电力系统PSCAD仿真实践与案例

本书全面系统地讲解了PSCAD的基础操作及其在电力系统分析中的应用。全书共分5章，前3章主要介绍了PSCAD的主要设置、基本操作、主元件库和自定义元件、数据和程序接口。为进一步提升读者对该软件的应用理解，第4、5章讲解了当前电力系统运行与分析热点问题的开发要点及其所对应的仿真实例。读者不仅可以迅速掌握PSCAD的操作方法，而且能根据实例对具体工程问题进行独立的分析。此外读者可通过扫描书中二维码观看视频教程，以帮助提高学习效率。

吕艳玲，教授，博士生导师，现任哈尔滨理工大型电气与电子工程学院副院长，中国仿真学会-电力系统仿真专业委员会委员、中国电力教育协会电气工程学科教学委员会委员。主要从事大型电机及其系统运行及保护、新能源发电及其系统运行分析、交直流混合系统稳定性分析等研究。近五年主持并完成国家自然基金项目，黑龙江省教育厅科技项目、高等学校博士学科点专项科研基金、多项校企合作项目。授权发明专利10项，实用新型专利9项，获黑龙江省机械工业科学技术进步一等奖，发表学术论文30余篇，参编教材2部。

前言
第1章 PSCAD使用及操作环境简介 1
1.1 PSCAD/EMTDC简介 1
1.2 操作环境设置 2
1.3 基本术语和定义 16
1.4 工作环境 18
第2章 PSCAD基本特性及元件介绍 27
2.1 工程 27
2.2 元件和模块 27
2.3 新建元件概述 27
2.4 新建项目 29
2.5 在线绘图与控制 29
2.6 MasterLibrary元件介绍 52
第3章 用户模型自定义与接口 80
3.1 用户模型自定义基本操作 80
3.1.1 设计编辑器 80
3.1.2 编辑组件或模块定义 80
3.1.3 返回电路视图 80
3.1.4 图形区 81
3.1.5 参数部分 87
3.1.6 条件语句、层 89
3.2 用户模型自定义创建示例 90
3.2.1 组件模型的创建实例 90
3.2.2 元件模型的创建实例 90
3.3 数据级接口实现 91
3.4 程序级接口 93
3.4.1 调用外部Fortran子程序 93
3.4.2 PSCAD/EMTDC与 MATLAB接口 94
第4章 工程实践开发要点 97
4.1 工程仿真模型框架搭建 97
4.1.1 HVDC整体构架安排 97
4.1.2 交流系统模型 98
4.1.3 整流站和逆变站模型 98
??
4.1.4 控制保护策略 98
4.2 工程仿真建模难点介绍 101
第5章 工程实践实例应用 103
5.1 简单电力系统模型搭建 103
5.1.1 简单电力系统模型建立 103
5.1.2 电力系统短路故障建模与仿真 106
5.1.3 距离保护建模与仿真 107
5.2 双馈风力发电系统建模与仿真 111
5.2.1 双馈风力发电系统基本工作原理 111
5.2.2 双馈风力发电系统数学模型 111
5.2.3 双馈风力发电系统仿真模型 116
5.2.4 仿真分析 117
5.3 微网系统建模与仿真 126
5.3.1 光伏发电系统的组成和工作原理 126
5.3.2 光伏电池等效数学模型 127
5.3.3 光伏发电遮阴建模与仿真 129
5.3.4 含光伏、风电、微型燃气轮机的微网系统建模与仿真 131
5.4 高压直流输电系统建模与仿真 143
5.4.1 常规高压直流输电系统仿真 143
5.4.2 电压源换流器的高压直流输电系统建模与仿真 151
5.4.3 直接电流控制的高压直流输电系统建模与仿真 154
5.5 新能源电力系统一次调频系统建模与仿真 157
5.5.1 新能源电力系统概述 157
5.5.2 新能源电力系统建模 157
5.5.3 一次调频仿真分析 160
5.6 双馈风电接串补系统次同步振荡建模与仿真 163
5.6.1 双馈风电接串补系统介绍 163
5.6.2 双馈风电接串补系统组成及次同步振荡原理 163
5.6.3 双馈风电接串补系统次同步振荡仿真 164
5.7 单馈入LCC-HVDC系统的换相失败辨别 168
5.7.1 换相失败及背景概述 168
5.7.2 换相失败辨别仿真模型的建立 169
5.7.3 换相失败辨别仿真分析 176
附录A 179
参考文献 194

随着新型电力系统的发展,电力系统结构和运行方式变得越来越复杂,对其安全稳定运行的要求越来越严格。正常运行分析、事故前的预判和事故与故障后的分析,都离不开仿真分析。PSCAD (全称PowerSystemsComputerAidedDesign)是国际上广泛使用的电磁暂态仿真软件。该软件图形界面及仿真模型直观,元件模块库丰富,可用于研究电力系统的暂态过程,同时也适用于一般电气电子线路的仿真分析。EMTDC (全称Electromagnetic TransientsincludingDC)是软件的仿真计算核心,PSCAD是EMTDC的前置处理程序。PSCAD作为一种电力系统仿真软件,具有大计算容量、准确完整的元件模型库、稳定高效的计算内核、友好直观的界面等特点,目前已被多国的科研机构、大学和电气工程领域工程师广泛使用。 本书共分为5章,第1章和第2章主要涵盖入门级的环境介绍、主要设置、基本术语及主元件库的介绍;第3章介绍中高级的自定义元件、数据与程序接口等;第4章讲述工程实践中的开发要点;第5章结合当前新型电力系统研究的热点,给出了双馈风机运行、微电网控制、高压直流输电、双馈风电接串补系统次同步振荡、单馈入LCC-HVDC系统的换相失败辨别等仿真实例,从而方便读者更快理解和掌握该软件。本书第1章~第3章由哈尔滨理工大学徐骁编写,研究生李广煜负责对以上章节图片的处理及校核工作;第4章由哈尔滨理工大学侯仕强编写;第5章由哈尔滨理工大学吕艳玲编写,研究生李广煜、钟晨、刘航、史大雷等同学针对此章做了大量的仿真、录入和校对工作。全书由吕艳玲统稿,由北方民族大学李学生、大连理工大学晁璞璞审稿。在此对在编写过程中所得到的各方面的大力支持和帮助,表示深深的感谢。 本书采用通俗易懂的语言讲解建模方法、建模过程和参数设置,使PSCAD的建模变得容易,使读者有更多的时间和精力去挖掘现象产生的机理。书中提供大量的视频,讲解软件的基本功能和新能源电力系统的案例分析,读者可扫描二维码观看、学习。 本书可作为普通高等院校电气工程、自动化等相关专业的教材,也可作为电力系统相关专业工作人员、电力知识爱好者的学习资料和参考用书。 限于编者水平,书中难免存在疏漏和不足之处,恳请广大读者批评指正,提出宝贵意见。