PSCAD V5电路设计与仿真从入门到精通

PSCAD/EMTDC是加拿大马尼托巴高压直流研究中心推出的一款电力系统电磁暂态仿真软件，仿真模型直观，元件模块库丰富，主要进行一般的交流电力系统电磁暂态研究，进行简单和复杂电力系统故障建模及故障仿真，分析电力系统故障电磁暂态过程。PSCAD/EMTDC具有很好的可移植性，可与多种常见软件连接，例如EMTP、MATLAB等，因而在电力系统分析中应用范围越来越广。
PSCAD/EMTDC V5是目前的新版本，相比其先前版本PSCAD X4是一个重大的升级，包含了众多新特性和功能。新版本尽力保持与PSCAD X4产品工作环境的相似，以减少用户熟悉新版本的时间， 但加入了以下多个新的特性和功能：改进了元件参数编辑器，提供了增强的元件参数对话框，改进了元件向导面板，对广受欢迎的参数网格特性进行了改进；提供了新的全局替换参数面板支持全局替换；启用了并行多重运行 (PMR)、Communication Fabric (ComFab)、协同仿真接口和集群启动系统 (CLS)， 进一步加强对并行和高性能计算的支持；提供了基于Python脚本的自动化功能，实现了初步的PSCAD开发和运行自动化。
《PSCAD X4电路设计与仿真从入门到精通》和《PSCAD V4.6电路设计与仿真从入门到精通》为使用PSCAD开展电力系统仿真研究提供了详细、全面、专业的指导，一经出版均得到了广泛的好评。PSCAD V5具有相当多的改进和新特性，针对这一情况，编者结合以上两本书和PSCAD V5编写了本书。
本书主要对全新的软件界面、设置和操作进行了详细说明，包括多个新的面板操作、项目调试、资源分支等；对新增元件进行了介绍，主要包括MMC相关元件、单相感应电机、z域元件库、受控电流电压源、瞬态恢复电压包络发生器、多个控制系统元件等；介绍了并行和高性能计算部分的新性能和基于Python的应用程序自动化方法。
本书适用范围广泛，不仅适合广大初学者，也可以作为电力科研人员的参考工具书，还可以作为大中专院校电力相关专业的教材或社会培训机构的指导用书。
本书由三维书屋工作室策划，主要由武汉大学乐健副教授、武汉工程大学廖小兵老师、武汉东湖学院毛涛老师、国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司吴敏和河北交通职业技术学院的胡仁喜博士编写，其中乐健执笔了第1、2章、第12、13章，廖小兵执笔了第3~6章，毛涛执笔了第7~9章，吴敏执笔了第10、11章。赵联港、綦淦、崔建勇、金锐、朗红科参加了部分编写工作。
由于时间仓促，书中难免有疏漏和不妥之处，请广大读者登录QQ群561069957或联系714491436@qq.com批评指正。
编 者

本书以PSCAD V5为基础，详细讲解了PSCAD软件的主要设置和基本操作，对主元件库元件进行了详细介绍，说明了自定义元件方法。在此基础上介绍了仿真数据导出、调用外部C语言、Fortran语言源代码程序、与MATLAB 接口、多重运行、并行与高性能计算等高级功能及其应用，对EMTDC特性也进行了简要说明。*后结合当前研究热点，给出了应用PSCAD开展新能源发电、高压直流输电及电能质量及电力电子技术仿真等领域研究的仿真实例，方便读者加深对该软件应用的理解。
本书适用范围广泛，不仅适合广大初学者，也可以作为电力科研人员的参考工具书，还可以作为大中专院校电力相关专业的教材或社会培训机构的指导用书。

本书以PSCAD V5为基础，详细讲解了PSCAD软件的主要设置和基本操作，对主元件库元件进行了详细介绍，说明了自定义元件方法。在此基础上介绍了仿真数据导出、调用外部C语言、Fortran语言源代码程序、与MATLAB 接口、多重运行、并行与高性能计算等高级功能及其应用，对EMTDC特性也进行了简要说明。*后结合当前研究热点，给出了应用PSCAD开展新能源发电、高压直流输电及电能质量及电力电子技术仿真等领域研究的仿真实例，方便读者加深对该软件应用的理解。
本书适用范围广泛，不仅适合广大初学者，也可以作为电力科研人员的参考工具书，还可以作为大中专院校电力相关专业的教材或社会培训机构的指导用书。

目 录
前言
第1章 概述1
1.1 PSCAD 简介1
1.1.1 PSCAD的发展2
1.1.2 PSCAD的应用3
1.2 PSCAD V5的新特性4
1.2.1值得注意的重点4
1.2.2 新增的及增强的特性5
1.2.3 新的主元件库7
1.3 PSCAD V5的计算需求及范围边界8
1.3.1 计算需求8
1.3.2 范围边界9
1.3.3支持的Fortran编译器10
1.4部署和许可管理10
1.4.1 认证许可10
1.4.2 基于硬件锁的许可——本地许可10
1.4.3基于硬件锁的许可——网络许可11
1.5 PSCAD V5漏洞修复11
1.5.1兼容性升级11
1.5.2 PSCAD漏洞修复11
1.5.3 EMTDC/Master Library漏洞修复14
1.5.4 LCP漏洞修复15
第2章 主要设置与基本操作16
2.1 PSCAD V5的仿真流程及术语和定义16
2.1.1 仿真流程16
2.1.2 术语和定义17
2.2 PSCAD V5的主要设置18
2.2.1 应用程序设置 (Application options)18
2.2.2 项目设置 (Project settings)29
2.2.3 画布设置 (Canvas Settings)36
2.3 PSCAD V5工作环境37
2.3.1 功能区控制条37
2.3.2 定义编辑器42
2.3.3 Workspace面板43
2.3.4 Build Messages和Runtime Messages面板49
2.3.5 Search和Search Results面板50
2.3.6 Bird’s Eye View面板52
2.3.7 Bookmarks面板52
2.3.8 Component Parameters面板53
2.3.9 Layers面板53
2.3.10 Make File和Map File面板56
2.3.11 Message Log面板56
2.3.12 Parameter Grid面板57
2.3.13 Start Page和Support Request面板58
2.4 PSCAD V5的基本操作59
2.4.1 Workspace操作59
2.4.2 Project操作60
2.4.3 Simulation操作62
2.4.4 打开和浏览Project64
2.4.5 项目编译和链接66
2.4.6 元件和组件的操作67
2.4.7 连接线相关操作71
2.4.8 拖放操作74
2.4.9 电路方案（控制模板）75
2.4.10 在线绘图和控制77
2.4.11 项目调试和改进107
2.4.12 智能粘贴114
2.4.13 选择特性115
2.4.14 拓扑表116
2.4.15 工具提示120
第3章 无源元件122
3.1 概述122
3.2 无源元件 (Passive)123
3.2.1 RLC带通滤波器 (Band Pass RLC Filter)123
3.2.2 C型滤波器 (C-Type Filter)124
3.2.3 RLC高通滤波器 (High Pass RLC Filter)125
3.2.4 RLC串联滤波器 (Series RLC Filter)125
3.2.5 单相线间固定负载 (Single Phase L-L Fixed Load)125
3.2.6 单/三相线地固定负载 (Single/Three Phase L-G Fixed Load)126
3.2.7 三相容性/感性/阻性负载 (Three-Phase Capacitive/Inductive/ Resistive Load)128
3.2.8 运行可配置无源支路(Runtime Configurable Passive Branch)128
3.2.9 可变RLC (Variable RLC)129
3.2.10 可变串联阻抗支路 (Variable Series Impedance Branch)130
3.2.11 火花间隙 (Spark Gap)130
3.2.12 饱和电抗器 (Saturable Reactor)130
3.2.13 金属氧化物避雷器 (Metal Oxide Surge Arrestor)132
3.2.14 电容/电感/电阻 (Capacitor/Inductor/Resistor)134
3.2.15 频率相关等效网络 (Frequency-Dependent Network
Equivalent)134
3.2.16 磁滞电抗器 (Hysteresis Reactor)139
3.2.17 标幺值阻抗支路 (PU Impedance Branch)140
3.2.18 独立可配置三角形联结负载 (Individually Configurable, Delta-Connected Load)140
3.2.19 独立可配置星形联结负载 (Individually Configurable, Y-Connected Load)141
3.2.20 独立可配置三角形联结三支路负载 (Individually 
onfigurable, Delta-Connected, 3-Branch Load)141
3.2.21 独立可配置星形联结三支路负载 (Individually Configurable, Y-Connected, 3-Branch Load)142
3.2.22 无源滤波器设计142
第4章 电源及动力系统元件145
4.1 电源145
4.1.1 单相电压源模型1 (Single Phase Voltage Source Model 1)145
4.1.2 三相电压源模型1 (Three-Phase Voltage Source Model 1)148
4.1.3 单相电压源模型2 (Single Phase Voltage Source Model 2)151
4.1.4 三相电压源模型2 (Three-Phase Voltage Source Model 2)152
4.1.5 三相电压源模型3 (Three-Phase Voltage Source Model 3)154
4.1.6 单相电流源 (Single-Phase Current Source)155
4.1.7 三相电流源 (Three-Phase Current Source)156
4.1.8 谐波电流注入 (Harmonic Current Injection)156
4.1.9 谐波信号发生器 (Harmonic Signal Generator)158
4.1.10 光伏电源 (Photovoltaic Source)159
4.1.11 大功率点追踪 (Maximum Power Point Tracker)161
4.1.12 电池 (Battery)162
4.1.13 受控源 (Dependent Source Models)164
4.1.14 比例电流源 (Current Scaler)165
4.1.15 理想比例变换器 (Ideal Ratio Changer)165
4.2 变压器165
4.2.1 单相双绕组变压器 (1-Phase 2-Winding Transformer)166
4.2.2 单相三绕组变压器 (1-Phase 3-Winding Transformer)169
4.2.3 单相四绕组变压器 (1-Phase 4-Winding Transformer)169
4.2.4 单相N绕组变压器 (1-Phase N-Winding Transformer)170
4.2.5 三相双绕组变压器 (3-Phase 2-Winding Transformer)170
4.2.6 三相三绕组变压器 (3-Phase 3-Winding Transformer)172
4.2.7 三相四绕组变压器 (3-Phase 4-Winding Transformer)172
4.2.8 单相自耦变压器 (1-Phase Auto Transformer)172
4.2.9 单相三绕组自耦变压器 (1-Phase 3-Winding Auto
Transformer)174
4.2.10 三相Y/Y自耦变压器 (3-Phase Star-Star Auto Transformer)174
4.2.11 带第三绕组的三相Y/Y自耦变压器 (3-Phase Star-Star Auto Transformer with Tertiary)175
4.2.12 单相双绕组UMEC变压器 (1-Phase 2-Winding UMEC Transformer)176
4.2.13 单相三绕组UMEC变压器 (1-Phase 3-Winding UMEC 
Transformer)178
4.2.14 3/5铁心柱UMEC变压器 (3/5 Limb UMEC Transformer)178
4.2.15 基于对偶的三相双绕组变压器 (Duality-Based, 3-Phase 2-Winding Transformer)180
4.3 电机182
4.3.1 双绕组直流电动机（Two Winding DC Machine）182
4.3.2 绕线式感应电动机 (Wound Rotor Induction Machine)186
4.3.3 同步电动机 (Synchronous Machine)191
4.3.4 永磁同步电动机 (Permanent Magnet Synchronous Machine)200
4.3.5 单相感应电动机 (Single-Phase Induction Machine)201
4.3.6 交流励磁机 (AC Exciters)202
4.3.7 直流励磁机 (DC Exciters)211
4.3.8 静止励磁机 (Static Exciters)215
4.3.9 水轮机调速器 (Hydro Governors)224
4.3.10 热工（蒸汽机）调速器 [Thermal (Steam) Governors]226
4.3.11 电力系统稳定器 (Power System Stabilizers)229
4.3.12 水轮机 (Hydro Turbines)235
4.3.13 汽轮机 [Thermal (Steam) Turbines]238
4.3.14 风机调速器 (Wind Governor)239
4.3.15 风源 (Wind Source)240
4.3.16 风力机 (Wind Turbine)242
4.3.17 内燃机 (Internal Combustion Engine)243
4.3.18 多质量扭转轴接口244
第5章 输配电线路元件248
5.1 断路器248
5.1.1 单相断路器 (Single-Phase Breaker)248
5.1.2 三相断路器 (Three-Phase Breaker)250
5.1.3 断路器定时控制逻辑 (Timed Breaker Logic)251
5.1.4 统计断路器 (Statistical Breaker)252
5.2 故障253
5.2.1 单相故障 (Single Phase Fault)253
5.2.2 三相故障 (Three-Phase Fault)254
5.2.3 故障定时控制逻辑 (Timed Fault Logic)255
5.2.4 隔离开关 (Isolation Switch)256
5.2.5 TRV包络线发生器 (TRV Envelope Generator)256
5.3 架空输电线路258
5.3.1 概述258
5.3.2 架空线系统的创建260
5.3.3 架空线配置 (Overhead Line Configuration)264
5.3.4 架空线接口 (Overhead Line Interface)267
5.3.5 Bergeron模型 (Bergeron Model)268
5.3.6 频率相关相域模型 [Frequency Dependent (Phase) Model]269
5.3.7 手动数据输入 (Manual Data Entry)271
5.3.8 架空线塔模型 (Overhead Line Towers)275
5.3.9 通用塔 (Universal Tower)278
5.3.10 变电站母线 (Substation Bus Work)280
5.3.11 地平面 (Ground Plane)281
5.3.12 附加选项 (Additional Options)283
5.3.13 线路常量文件284
5.3.14 LCP明细输出查看器290
5.3.15 线路段互耦合293
5.3.16 输电段的多实例化300
5.3.17 故障移动的串接线路设置301
5.3.18 单一电路PI线路段 [PI-Sections (Single Circuit)]302
5.3.19 两电路PI线路段 [PI-Section (Double Circuit)]304
5.3.20 三线互耦合线路 [Mutually Coupled Wires (Three Lines)]306
5.3.21 两线互耦合线路 [Mutually Coupled Wires (Two Lines)]306
5.4 地下电缆307
5.4.1 地下电缆系统的创建307
5.4.2 电缆配置 (Cable Configuration)309
5.4.3 电缆接口 (Cable Interface)310
5.4.4 同轴电缆截面 (Coax Cable Cross-Section)312
5.4.5 管型电缆 (Pipe-Type Cable)314
5.4.6 简化地缆 (Simplified Underground Cable)315
5.5 高压直流输电和柔性交流输电系统317
5.5.1 电力电子器件 (Power Electronic Switch)317
5.5.2 插补触发脉冲 (Interpolated Firing Pulses)320
5.5.3 6脉波换流桥 (6-Pulse Bridge)324
5.5.4 通用电流控制 (Generic Current Control)328
5.5.5 通用γ角控制 (Generic Gamma Control)331
5.5.6 低压限流 (Voltage Dependent Current Limits)333
5.5.7 逆变器CCCM控制器 (CCCM Controller for Inverter)334
5.5.8 整流器CCCM控制器 (CCCM Controller for Rectifier)335
5.5.9 真实γ角测量 (Apparent Gamma Measurement)335
5.5.10 有效γ角测量 (Effective Gamma Measurement)336
5.5.11 小γ角测量 (Minimum Gamma Measurement)336
5.5.12 静止无功补偿器 (Static VAR Compensator)336
5.5.13 TCR/TSC电容投切逻辑控制(TCR/TSC Capacitor Switching 
Logic)341
5.5.14 晶闸管投切电容器分配器 (Thyristor Switched Capacitor Allocator)341
5.5.15 TSC/ TCR非线性电纳特性 (TSC/TCR Non-Linear
Susceptance Characteristic)342
5.5.16 空间矢量调制 [Space Vector Modulation (SVM)]343
5.5.17 滞环电流PWM发生器 (Hysteresis Current Control PWM Generator)345
5.5.18 MMC载波信号发生器 (MMC Carrier Signal Generator)345
5.5.19 MMC全

本书以PSCAD V5为基础，详细讲解了PSCAD软件的主要设置和基本操作，对主元件库元件进行了详细介绍，说明了自定义元件方法。在此基础上介绍了仿真数据导出、调用外部C语言、Fortran语言源代码程序、与MATLAB 接口、多重运行、并行与高性能计算等高级功能及其应用，对EMTDC特性也进行了简要说明。*后结合当前研究热点，给出了应用PSCAD开展新能源发电、高压直流输电及电能质量及电力电子技术仿真等领域研究的仿真实例，方便读者加深对该软件应用的理解。
本书适用范围广泛，不仅适合