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PSCAD仿真软件在电力系统分析实习中的应用

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罗朋+杨燕霞

摘要：为增强学生将电力系统理论知识与实际相结合，提高学生实习的学习兴趣，减少企业接受学生实习的压力。结合该校实验条件的现状，为了保证学生在电力系统实习中的质量，采用PSCAD仿真软件应用于实习中。该仿真软件不受系统规模和场地限制，可以将抽象的理论通过仿真实验的形式展现出来，有助于激发学生的积极性和主动性，弥补了电力系统校内实习的不足。

关键词：电力系统分析PSCAD仿真软件校内实习

：TM76：A：1672-3791（2017）03（a）-0045-03

《电力系统分析》是电气工程及其自动化本科类教学的核心课程，做好电力系统分析实习对学生来说至关重要。电力系统分析课程涉及的知识点较多，理解起来有难度，另外由于该课程为专业限选课，在大三下学期才开课，学生对此学习积极性不高。由于该校实验室条件的限制，目前仅有1个场地和硬件资源有限的专业实验室，要开展一些涉及高压部分的实验，需要更多的资金和实验室老师去支持，但这些在短期内暂时无法解决。基于目前的现状，综合了目前常用的PSCAD/EMTDC、BPA、PSASP和Matlab/simulink等常见的电力系统仿真软件的功能和结构特点，将PSCAD仿真软件用于电力系统实习中。PSCAD仿真软件具有完整的元件库，可针对不同的大小交直流系统建模，丰富的可视化界面，可使复杂的电力系统进行可视化[1]。PSCAD还可以通过特殊的接口访问和使用与Matlab命令和工具箱功能的能力，与学生常用的Matlab/simulink可以相互联系起来[2]。

采用PSCAD仿真软件可以解决系统规模和复杂性限制、场地条件限制、绝对安全性和接触电力系统中的前沿技术等优点[3]，保证学生实习的质量，培养学生学习该课程的积极性，为了以后的学习和工作奠定良好的基础。

1PSCAD电力系统仿真分析软件

PSCAD的概念最初是在1988年被提出，针对Windows系统的PSCAD是在1999年才发布[4]。目前已成为世界上功能最强大和广泛使用的电力系统仿真软件。PSCAD包括绘图功能、仪表和控制，允许用户以图形化的方式建立电力系统电路，进行仿真后对结果进行分析，还可以使用户在仿真运行中改变参数，对仿真过程进行观测等。PSCAD具备电力系统中从简单无源元件和控制功能到更加复杂的电动机、柔性交流输电设备和输电线路等设备的模型，这些模型都是经过已经编程和测试的仿真模型。如果搭建的电力系统仿真模型中，没有所需的特殊模型，PSCAD可以提供给用户自建模型。

PSCAD设有主元件库，提供常用的模型有：（1）无源元件（Passive），包括电阻、电感、电容、固定/可变负载、电抗器和避雷器等；（2）电源（Source），包括电压源、电流源和光伏电源等；（3）仪表（Meters），包括频率/相位/有效值测量表、电压表和电流表等；（4）I/O设备（I/O_Devices），包括数据的导入和导出、其他软件接口和多重运行等；（5）变压器（Transformers），包括单相双/三绕组、三相双/三/四绕组和自耦变压器等；（6）断路器故障（Breakers_Faults），包括单/三相断路器及其定时控制逻辑、模拟单相和三相故障及其定时控制逻辑等；（7）输电线路电缆（Tlines_Cables），包括导纳/阻抗数据或导体/绝缘属性、地阻抗数据以及所有塔和导体的几何位置、电气接口元件等；（8）电动机（Machines），包括笼型感应电动机、绕线感应电动机、同步电动机以及励磁机、调速器、水轮机、汽轮机、风力机和内燃机等；（9）控制元件（ControlSystemsModelingFunctions），包括线性和非线性控制元件；（10）保护（Protection），包括保护信号的采集、监测和继电保护模型等；（11）其他元件（Miscellaneous），包括文件引用/读取、输入输出和节点等。

PSCAD仿真软件可以用来仿真模拟进行电力系统中元件参数及其物理含义、电力系统对称和不对称故障仿真、电力系统简单和复杂潮流计算以及有功和无功功率控制等，还可以将电力系统与电力电子结合起来，比如新能源发电技术的应用和电能质量（SVC、STATCOM）的应用等。学生通过自己搭建部分模型，可以亲自操作。

2电力系统仿真实例

电力系统实习主要是去发电厂、变电站等，这些单位出于安全的需要，不会让学生参与实际的操作，往往是只能看。以电力系统故障为例，学生到现场不能体验到故障发生和处理过程，像电力单位的一些工作多年的专业人员，碰到事故和处理事故时，也可能会不知所措。一些高校通过购买专业的物理模拟仿真系统，但这些花费很高、场地大，对于该校现有的资源不可能满足。所以，电力系统中的故障，