【文章內(nèi)容簡介】 atile Tool）工具。PSCAD（Power System Computer Aided Design）是EMTDC的前處理程序，用戶在面板上可以構造電氣連接圖，輸入各元件的參數(shù)值，運行時則通過FORTRAN編譯器進行編譯、連接，運行的結果可以隨著程序運行的進度在PLOT中實時生成曲線，以檢驗運算結果是否合理，并能與MATLAB接口。EMTDC/PSCAD主要功能是進行電力系統(tǒng)時域和頻域計算仿真，典型應用是計算電力系統(tǒng)遭受擾動或參數(shù)變化時，電參數(shù)隨時間變化的規(guī)律；另外EMTDC/PSCAD還可以廣泛的應用于高壓直流輸電、FACTS控制器的設計、電力系統(tǒng)諧波分析及其電力電子仿真。軟件還可以作為實時數(shù)字仿真器（Real Time Digital Simulator，RTDS）的前置端(Front End)。此外，EMTDC/PSCAD還具有強大的自定義功能，用戶可以根據(jù)自己的需要創(chuàng)建具有特定功能的裝置。實時回放系統(tǒng)（RTP）是基于EMTDC/PSCAD軟件的測試系統(tǒng)，它可以結合EMTDC/PSCAD計算產(chǎn)生的結果（信號）來測試繼電保護系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)。 PSCAD/EMTDC在時間域描述和求解完整的電力系統(tǒng)及其控制的微分方程(包括電磁和機電兩個系統(tǒng))。這一類的模擬工具不同于潮流和暫態(tài)視定的模擬工具。后者是用穩(wěn)態(tài)解去描述電路(即電磁過程)。但是在解電機的機械動態(tài)(即轉動慣量)微分方程。PSCAD/EMTDC的結果是作為時間的即時值被求解。但通過內(nèi)置的轉換器和測量功能(象實有效值表計，或者快速傅里葉變換頻譜分析等)。這些結果能被轉換為矢量的幅值和相角。 實際系統(tǒng)的測量能夠通過很多途徑來完成。由于潮流和穩(wěn)定的程序是通過穩(wěn)定方程來代表，它們只能基頻段幅值和相位。因此PSCAD的模擬結果能夠產(chǎn)生電力系統(tǒng)所有頻率的相應，限制僅在于用戶自己選擇的時間步長。這種時間步長可以在毫秒到秒之間變化。典型的研究包括：研究電力系統(tǒng)中由于故障或開關操作引起的過電壓。它也能模擬變壓器的非線性(即飽和)這一決定性因素。多運行工具(Multiple run facilities)經(jīng)常用來進行數(shù)以百計的模擬從而在下列不同情況下發(fā)生故障時最壞的情況。故障發(fā)生在波形的不同位置，故障的類型不同，故障點不同。 在電力系統(tǒng)中找出由于雷擊發(fā)生的過電壓。這種模擬必須用非常小的時間步長來進行 (毫微秒級)。研究電力系統(tǒng)由于SVC，高壓直流接入，STATCOM，機械驅動(事實上任何電力電子裝置)所引起的諧波。這里需要詳細的可控硅，GTO，IGBT，二極管等的模型以及相關的控制系統(tǒng)模型(模擬量的和數(shù)字量的二種類型)。 對給定的擾動，找出避雷中最大能量。 調整和設計控制系統(tǒng)以達到最好的性能；多重運行工具常被用來同時自動調整增益和時間常數(shù)。 當一個大型渦輪發(fā)電機系統(tǒng)與串聯(lián)補償?shù)木€路或電力電子設備互相作用時，研究次同步諧振的影響。 STATCOM或電壓源轉換器的建模，(以及它們相關控制的詳細建模)。 研究SVC HVDC和其它非線性設備之間的相互作用； 研究在諧波諧振，控制，交互作用等引起的不穩(wěn)定性； 研究柴油機和風力發(fā)電機對電力網(wǎng)的沖擊影響； 絕緣配合；各種類型可變速裝置的研究，包括雙向離子變頻器，運輸和船舶裝置； 工業(yè)系統(tǒng)的研究，包括補償控制，驅動，電爐，濾波器等； 對孤立負荷的供電[9]?，F(xiàn)在新版的EMTDC/PSCAD不但有工作站版（Workstation），而且有微機版（PC版），其大規(guī)模的計算容量、完整而準確的元件模型庫、穩(wěn)定高效率的計算內(nèi)核、友好的界面和良好的開放性等特點，已經(jīng)被世界各國的科研機構、大學和電氣工程師所廣泛采用。我國清華大學、浙江大學、中國電力科學研究院和南京自動化研究所等都相繼引進了EMTDC/PSCAD、RTP和RTDS。MATLAB雖然使用很方便，但所得出的仿真結論在行業(yè)內(nèi)的認可程度很低。而EMTDC/PSCAD因擁有完整全面的元件庫，穩(wěn)定的計算流程，友好的圖形界面，使它在全世界得到了廣泛的應用。在我國國內(nèi)，電磁暫態(tài)程序中用的最多的也是PSCAD[10]。 短路故障仿真接線圖下面分別是不同情況下仿真的電壓、電流波形及對其的簡要分析。(1)電壓波形（仿真位置依次為faultfaultfaultfaultfault5）(2)電流波形（仿真位置依次為faultfaultfaultfaultfault5）分析1：隨著輸電線路的延伸，離電源越遠處，所測電壓越低；隨著輸電線路的延伸，離電源越遠處，所測電流越大，理論依據(jù)是功率守衡。(1)電壓波形（仿真位置依次為faultfaultfaultfaultfault5）(2)電流波形（仿真位置依次為faultfaultfaultfaultfault5）分析2：單相接地短路瞬間出現(xiàn)過電壓的原因是，零序阻抗大于正序阻抗，當零序阻抗趨于無窮大時，即相當于中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時，中性點電位升至相電壓，而非故障相電壓升至線電壓。線路出現(xiàn)過電流的原因是，故障相的電流，所以會出現(xiàn)過電流。 兩相短路接地的仿真分析(1)電壓波形（仿真位置依次為faultfaultfaultfaultfault5）(2)電流波形（仿真位置依次為faultfaultfaultfaultfault5）分析3：兩相短路接地故障相電壓為零，故障相電流隨著故障點離電源的距離的增加，其值也逐漸增大。 兩相短路的仿真分析(1)電壓波形（仿真位置依次為faultfaultfaultfaultfault5）(2)電流波形（仿真位置依次為faultfaultfaultfaultfault5）分析4：兩相短路時故障相電壓幅值降低一半，非故障相電壓不變。故障相電流互差，其幅值為三相短路電流的倍，并且故障電流的振蕩頻率隨著故障點離電源距離的增加而增大，這將對周圍通信設備造成電磁干擾。(1)電壓波形（仿真位置依次為faultfaultfaultfaultfault5） 三相短路電壓波形圖(2)電流波形（仿真位置依次為faultfaultfaultfaultfault5）分析5：三相短路時，短路電壓全部降為零，短路電流較正常電流增加58倍，并且故障電流的振蕩頻率也很大。(1)電壓波形（仿真位置依次為faultfaultfaultfaultfault5）(2)電流波形（仿真位置依次為faultfaultfaultfaultfault5）分析6：同“分析1”。(1)電壓波形（仿真位置依次為BRKBRKBRK3）(2)電流波形（仿真位置依次為BRKBRKBRK3）分析7：一相斷線故障中，非故障相電壓不變，所測故障相電壓為斷口處電壓；故障相電流為零。(1)電壓波形（仿真位置依次為BRKBRKBRK3）(2)電流波形（仿真位置依次為BRKBRKBRK3）分析8：兩相斷線故障中，非故障相電壓較正常時稍有降低；。分析1分析8對線路故障時的電流、電壓波形分別進行了分析，現(xiàn)列表對故障恢復時仿真結果進行綜合分析，輸電線路短路故障恢復時輸電線路都會出現(xiàn)過電壓、過電流，并且當故障發(fā)生在線路中間、故障類型為“B、C相短路”時，故障恢復時的過電壓值為最大；同樣當故障發(fā)生在線路中間、故障類型為“B、C相接地短路”時，故障恢復時的過電流值為所有過電流中的最大值。 故障類型過電壓UMAX正常U位置1過電壓IMAX正常I位置2A相接地短路fault 1fault 1B、C相接地短路fault 3fault 3B、C相短路fault 3fault 4A、B、C三相短路fault 1fault 1第四章 電力線路相關繼電保護的介紹電力線路故障仿真分析結果可以為繼電保護參數(shù)設置提供參考和依據(jù)，本章主要介紹和國家電網(wǎng)公司750kV輸變電示范工程輸電線路相關的繼電保護方式。 為了完成上述第一個任務，繼電保護裝置必須具有正確區(qū)分被保護元件是處于正常運行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，是保護區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的功能。保護裝置要實現(xiàn)這一功能，需要根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎來構成。電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：(1) 電流增大。 短路時故障點與電源之間的電氣設備和輸電線路上的電流將由負荷電流增大至大大超過負荷電流。(2) 電壓降低。當發(fā)生相間短路和接地短路故障時，系統(tǒng)各點的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點，電壓越低。(3) 電流與電壓之間的相位角改變。正常運行時電流與電壓間的相位角是負荷的功率因數(shù)角，三相短路時，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相位角則是略大于180176。(4) 測量阻抗發(fā)生變化。測量阻抗即測量點(保護安裝處)電壓與電流之比值。正常運行時，測量阻抗為負荷阻抗；金屬性短路時，測量阻抗轉變?yōu)榫€路阻抗，故障后測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。不對稱短路時，出現(xiàn)相序分量，如兩相及單相接地短路時，出現(xiàn)負序電流和負序電壓分量；單相接地時，出現(xiàn)負序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運行時是不出現(xiàn)的。利用短路故障時電氣量的變化，便可構成各種原理的繼電保護。例如，① 據(jù)短路故障時電流的增大，可構成過電流保護； ② 據(jù)短路故障時電壓的降低，可構成電壓保護；③ 據(jù)短路故障時電流與電壓之間相角的變化，可構成功率方向保護；④ 據(jù)電壓與電流比值的變化，可構成距離保護；⑤ 據(jù)故障時被保護元件兩端電流相位和大小的變化(正常時輸入等于輸出)，可構成差動保護；⑥ 據(jù)不對稱短路故障時出現(xiàn)的電流﹑電壓的相序分量，可構成零序電流保護、負序電流保護和負序功率方向保護；⑦ 高頻保護則是利用高頻通道來傳遞線路兩端電流相位﹑大小和短路功率方向信號的一種保護。此外，除了上述反應工頻電氣量的保護外，還有反應非工頻電氣量的保護，如超高壓輸電線路的行波保護﹑電力變壓