PSCAD-EMTDC的晶闸管模型

1. 引言 (2)
2. PSCAD/EMTDC中晶闸管数学模型 (2)
2.1 PSCAD数学模型的笼统表述 (2)
2.2 晶闸管实例分析 (2)
3.PSCAD中晶闸管模型的仿真体现 (3)
3.1 单相桥式整流电路模型 (3)
3.2 仿真结果分析 (4)
4. 结论 (4)
5. 参考文献 (5)
1. 引言
晶闸管（Thyristor）是一种开关元件，能在高电压、大电流条件下工作，并且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、等电力设备与电力电子电路中。

PSCAD/EMTDC是最长用的电力系统仿真软件之一，而且此软件中提供了晶闸管模型。

本文就通过在晶闸管在PSCAD中的仿真应用来说明晶闸管的数学模型，进而对PSCAD/EMTDC有更深层次的理解。

2. PSCAD/EMTDC中晶闸管数学模型
2.1 PSCAD数学模型的笼统表述
EMTDC程序的原理或数学模型是用梯形积分法来处理电网中线性集中参数元件；用特征线法描述波在输电线路上的传播过程；耦合元件同样采用矩阵块或相模变换关系；只是用高低值电阻表示开关的断开与闭合，而控制开关的闭合与开断是时间、电压、电流、甚至可用与系统网络元件无直接关系的量去控制开关的动作；非线性元件采用分段线性化与补偿法求解；电源可以是某种函数的电源，也可以任意波形，既可以是固定的电压（流）源，也可以用等效的戴维南电压（流）源。

2.2 晶闸管实例分析
对PSCAD中晶闸管数学模型的分析从以下两个方面入手：
(1) 对PSCAD中晶闸管的help文件分析：
晶闸管通常由供给栅极端子的点火脉冲锁定，但是要根据自身的电压和电流条件去关断。

为了产生选通触发脉冲，外部控制信号是必需的。

晶闸管假设一个固定的小开通电阻和较大的关断电阻。

晶闸管的形态将在下列情况下发生变化：
1，在整个装置中的正向偏置电压大于或等于正向压降参数输入并且栅极信号从0变为1（即击发发出脉冲）。

2，在器件的正向偏置电压大于或等于正向压降参数输入并且门信号被预先设置为1（即触发角= 0°）。

这种情况下打开（用于内插导通，并触发角= 0 °时，使用二极管）。

3，跨器件的正向偏置电压大于或等于正向转折电压参数的输入。

4，在关闭时器件电流达到零。

晶闸管模型的VI特性如下图所示：
图2-1
该插补算法是所有自然换流打开时会自动调用和关闭事件（包括正向转折），计算出开关的确切时刻。

但是请注意，这里给用户提供了一种选择去内插输入的栅极信号。

关断的时间也被描述。

因此, 如果关掉后最低灭绝时间参数输入前没有经过正向电压高于正向电压降参数输入晶闸管则会重新点燃。

即使没有开通信号这也将发生。

注：反向恢复时间（即其中一个有限的反向电流的装置流量，继关闭时间）二极管被假定为零。

如果导通电阻是零或大于切换阈值时，闭合状态将被建模为一个理想的短路。

(2) 对PSCAD中晶闸管的参数设置分析：
晶闸管的主参数设置的内容如图2-1所示：
图2-2
从上图可以看出主参数设置中主要有：导通电阻、开通电阻、正向压降、正向击穿电压、反向击穿电压、最低消光时间、缓冲电阻和缓冲电容。

然而在PSCAD仿真运用也只用到它的开通电阻和关断电阻等硬性参数，并没有提到晶闸管的开通电流，维持电流，擎住电流等细节参数。

通过以上两点分析可以看出在PSCAD中虽然晶闸管的帮助文件对晶闸管的性能做了细致的分析，但在实际使用中即参数设置时都是硬性标准，都体现的是开关的性能。

可以看出PSCAD中晶闸管的数学模型就是一个可控的开关模型。

3.PSCAD中晶闸管模型的仿真体现
3.1 单相桥式整流电路模型
采用晶闸管开关模型仿真单相桥式整流电路，图3-1为单相桥式整流电路模型：
图3-1单相桥式整流电路模型
3.2 仿真结果分析
整流电压波形和晶闸管两端电压波形分别如下图所示：
图3-2 整流电压波形
图3-3晶闸管两端电压波形
从以上两个仿真波形可以看出在PSCAD中晶闸管的功能可以简单的认为是一个可控开关，也就说明在PSCAD中晶闸管的数学模型就是可控开关。

4. 结论
本文通过分析PSCAD中晶闸管的帮助文件以及它的主参数设置，最后通过比对分析得出了PSCAD中晶闸管的数学模型——可控开关。

并通过仿真例子加以体现晶闸管模型的功能，并且在此过程中对PSCAD的功能有更深刻的理解。

5. 参考文献
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[3]张薇琳,张波,丘东元.电力电子开关器件仿真模型分析和比较[J].电气应用,2007,09:64-67.
[4]黎小林,黄莹,谢施君,董曼玲,贺恒鑫,张丹丹,何俊佳.基于PSCAD/EMTDC的锁相环建模与性能分析[J].南方电网技术,2008,04:42-46.
[5]王勇,赵锦成,解璞.基于PSCAD/EMTDC的开关元件的暂态仿真算法研究[J].电气开关,2008,05:17-18.。