Current Run Number和Total Number of Multiple Runs 490

9.4.2使用Multiple Run元件 492

9.4.3使用Optimum Run元件 495

9.5外部编译器调试 496

9.6仿真模型自动生成方法 500

9.6.1仿真模型自动生成方法的原理 500

9.6.2 PSCAD项目文件结构 501

9.6.3 PSCAD项目文件编写语法 503

9.6.4仿真模型自动生成方法的应用示例 507

第10章 EMTDC及其高级特性 510

10.1概述 510

10.1.1时域与相量域仿真 510

10.1.2典型的EMTDC研究 510

10.1.3 EMTDC与其他EMTP类型的程序 511

10.2程序结构 512

10.2.1 EMTDC求解过程 512

10.2.2系统动态部分 514

10.3电气网络求解 519

10.3.1集总参数的R、L和C元件的表示 519

10.3.2等效支路缩减 520

10.3.3简单网络的形成 520

10.3.4导纳矩阵求逆 522

10.3.5开关和非线性元件 522

10.3.6互耦合铁心 524

10.3.7电气网络中的子系统 524

10.4高级特性 525

10.4.1插补和开关 525

10.4.2颤振检测与移除 527

10.4.3外插电源 528

10.4.4理想支路 529

10.4.5最优运行和多重运行 529

10.4.6动态定维 529

10.5用户元件设计 530

10.5.1 EMTDC的Fortran指南 530

10.5.2 C语言方法和函数 530

10.5.3 EMTDC固有变量 531

10.5.4向PSCAD发送模型消息 536

10.5.5头文件 537

10.5.6电气网络接口 543

第11章 PSCAD在新能源发电技术仿真中的应用 551

11.1太阳能光伏发电 551

11.1.1概述 551

11.1.2阴影遮挡的影响仿真 554

11.1.3最大功率追踪 559

11.1.4光伏并网仿真 563

11.2风力发电 569

11.2.1概述 569

11.2.2定浆距和变桨距风力机 570

11.2.3恒速和变速恒频风力机 572

11.2.4恒频恒速风力发电仿真 576

11.2.5恒频恒速风力机并网仿真 580

11.2.6恒频恒速风力发电的PSS控制 584

11.2.7双馈风力发电仿真 586

第12章 PSCAD在高压直流输电系统仿真中的应用 595

12.1常规高压直流输电系统仿真 595

12.1.1概述 595

12.1.2控制系统基本原理 596

12.1.3模型介绍 599

12.1.4整流侧交流系统故障的仿真 604

12.1.5逆变侧交流系统故障的仿真 605

12.2基于电压源换流器的高压直流输电系统仿真1 607

12.2.1 VSC-HVDC系统概述 607

12.2.2 VSC-HVDC系统工作原理 609

12.2.3模型介绍 610

12.3基于电压源换流器的高压直流输电系统仿真2 615

第13章 PSCAD在电能质量及电力电子技术仿真中的应用 620

13.1 6脉波变换桥控制 620

13.1.1直接输入触发角 620

13.1.2 6脉冲方式1 621

13.1.3 6脉冲方式2 623

13.1.4 6脉冲方式3 624

13.2相控交流开关 625

13.3单相交流斩波调压装置 627

13.4电流滞环控制的并联有源电力滤波器 629

13.4.1并联有源电力滤波器原理 629

13.4.2滞环电流比较控制策略 630

13.4.3电流滞环控制的并联有源电力滤波器应用实例 630

13.5空间矢量控制的并联有源电力滤波器 633

13.6串联有源电力滤波器 635

13.6.1串联有源电力滤波器（SAPF）工作原理 635

13.6.2串联有源电力滤波器应用实例 636

13.7 SVC系统 638

13.7.1 SVC工作原理和特性 638

13.7.2 SVC系统应用实例 639

13.8 STATCOM系统 643

13.8.1 STATCOM分类与工作原理 643

13.8.2 STATCOM控制策略 643

13.8.3应用实例 645