PSCAD简介

admin管理员组

文章数量:1565355

2024年7月19日发(作者：)

电力电子技术已逐渐成为一门至关重要的专业,

其专业课程教学也同样受到广泛关注。《电力电

子技术》是电气电气工程类学科的重要基础,该

课程的教学水平的不断提高对提高学生的实践

能力和奠定学生扎实的基础具有十分重要意

义。

电力电子技术是教学内容以电路为主线，

以波形与相位分析方法贯穿始终，是一门实践

性很强的应用技术，通过分析各类电力电子器

件的通断情况来理解整流、逆变典型电路的工

作原理，从而得出电路在不同负载作用下各点

的电流、电压波形。要想真正掌握这门课的理

论，必须通过实验来验证和分析。然而由于课

时及模拟实验装置资源的限制，学生不可能将

各种电路的实验结果都做验证，也不可能进行

更多综合的实验。但仿真软件PSCAD/EMTDC 提

供了这样一个平台，可以在这个平台上设计电

路，进行仿真实验

[1-3]

。

1、 PSCAD/EMTDC 仿真软件简介

PSCAD/EMTDC 是当前国际上普遍流行的

一种电磁暂态分析软件包，它主要用来研究电

力系统的暂态过程。该软件包也能适用于一般

电气电子线路以及可等价地用电路来描述系统

的仿真分析。该软件具有大规模的计算容量、

完整而准确的元件模型库、稳定高效的计算内

核、友好的界面和良好的开放性等特点。特别

是良好的图形用户界面使得用户可通过图形添

加的方式来解决一些复杂的电路功能，相对于

基于数学模型的Matlab 仿真软件而言，更易于

被人们接受。

PSCAD/ EMTDC 包括了电路、电力电子、电

机等电气工程学科中常用的元件模型，这些元

件模型主要分布在以下元件库中：

（1）无源元件库(Passive Elements)：集中参

数电阻R、电感L 、电容C; 随时间变化的电阻

R 、电感L 、电容C等；

（2）电源模块库(Sources Models)：各种电压

源、电流源和多相谐波源等

（3）变压器模块库(Transformer Models)：各

种单相、三相变压器；

（4）电机模块库(Machines)：电动机、发电机

等；

（5）测量仪器库(Meters)：单相电压表、电流

表、三相电压表( RMS) 、瞬时有功功率/ 无功

功率表、频率表及相位( 差) 表;

（6）输入、输出模块库(I/O Devices)：输入

的两状态开关，输出示波器等；

（7）高压直流输电和柔性交流传输模块(HVDC

＆ FACTS)：包括二极管、晶闸管、GT O、IGBT

及单相桥、三相桥等

（8）控制系统模型库(Control System

Modeling Functions)：包含91 种交/ 直流控

制、数字/ 模拟控制模型；

此外，PSCAD/EMTDC 还具有强大的自定义

功能，用户可以根据自己的需要创建具有特定

功能的电路模块

[3]

。

2、PSCAD应用在电力电子电路中

电力电子电路主要包括四大类：整流电路

（AC-DC变换），斩波电路（DC-DC变换），逆

变电路（DC-AC变换），交流电力控制及交交变

频电路（AC-AC变换）

[6]

。在实际教学中选择

了几种典型的电路作为仿真实例，详细讲解仿

真的建立过程，使学生掌握了PSCAD软件的使

用，同时加强了对专业知识的了解与掌握。本

文就以整流电路中的三相桥式全控整流电路和

斩波电路中的BUCK电路为例来说明仿真教学

过程。

2.1 三相桥式全控整流电路的

PSCAD/EMTDC 建模仿真

三相桥式全控整流电路适用于整流负载

容量较大，或要求直流电压脉动较小的场合，

它是整流电路中应用最广泛的电路，也是电力

电子技术课程中非常重要的一部分内容。三相

桥式全控整流电路包括三相交流电源、变压器、

三相整流桥、和负载四个部分组成。仿真电路

模型如图1所示。三相整流桥由6个晶闸管组

成，6个晶闸管依次相隔60°触发，将电源交

流电整流为直流电。应用PSCAD/EMTDC 环境强

大功能，对三相桥式全控整流电路进行建模仿

真，目的是观察不同触发角时的负载及晶闸管

的波形，研究器件的工作特性和电路的动态特

性。

三相电压源

变压器

整流桥

负

图1 三相桥式整流电路

图1中三相电压源（Three-Phase Voltage

Source Model）是从Sources Models 模块库中

选取的AC 电压源元件，它们构成频率为50Hz、

线电压为380V 的三相对称正弦电压源。变压器

（a）α=30º

（b）α=60º

（3 phase 2 winding Transformer）从变压

器库（TRANSFORMERS）

中选取。一次侧设为

三角形连接，二次侧设为Y形连接,二次侧的线

电压为100V，线电压最大值为144V。整流桥

（6-Pulse Bridge）从HVDC/FACTS/POWER

ELECTRONICS库中选取，它为集成在一起的三相

可控晶闸管整流桥，包含相位锁存振荡器、同

步6 脉冲发生器等。整流桥模块外部有5个输

入输出端。其中ComBus 为内部锁相的输入信

号，通过Node Loop获得电网电压的相位。AO

是触发角输入信号，通过Slider 改变的角度可

控制整流桥输出不同的波形。电阻R和电感L

组成整流桥的负载，从Passive Elements 模块

库中选取。Io为测量负载输出直流电流的测量

元件，Uo 为测量负载两端直流电压的测量元

件，U

vt2

则为测量晶闸管VT2 两端电压的测量

元件。在讲课时此电路的负载分两种情况，一

种是纯电阻的情况，R设为3Ω，L设为0，另

一种是阻感负载情况，R设为3Ω，电感设为

0.04H。本文只对负载为纯电阻的情况进行仿真

实验。

按上述模型建立仿真后，运行得到如图2的

仿真结果。图2给出了纯电阻负载,触发角分别

为30º、60º、90º的输出电压、电流和晶闸管

VT2端电压的波形，从波形可以看出，此电路实

现了将交流电压转换成直流电压的功能，并且

随着触发角的增大，输出电压与电流减小。当

触发角为60º时，是负载波形连续与断续的临界

状态。这些都验证了电力电子技术课程中的结

论。

本文标签： 电路负载三相学生电压