PSCAD中的控制系统模块.docx
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PSCAD中的控制系统模块
PSCAD中的控制系统模块
1.Gain(增益)
增益组件把输入信号与指定的因子相乘。
可以输入一个变量名代替此因子所填的数字。
2.DifferentialLagorForgettingFunction(微分延迟或遗忘函数)
微分延迟组件用作一阶高通滤波器,有时也叫做冲蚀函数、改变函数、或者遗忘函数。
输出可以随之置为用户指定的值。
对此函数的解法如下,基于时间常数T的值。
如果T=0,则有:
输出为:
这里:
=输出信号;
=输入信号;
=增益因子(可为变量)
T=时间常数;
=时间步长。
3.DelayFunction(延迟函数)
延迟函数模拟了拉氏表达式
,这里T是延迟的时间,s是拉氏算子。
输入信号置于队列中,随着时间的推进,信号值移入队列尾部并放置到输出line上。
如果延迟时间大得超过了时间步长
,则队列可能会变得过于庞大。
为了避免出现这样的情况,采用了抽样的方法。
在指定的延迟时间中对输入值采样N次,只将采样值置于队列中。
另外,在满足减少存储空间的前提下,同时还必须保证采样的数量对于保持延迟信号的精度来说是足够的。
由于输出的阶梯特性,需要引入一个额外的大为为时延/(2*N)的延迟。
用以补偿内部轻微减少延迟时间的效应。
如果需要的话,可以采用一截延迟环节来对延迟环节的输出进行滤波,以平滑抽样所造成的阶梯效应。
4.Square(平方)
本组件将输入信号与其自身相乘。
5.SquareRoot(平方根)
本组件计算输入的算术平方根。
每个正数都有两个平方根,一个为正一个为负,算术平方根定义为正的那个平方根的值。
在实数域中,平方根对负数都没有定义,因此要求输入必须为正。
本组件负的输入时输出为零。
6.AbsoluteValue(绝对值)
本组件给出输入信号的绝对值。
7.TrigonometricFunctions(三角函数)
Standardtrigonometricfunctions.
本组件实现标准的三角函数功能。
Tan函数在
时奇异,因此应避免输入这些值。
而ArcSin和ArcCos要求输入的值域范围为[-1.0,+1.0],需避免超出此值域。
8.ImpulseGenerator(脉冲发生器)
脉冲发生器用来确定线性控制系统的频率响应。
其可以产生指定频率的脉冲序列。
在对控制系统进行分析之前,为了使得暂态响应逐渐变弱,需要使用一些脉冲通过控制系统。
当然频率可以置零,仅发送一个脉冲给控制系统,即可以观测到频率响应。
如果使用插值法,此组件在每生成一个脉冲的同时也生成了插值信息。
对应于脉冲的准确时间的插值时间非零,以保证脉冲无论何时都不会落在时间步长坐标上。
这就有效的祛除了组件对设备步长的依赖性,即使时间步长增加也能保持精度。
9.GenericTransferFunction(通用传递函数)
此传递函数由三段直线组成,有两个交点(LI,LO)和(UI,UO),是一分段连续函数。
如果所需多于三段直线的话,可以采用XYTransferFunction组件
10.LimitingFunction(限制函数)
限制函数或“硬性限制器”在输入信号落入其最高和最低限值之内时输出输入信号。
如果信号超出了限值,输出值就停留在限值上。
11.Non-LinearGain(非线性增益)
非线性增益组件用以强化或弱化大的信号波动。
当输入信号在一指定的区域中时,采用“低增益”。
如果输入信号离开这一区域,则给以“高增益”。
此传递函数是连续的,因此信号在从一个增益变为另一个增益时,不会出现跳变。
12.SingleInputComparator(单输入比较器)
本组件输出两个值,取决于输入信号是高于还是低于输入的门槛值。
如果允许插值兼容性的话,则可输出由器件生成的插值信息(即输入信号刚好过门槛值的确切时间点)。
运用了插值后,本组件甚至在较大的时间步长时仍能保持精度。
13.DownRampTransferFunction(下降斜坡函数)
本组件随着输入信号的增大将其输出依据斜坡规律从指定值降到零。
斜坡开始点和终点需指定。
14.RateLimitingFunction(比率限制函数)
比例限制器在输入信号的变化率不超过指定的限值时,输出输入信号。
如果变化的比率超出了限值,则输出将超前或落后于输入,以确保变化的比率在限定的范围内。
15.UpRampTransferFunction(上升斜坡函数)
本组件随着输入信号的增大将其输出按斜坡规律从0增加到指定的值。
开始爬坡和结束爬坡的输入点需提前指定。
16.SignalGenerator(信号发生器)
信号发生器可以输出三角波或者方波。
占空周期可以改变以调整输出波的形状。
在生成方波时若采用了插值法,当输出变化时,组件将会把生成插值信息输出。
这些例程中,插值时间表示了精确的信号变化时间。
采用插值法时组件能在使用很大的时间步长时保持精度。
17.EdgeDetector(边缘检测器)
本组件将当前输入与前一步长的输入进行比较,输出结果就取决于当前输入是高于、等于或者低于前一步长的输入。
如果输入在步长内发生了变化,组件就成了边缘检测器。
如果输入是连续的话,则组件就成了斜率探测器。
注意的是,输出结果是通过填写选项卡提前指定的。
18.LogarithmicFunctions(对数函数)
本组件是标准的对数函数。
输出输入信号的对数。
或者以10为底数,或者以自然对数e为底数。
19.ExponentialFunctions(指数函数)
此组件输出输入信号的指数,底数为10或者e。
20.2ndOrderComplexPolewithGain(二阶带增益的复极点)
本组件有9种二阶滤波器形式:
1.低通;
2.中通;
3.高通;
4.高阻;
5.中阻;
6.低阻;
7.高阻;
8.中阻;
9.低阻。
低于特性频率的定义为低频,在特性频率附近的定义为中频,高于的定义为高频。
函数7型、8型和9型除了需要对通过频率的上半部分有180°的相移,它们分别与4、5和6相似。
滤波器的类型由输入参数“FunctionCode”所决定,它的下列菜单有1到9可供选择。
21.Timer(定时器)
如果输入信号F低于定时器的触发门槛值。
一段延时后,定时器的输出等于ON的值。
此值会输出“DurationON”秒。
此后,输出依然保持ON的值,只要输入F低于定时器的触发门槛值。
若输入F高于定时器的触发门槛值,则输出Off的值。
22.RangeComparator(范围比较器)
本组件能确定输入信号位于三个区域中的哪个,然后输出与此区域对应的值。
这三个区域是通过定义下限和上限来确定下来的。
第一区域低于限值,第二个区域位于两个限值之间(包括限值点),第三个区域高于上限值。
如果第一区域和第三区域生成的值相同,则此组件就成了带宽探测器,其输入若在两个限值之间输出一个值,输入在限值之外输出另一个值。
23.SurgeGenerator(浪涌发生器)
本组件生成一个浪涌波形。
波形由四个输入参数确定,分别是“startoftheupslope”、“endoftheupslope”、“startofthedownslope”和“endofthedownslope”。
在“startoftheupslope”之前输出为0,在“endoftheupslope”和“startofthedownslope”之间输出峰值。
24.TwoInputComparator(两输入比较器)
本组件比较两个输入。
如果其中一个信号与另一个相交,则输出一个脉冲,如果一个信号高于另一个,则输出一个水平输出,具体输出什么取决于指定的输出类型。
如果应用了插值法,则本组件会生成插值信息(即两个信号相交的确切时间)并输出。
此时,本组件对较大的时间步长仍能保持精度。
25.PIController(PI控制器)
本组件实现了比例积分的功能(即输出是输入信号比例和积分增益的和)。
积分功能的时域计算采用的是梯形或矩形积分。
在选择了“IntegrationMethod|Rectangular”之后,可能会使用插值法。
若使用了插值法,则对指定的时间步长计算积分时,会将插值时间和信号极性都考虑在内。
26.Integrator(积分器)
本组件是无饱和限值可重置的积分器。
它是控制系统功能的基本构成模块之一,可以使用梯形或者矩形积分方法来求解。
通过在输入“Clear”处填入一个非零整数,可将积分器的输出置为定义的非零整数值。
如果时间常数的绝对值小于10-20,则将其定义为默认值1.0。
如果选择了“IntegrationMethod|Rectangular”,则可能用到插值法。
若使用了插值法,则对指定的时间步长计算积分时,会将插值时间和信号极性都考虑在内。
另外,当组件的“Clear”有输入时,也可能用到插值法。
如果是这样的话,将使用插值信息确定重置的具体时间点,然后计算重置之后的下一时间步长的确切输出值。
27.AM/FM/PMFunction(幅值、频率和相位调制功能)
本组件有三个输入:
频率(Freq)、相位(Phase)和幅值(Mag)。
Freq与时间结合,然后规格化为-2π到+2π之间的某值。
Phase与之相加,其和作为Sine或Cosine函数的自变量。
最终的结果乘以Mag,最后予以输出。
如果频率和相位为常数,则输出就是输入Mag的幅值调制。
如果相位和幅值为常数,则输出就是输入Freq的频率调制。
如果频率和幅值是常数,则输出就是输入Phase的相位调制。
控制全部三个输入的实际例子就是电源模型。
幅值信号用以加速电源的启动;频率信号可以调整得紧跟系统频率的变化;而幅值信号可以用来控制电源发出的功率大小。
本组件还可以作为正弦波发生器单独使用。
28.Counter(计数器)
本组件在收到正的输入时,可以改变自身的状态至相邻的更高状态。
当输入负值时,它改变自身状态到相邻的较低状态。
通常增加或减小的输出为1。
如果计数器在它的最高(最低)限制上,若再收到上调(下调)信号,可能会出现两种情况。
第一,计数器忽略这一请求,什么也不做,对应于选择“LimitType|Sticky”。
第二,计数器改变它的输出到最低(最高)限制,对应于选择“LimitType|Circular”。
还有一个选择就是将计数器重置到它的初始状态。
29.Divider(除法器)
除法器用来将两个信号相除。
为了避免分母为零,分母的内部限制为大于1.0-10,或小于-1.0-10。
30.Summing/DifferenceJunction(和/差连接点)
本组件允许电路设计者将几个信号进行线性合并。
连接点的上限输入7路信号。
每一路输入可以是加到总和上,也可以是从中减去。
31.Multiplier(乘法器)
本组件用于将两路信号相乘。
32.Maximum/MinimumFunctions(求最大/最小)
本组件允许电路设计者从几路输入信号中选择最大或最小值。
最多可以输入7路信号。
33.TwoInputSelector(两输入选择器)
本组件的输出或为A路,或为B路,取决于Ctrl的值。
34.On-LineFrequencyScanner(FFT)(在线频率扫描仪FFT分析)
本组件是一个在线快速傅立叶转换器,可以确定作为时间函数的输入信号的谐波幅值和相位。
在输入信号被分解成各个谐波分量之前要先进行采样。
可以选择使用1、2或3路输入。
当选择3路输入时,组件可以提供序组件形式的输出。
用户可以选择以下FFT模块类型:
●1-phase:
标准的一相FFT。
输入经处理后将提供基频的幅值和相角以及它的谐波(包括直流分量);
●2-phase:
与单一模块的1-phaseFFT没有差别,保持了结构的紧凑性和组织性;
●3-phase:
与上类似,仅仅是将三个1-phaseFFTs合并到一个模块中;
●+/-/0Seq:
将采用三相输入:
XA、XB和XC,通过定序器计算FFT的原始输出,计算后的结果有基频分量的正序、负序和零序的幅值和相位,以及各次谐波。
还输出每相的直流分量。
序分析组件基于以下转换方程:
注意:
本组件处理的是工频信号(典型的是50Hz或60Hz),不能用来处理高频信号。
35.InterpolatingSampler(插值采样器)
本组件对输入的连续信号进行离散采样,并保持输出在采样结果上直至下一个采样点。
采样由指定的采样频率触发(或输入脉冲序列触发)。
对于外来脉冲所触发的采样,为了便于进行插值或非插值的采样需要有第二个脉冲输入。
对于非插值脉冲,输入是标量,而对于插值脉冲,输入是一个两元素的数组。
36.XORPhaseDifference(异或相位差)
本组件计算两个时变的输入信号A和B的异或相位差。
当两个输入符号相反时,它将有一个非零输出。
输出的符号取决于相位超前的输入。
信号的平均值为两个输入信号之间的相位差。
为了使得结果有意义,输出必须是在-1到+1之间平滑地变化。
结果乘以180°就是角度输出,乘以π就是弧度输出。
37.VoltageControlledOscillator(电压控制振荡器)
本组件生成了一个斜坡输出th,它的变化率在任何时候都正比于输入Vc的幅值。
输出斜坡限制在(-2π,2π),一旦结果达到2π(或-2π),就将它重置为0.0。
常数输入信号1.0的输出:
用时1s从0.0变化至2π。
输出cos(th)和sin(th)基于th值分别输出cosine和sine函数值。
38.Three-PhasePI-ControlledPhaseLockedLoop(三相PI控制的锁相环)
本组件生成一个从0°变化到360°的斜坡信号theta,相位上与输入电压Va同步或锁相。
当输出数量为1时,输出的是Va的相位,当输出数量为6时,theta的第一个元素为Va的相位,第二个元素代表的相位与第一个相差60°;当输出数量选择为12时,两个相邻元素见就差30°。
锁相环节的作用,将正弦电压信号转换为一斜坡信号(0°~360°),两者信号对应点的相位相同,从而就得到了电压信号的实时相位信息。
使用相量技术生成斜坡输出。
此技术揭示了三角函数乘法的特征,可以用来形成一个误差信号以加速或减速锁相振荡器,从而匹配输入信号的相位。
相位误差信号转换成“度”后作为输出变量。
输入信号的频率作为内部变量,变量名填入“NameforTrackedFrequency”
39.VariableFrequencySawtoothGenerator(变频锯齿波发生器)
本组件生成一个锯齿波,其频率可以与输入频率信号的幅值成比例的变化。
40.HarmonicDistortionCalculator(谐波畸变计算器)
本组件根据下式计算输入信号全部谐波或单个谐波的畸变程度。
这里N由输入参数“NumberofHarmonics”所给定。
本组件可以用来对组件“On-LineFrequencyScanner(FFT)”进行优化设计。
41.NthOrderTransferFunction(第N阶传递函数)
本组件模拟了一个高阶传递函数。
解法基于状态变量。
输入组件的是传递函数的系数和状态变量的初始值。
求解可以采用简化的或非简化的梯形法。
42.NthOrderButterworth/ChebyshevFilter(第N阶Butterworth/Chebyshev滤波器)
本组件是一个变带宽(最多10阶)的Butterworth/Chebyshev滤波器。
它模拟了标注的低通、带通、高通和带阻Butterworth/Chebyshev滤波器。
43.XYCharacteristics(XY特性)
本组件实质上是一个分段线性化查找表,XY的坐标点可以指定。
它可以有不同的用途包括指定设备特性、作为传递函数或者作为信号发生器等等。
44.BinaryONDelay(二元条件延迟)
它是一标准的二元条件延迟组件。
若输入变高,在经过用户指定的时间后,若输入还保持高位的话,则输出就变高。
也可用到“TimedON/OFFLogicTransition”组件。
如果应用插值法,则组件会将插值信息(即确切的过零点)予以输出。
45.SequentialOutput(序列化输出)
本组件生成一个序列输出。
它由指定点开始,然后按指定的时间间隔和输入的整数变化量递增输出。
46.RandomNumberGenerator(随机数发生器)
本组件生成指定最大和最小范围内的随机数。
47.MonostableMultivibrator(单稳态多频振荡器)
本组件是一个二元逻辑、边缘触发的单稳态多频振荡器。
在打开后,输入的正边缘将导致输出走高,并维持高位一段设定的时间(脉冲持续时间)。
如果在设定的时间结束前,输入再次走高,则再次触发单稳态,并且在新高的正边缘之后维持高位一段设定的时间。
如果使用了插值法,则组件生成插值信息并输出。
输出的插值时间基于输入的插值时间、用户输入的延迟和仿真的时间步长。
当采用了完全插值时,本组件即使在很大的时间步长下也能保持很高的精度。
48.ZeroCrossingDetector(过零点检测器)
当输入过零时,本组件进行检测,并确定是正过零还是负过零。
具有正的一阶导数的输入过零点生成一个时间步长的“1”输出。
具有负的一阶导数的输入过零点生成一个时间步长的“-1”输出。
其它时间输出为0。
如果使用了插值法,组件就生成插值信息(即确切的过零点时间)并予以输出。
49.TimedON/OFFLogicTransition(定时开/关逻辑转换)
本组件罗列了一个转换时间表。
用户可以指定导通延迟时间和关断延迟时间。
在导通延迟时间之前即使输入走低,延迟的输出在指定的延迟时间后也将重现。
本组件模拟了一个标准的二元延迟定时器(即在输出走高之前它必须满足输入走高,并维持了指定的延迟时间才行)。
如果使用了插值法,组件就生成插值信息(即确切的过零点时间)并予以输出。
输出的插值时间基于输入的插值时间、用户输入的延迟和仿真的时间步长。
当采用了完全插值时,本组件即使在很大的时间步长下也能保持很高的精度。
50.Non-LinearTransferCharacteristic(非线性转移特性)
本组件通过直线分段逼近模拟了非线性转移特性。
X轴的参数从X1增加XN。
这两点之间的输出由两点之间的插值所决定。
小于X1或大于XN的输出,由临近这两点的直线的延长线所确定。
51.2ndOrderTransferFunctions(二阶传递函数)
本组件可以实现以下6种二阶传递函数:
1.高通;
2.中通;
3.低通;
4.低阻;
5.中阻;
6.高阻。
低于特性频率的定义为低频,在特性频率附近的定义为中频,高于的定义为高频。
根据用户选择的通过频率指定不同的传递函数。
52.abctodq0Transformation(abc到dq0的转换)
本组件实现了三相abc到dq0的转换,或者反之的转换,所依据的是以下公式:
abc转换为dq0:
dq0转换为abc:
53.SampleandHold(采样保持器)
本模块的运算相当直接。
当hold为0时,输入in直接输出。
当hold为1时,输出保持在它的上一个输出状态上。
当有2个hold输入时,两个信号都必须为1才能使得输出保持。
54.ArrayProduct(数组中所有元素的乘积)
本组件将所有输入数组元素的联合乘积予以输出,输出结果是标量。
公式如下:
这里,n是输入数据信号数组的维数。
需要注意的是,组件输入假定其数据信号的维数为与输入相联的数组的维数。
55.ArraySum(数组中所有元素的和)
本组件将所有输入数组的元素之和予以输出,输出结果是标量。
公式如下:
这里,n是输入数据信号数组的维数。
需要注意的是,组件输入假定其数据信号的维数为与输入相联的数组的维数。
56.AngleResolver(角度转换)
本组件将输入信号由度转换为弧度,或者由弧度转换为度。
输出范围可以选择[0,2π]或者[-π,+π]。
57.Polar/RectangularCoordinateConverter(极坐标/直角坐标转换器)
本组件将Cartesian(直角)坐标转化为极坐标,所基于的公式如下所示:
58.6-ChannelDecoder(6通道解码器)
取决于输入信号“Select”,本组件将信号由输入“Data”转换到6个输出通道之一(或者更多)。
输入“Select”的值与组件输入参数“SelectNumberforChannel”相比较,如果“Select”等于其中之一或更多,则“Data”的值就输出到对应的通道去。
59.12ChannelMultiplexor(12通道多路转接器)
本组件是一数字开关。
它将编码数据源的某一路数据与输出相联。
输出是一12元素的数组。
“Select”指定“Data”输出到数组的某个元素中。
例如,与“Select”相联的信号是5,则输出数组的第5个元素与输入数据相等。
输出数组的其它元素为0。
60.XYZCharacteristics(XYZ特性)
本组件基于输入x和y的值,输出z的值。
它与“XYCharacteristics”组件类似,然而采样点(x,y,z)需由外部文件输入。
输出z可以等于最近的采样点的值,也可以是双线性插值得到的值。
本组件可以应用于指定设备特性、作为传递函数或者作为信号发生器等等。