PSCAD之LV3，電源，斷路器，故障詳解

寫在最前面的，當然是提綱挈領的廢話。凡是商品都有目標人群，文章也該如此，一篇文章寫了什麼，是寫給誰看的，看完之後會起到什麼作用，應該是作者在一開始就簡明扼要的提出的，否則讀者讀了文章發現毫無用處，作者挨罵，讀者無獲，皆不歡喜。

在這篇文章中我們將在上次實驗我們建立起來的電力網路中加入斷路器和故障，並且詳細介紹電源的兩種使用模式。

如果你把這篇文章看做一個副本，那麼打副本前你需要的準備有：

• 一個激活過pscad的計算機
• LV2
• 一顆想要學習pscad的心

打完副本後你將獲得：

• 電源的使用經驗
• 斷路器的使用經驗
• 故障的使用經驗
• LV3

在第三個副本中，有5個小boss，它們分別是：

1. 設置電源相應參數
2. 添加斷路器並重命名，設置斷路器相應參數
3. 添加斷路器邏輯元件
4. 添加故障並重命名，設置斷路器相應參數
5. 添加故障邏輯元件

1.設置電源相應參數

pscad主元件庫同時包含了電壓源和電流源模型。它們可以用作一次網路的電源、等效發電機或負載、大型電氣網路的戴維南或諾頓等效電源。特別的，pscad提供了三種三相等效戴維南電壓源模型，兩種三相等效戴維南電壓源模型。圖1.1展示了兩種不同的單相電壓源。

3號電源為master library中的單相電壓源1（single phase voltage source model 1）。該元件模擬帶有阻抗的單相交流或直流電壓源，但不具有調整網路中遠方位置母線電壓的功能（即無auto source control）。

1，2號電源為為master library中的單相電壓源2（single phase voltage source model 2）。該元件模擬單相交流或直流電壓源，其阻抗可設置為理想（即無窮大母線），其參數可由可變的外部信號控制，也可由內部參數控制。

總結：簡要來說，1是受控源，2是無窮大電網或者理想電源（無阻抗），3是發電機（一定含有阻抗）。

電源參數意義可以參見PSCAD之LV1，如何快速搭建電力網路中的《4.設定元件參數》

本文重點講解電源菜單第1頁「Configuration」－配置，中的專門參數（specified parameters）：

• 「Behindt the Source impendance」：在電源阻抗之後, － 當僅僅知道電勢E和相位角，才選擇該項。
• 「At the Terminal」(在終端) － 如果穩態潮流的最終數據（電壓或有功、無功）已知，則選擇該項。

我們先選中Behindt， the Source impendance」，此時其性質相當於無窮大電網，電源電壓、頻率不變，設置為10kV（有效值），50Hz，且注意到終端功率不可選，如圖1.2所示。

我們看到，電壓峰值為14.1kV，所以測量點電壓峰值為7kV，電流為140A，計算得功率為P=U*I=5kV*0.1kA=0.5MW

選中「At the Terminal」(在終端) ，此時終端功率可選，設定為1WM，如圖1.3所示。但注意到該網路功率按照電壓電流計算應為0.5MW，所以設定了一組矛盾的參數後電壓、電流、功率均略微偏離設定值，但是偏離得都不多。

2.添加斷路器並重命名，設置斷路器相應參數

開關（斷路器）從master庫到Breakers單元中選取，庫中有：單相、三相開關，三相開關有單線和三線連接方式，如下圖2.1。對於小方塊表示的開關，運行時紅色（工程中稱為高開關）實際為閉合，綠色（工程中稱為低開關）為斷開。開關必須與一個Logic模塊（邏輯元件）配合使用，即：需將 「BRK」和「BRK－Time Breaker Logic」都複製到工程中去。

在工程中雙擊開關圖形，可以看到如圖2.2所示的菜單式對話窗口：

菜單一共有5頁，分別是：

• configuration：主要參數配置，在後文詳細講解
• Breaker Main Data: 斷路器斷開和閉合時的電阻，可使用默認值
• Pre-Insertion Data
• Internal Outputs
• Animation States

configuration如圖2.2所示，可設置的參數有：

• 「Breker Name」: 設置開關的名稱。
• 「Open possible at any current」項中選擇yes，表示在任何時間可斷開的理想開關；選擇no，開關在電流過零才是關斷。
• 「Use Pre-insertion Resistance 」－應用開關合閘插入電阻，一般選擇N0。
• 「Graphics Display」－開關符號顯示形式：「Low Voltage」顯示線條式開關，「High Voltage」 顯示方塊式開關，閉合時方塊式為紅色，打開為綠色。
• current chopping Limit ( k A ) ：如果 「Open possible at any current」 為 NO ，則斷路器僅能在電流絕對值小於此設置值時斷開。

3.添加斷路器邏輯元件

在同一個模型中，可以使用多個開關/斷路器，這些開關/斷路器由不同的開關控制邏輯單元進行控制，為了實現控制，需要將開關設置為不同的名字，同時，控制邏輯的名字也要與開關一一對應，如果對應不正確，則模擬就會出錯，如圖3.1所示。

Logic模塊的作用是按照設定的時間控制開關動作。在模型中點擊Logic模塊，就能夠對開關動作時間進行設置，如下圖3.2所示：

開關可以設置動作一次或兩次，上圖表示：BRK動作次數2次，t = 0時初始狀態為close，t = 1s時刻動作（close-open），t = 1.05s 時刻再次動作（open-close）。一般情況，開關動作時間最好不要設置到大於整個模型模擬的時間以外。

在圖3.3所示模擬結果中，波形顯示了二階電路突然斷開和接入正弦交流電源時觀測的電壓電流振蕩波形。

注 意：如果要開斷電流源，必須要保持電流源自己的迴路，因為電流源永遠有電流流出，圖3.4中左邊就斷不開；如右圖給電流源並聯一個數十k的大電阻（電阻值應不影響開關閉合後的電流大小），才能夠斷開。

4.添加故障並重命名，設置斷路器相應參數

Breakers_Faults 庫中故障模型有圖 4.1 所示三種。其中（b）只能接於以單相模式顯示

的電氣連接圖中；三相顯示的視圖，可以接（a），也可以在每一相上都接一個（c）。

雙擊 Fault 塊出現圖 4.2對話框，在下拉框中有5頁菜單，分別是：

• configuration
• fault resistance（故障電阻）
• fault type（故障類型）
• fault current names（故障電流名稱）
• animation（動畫）

在configuration設置中，Fault Type Control 是選擇故障類型控制，Internal 表示可以在故障類型設置選項下自己設置故障類型，External 表示從外部輸入控制量控制故障類型。

5.添加故障邏輯元件

在同一個模型中，可以使用多個故障，這些故障由不同的邏輯單元進行控制，為了實現控制，需要將故障設置為不同的名字，同時，控制邏輯的名字也要與開關一一對應，如果對應不正確，則模擬就會出錯。

和斷路器一樣，Logic模塊的作用是按照設定的時間控制故障動作。在模型中點擊Logic模塊，就能夠對故障動作時間進行設置，如下圖5.1所示，圖中表示 1s 時發生故障，故障持續 0.05s。

總結

如果你點擊模擬按鈕，彈出警告或error，那說明你的電路連接有誤或者有斷點或者有其他問題，需要按照教程重新檢查電路；如果你點擊模擬按鈕，按照教程調整示波器後顯示出了如圖3.3波形，那麼恭喜你，已經成功打倒boss，升到LV3了！

為了方便閱讀，筆者特將該系列文章的目錄復於下方。

李雲浩：PSCAD快速入門總覽?

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