ATPEMTP的應(yīng)用講解課件

16四月2024ATPEMTP的應(yīng)用講解PPT1.電力系統(tǒng)暫態(tài)計(jì)算的特點(diǎn)3電力系統(tǒng)的暫態(tài)計(jì)算的特點(diǎn)

電力系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)渡過(guò)程稱作電力系統(tǒng)的暫態(tài)。通常負(fù)荷的波動(dòng)、發(fā)電機(jī)出力的波動(dòng)之類的系統(tǒng)的微小變動(dòng)不作為暫態(tài)考慮。引起暫態(tài)的原因主要有：（1）雷擊電力設(shè)備。（2）短路等電氣事故。（3）斷線等機(jī)械事故。（4）斷路器的投切操作，如線路充電、變壓器充電、重合閘、甩負(fù)荷等。（5）隔離開(kāi)關(guān)的投切操作，如母線投切等。暫態(tài)的定義4電力系統(tǒng)數(shù)字仿真的分類電力系統(tǒng)的暫態(tài)計(jì)算的特點(diǎn)5電力系統(tǒng)各種現(xiàn)象的變化速度和計(jì)算范圍電力系統(tǒng)的暫態(tài)計(jì)算的特點(diǎn)61.制定試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)。2.決定設(shè)備的絕緣水平。3.調(diào)查事故原因，尋找對(duì)策。4.計(jì)算過(guò)電壓發(fā)生概率，預(yù)測(cè)事故率。5.檢查設(shè)備的動(dòng)作責(zé)能，如斷路器的暫態(tài)恢復(fù)電壓和零點(diǎn)偏移。6.繼電保護(hù)和控制設(shè)備的整定等等。

暫態(tài)仿真的目的電力系統(tǒng)的暫態(tài)計(jì)算的特點(diǎn)71.頻率范圍廣，從直流到數(shù)十兆赫芝。下圖是CIGRE對(duì)各種過(guò)電壓的頻率分類。

暫態(tài)仿真的特點(diǎn)電力系統(tǒng)的暫態(tài)計(jì)算的特點(diǎn)82.元件模型因計(jì)算目的而異

以單相變壓器為例

暫態(tài)仿真的特點(diǎn)(a)工頻過(guò)電壓計(jì)算用電力系統(tǒng)的暫態(tài)計(jì)算的特點(diǎn)92.元件模型因計(jì)算目的而異(以單相變壓器為例)暫態(tài)仿真的特點(diǎn)(b)操作過(guò)電壓計(jì)算用(c)雷過(guò)電壓計(jì)算用電力系統(tǒng)的暫態(tài)計(jì)算的特點(diǎn)103.行波現(xiàn)象和分布參數(shù)設(shè)幅值為I的正弦波電流以波速300m/μs傳播，AB兩點(diǎn)間距離為300m。

兩點(diǎn)電流的最大差值：50Hz：3.14×10-4×I100kHZ：0.628×I在高頻領(lǐng)域，變電站的母線也要考慮波的傳播過(guò)程，并當(dāng)成分布參數(shù)線路處理。

暫態(tài)仿真的特點(diǎn)電力系統(tǒng)的暫態(tài)計(jì)算的特點(diǎn)114.非線性元件和開(kāi)關(guān)在暫態(tài)計(jì)算中，需要考慮元件的非線性和開(kāi)關(guān)的動(dòng)作。最常見(jiàn)的非線性特性，有變壓器的勵(lì)磁特性、避雷器的電壓-電流特性等。開(kāi)關(guān)也可以看成一種非線性元件。右圖是避雷器的電壓-電流特性。暫態(tài)仿真的特點(diǎn)電力系統(tǒng)的暫態(tài)計(jì)算的特點(diǎn)125.元件參數(shù)的頻率特性在暫態(tài)計(jì)算中，需要考慮元件參數(shù)的頻率特性。最重要的是線路參數(shù)的頻率特性。另外，變壓器參數(shù)也有頻率特性。暫態(tài)仿真的特點(diǎn)電力系統(tǒng)的暫態(tài)計(jì)算的特點(diǎn)136.時(shí)間跨度的要求穩(wěn)態(tài)計(jì)算的對(duì)象是一個(gè)時(shí)間斷面，而暫態(tài)計(jì)算要模擬一個(gè)時(shí)間過(guò)程。數(shù)字計(jì)算機(jī)不可能連續(xù)地模擬暫態(tài)現(xiàn)象，只能在離散的時(shí)間點(diǎn)(步長(zhǎng)Δt)求解，這將會(huì)導(dǎo)致累積誤差。避免這類誤差的累積是暫態(tài)計(jì)算程序的重要課題之一。

鑒于暫態(tài)模擬的上述特點(diǎn)，暫態(tài)模擬比穩(wěn)態(tài)計(jì)算不論是程序編制還是應(yīng)用，難度都要大得多。暫態(tài)仿真的特點(diǎn)電力系統(tǒng)的暫態(tài)計(jì)算的特點(diǎn)14（1）明確計(jì)算目的，確定主頻率。（2）確定作為計(jì)算對(duì)象的系統(tǒng)范圍。（3）所使用的模型是否合適（模型的前提條件和相關(guān)理論）？（4）選擇的參數(shù)是否合適？分析各種參數(shù)值對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響程度。（5）計(jì)算結(jié)果是否符合定性的（從物理意義判斷的）或者近似計(jì)算的預(yù)測(cè)結(jié)果。如果是事故分析，是否符合事故記錄。暫態(tài)仿真的注意事項(xiàng)電力系統(tǒng)的暫態(tài)計(jì)算的特點(diǎn)2.EMTP的介紹

16全稱：

Electro-MagneticTransientsProgram世界上應(yīng)用最為廣泛的電磁暫態(tài)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)程序EMTP的介紹17（1）1962年EMTP的創(chuàng)始人Dommel在他的博士論文中首次將水力學(xué)中流體計(jì)算的Schnyder-Bergeron法用于電壓和電流的行波計(jì)算。（2）1966年Dommel就職美國(guó)邦納維爾電力局,1968年完成EMTP的原型(約4000行)。（3）1973年ScottMeyer接替EMTP的開(kāi)發(fā)和管理工作。（4）現(xiàn)有BPA-EMTP、ATP-EMTP和DCG-EMTP三個(gè)版本。ATP-EMTP：無(wú)償使用,在全世界擁有最多的用戶。最新版本為第2.1版，源程序約21.8萬(wàn)行。圖形接口為ATPDraw，最新版本為第5.4版。DCG-EMTP：有償使用，最新版本是2005年發(fā)行的RV版。圖形接口為EMTPWorks。EMTP的開(kāi)發(fā)經(jīng)過(guò)EMTP的介紹18（1）將潮流計(jì)算使用的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣和稀疏矩陣處理方法用于暫態(tài)計(jì)算程序，通過(guò)求解逆矩陣來(lái)求各節(jié)點(diǎn)電壓。（2）在穩(wěn)態(tài)計(jì)算時(shí)，EMTP把非線形元件當(dāng)作線形元件，把具有分布參數(shù)的線路當(dāng)作具有集中參數(shù)的π型電路，通過(guò)求解下式所示的復(fù)數(shù)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納方程式來(lái)求得各節(jié)點(diǎn)的復(fù)數(shù)電壓。EMTP的解法EMTP的介紹19（3）在暫態(tài)計(jì)算時(shí)，EMTP采用梯形積分將微分方程式離散化，將所有的元件用等值電導(dǎo)和等值電流源表示。通過(guò)求解下式所示的節(jié)點(diǎn)方程式來(lái)求得各節(jié)點(diǎn)電壓的瞬時(shí)值。EMTP的解法（4）將Schnyder-Bergeron法用于電壓和電流的行波計(jì)算，成功地解決了分布參數(shù)線路的電路計(jì)算問(wèn)題。

EMTP的介紹20EMTP的解法用下圖說(shuō)明建立節(jié)點(diǎn)電導(dǎo)矩陣的方法EMTP的介紹21電阻EMTP的解法電感EMTP的介紹22電容EMTP的解法EMTP的介紹23無(wú)損分布參數(shù)線路EMTP的解法EMTP的介紹24對(duì)節(jié)點(diǎn)1EMTP的解法對(duì)n個(gè)節(jié)點(diǎn)EMTP的介紹25(1)單相電阻、電感和電容串聯(lián)電路，單相或多相π型電路

這些是EMTP最基本的元件，可以構(gòu)成發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、負(fù)荷或電力系統(tǒng)其他元件，也可以單獨(dú)使用，如用作斷路器的合閘電阻、接地電阻、并聯(lián)電抗器、變壓器的雜散電容等等。

EMTP的元件EMTP的介紹26(2)架空線路和電纜在EMTP中可以用常規(guī)π型電路、無(wú)損分布參數(shù)電路、無(wú)畸變分布參數(shù)電路、帶集中電阻的分布參數(shù)電路或者具有頻率相關(guān)參數(shù)的分布參數(shù)電路來(lái)模擬架空線路和電纜。使用最多的是常規(guī)π型電路、無(wú)損分布參數(shù)電路、帶集中電阻的分布參數(shù)電路和考慮頻率相關(guān)的J.Marti模型。EMTP的元件EMTP的介紹27(3)變壓器在EMTP中可以用單相飽和變壓器模型、三相飽和變壓器模型或者多相耦合R-L電路來(lái)模擬各種變壓器。通常用3臺(tái)單相飽和變壓器模型來(lái)模擬三相變壓器。如要模擬磁滯特性，需要在模型外并聯(lián)磁滯特性支路。在高頻領(lǐng)域要考慮雜散電容的影響。

EMTP的元件EMTP的介紹28(4)非線形元件EMTP準(zhǔn)備了各種非線形元件模型，用來(lái)模擬變壓器和電抗器的非線形電感、避雷器的非線形電阻等。EMTP中的非線形元件模型分為二大類，一類是準(zhǔn)非線形(Pseudo-nonlinear)元件，一類是正規(guī)的非線形元件。對(duì)于準(zhǔn)非線形元件，用分段線形模型來(lái)表示非線形特性。對(duì)于正規(guī)的非線形元件，采用補(bǔ)償法求解。

EMTP的元件EMTP的介紹29(5)簡(jiǎn)單電壓源和電流源

EMTP將經(jīng)常遇到的電源函數(shù)作為內(nèi)部函數(shù)，其中包括階躍函數(shù)(Type-11)、斜角函數(shù)(Type-12,13)、正弦函數(shù)(Type-14)、沖擊函數(shù)(Type-15)、簡(jiǎn)化換流閥(Type-16)、TACS控制電源(Type-17)和TACS電源(Type-60)。還有可接于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的電源(Type-18)。

EMTP的元件EMTP的介紹30(6)同步電機(jī)在ATP-EMTP中有兩種同步電機(jī)模型，即基于dq0坐標(biāo)的Type-59模型和基于相坐標(biāo)的Type-58模型。後者避免了dq0坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成相坐標(biāo)引起的數(shù)值不穩(wěn)定，但由于每個(gè)步長(zhǎng)都需要更新Ｇ矩陣并重新三角形化，因此計(jì)算時(shí)間比前者長(zhǎng)。兩者的軸系模擬相同。EMTP的元件EMTP的介紹31(7)通用電機(jī)EMTP的通用電機(jī)模型可以模擬各種同步電機(jī)、各種異步電機(jī)和各種直流電機(jī)，功能十分廣泛，但使用不太方便。另外，通用電機(jī)模型也是使用dq0坐標(biāo)的，存在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換引起數(shù)值不穩(wěn)定的可能性。筆者已開(kāi)發(fā)了基于相坐標(biāo)的異步電機(jī)模型。

EMTP的元件EMTP的介紹32(8)開(kāi)關(guān)EMTP中有時(shí)控開(kāi)關(guān)、間隙開(kāi)關(guān)、TACS開(kāi)關(guān)（二極管、閘晶管、TACS信號(hào)控制開(kāi)關(guān)）和測(cè)量開(kāi)關(guān)。時(shí)控開(kāi)關(guān)主要用于模擬斷路器、隔離開(kāi)關(guān)和短路。測(cè)量開(kāi)關(guān)用于輸出支路的電流、功率或者向TACS傳遞變量。為了計(jì)算操作過(guò)電壓，還準(zhǔn)備了統(tǒng)計(jì)開(kāi)關(guān)和規(guī)律化開(kāi)關(guān)。為了詳細(xì)模擬開(kāi)關(guān)的物理特性，需要在開(kāi)關(guān)上增加其他的元件，如斷口間的雜散電容、電弧電阻。EMTP的元件EMTP的介紹33(9)控制系統(tǒng)（TACS或Models)TACS用功能塊(傳遞函數(shù)、特殊裝置和信號(hào)源)表示控制系統(tǒng)。由于TACS的解要在下一時(shí)步傳遞給網(wǎng)絡(luò)，以及在TACS內(nèi)部的時(shí)延，有時(shí)會(huì)引起數(shù)值不穩(wěn)定和解的不正確。另外，需用戶輸入TACS變量初始值。筆者的TACS改良版已解決這些問(wèn)題。Models用類似Fortran的高級(jí)語(yǔ)言表示控制系統(tǒng),更靈活，更直觀。但也存在時(shí)延和初始值的問(wèn)題，且所需的計(jì)算時(shí)間多于TACS。EMTP的元件EMTP的介紹34（１）從概念上講，EMTP可應(yīng)用于任何電路的電磁暫態(tài)現(xiàn)象計(jì)算。因此不僅電力系統(tǒng)，其他的領(lǐng)域也可以應(yīng)用，如用于磁浮鐵路導(dǎo)軌線卷、核反應(yīng)離子束發(fā)生裝置的暫態(tài)現(xiàn)象仿真。（２）EMTP也可應(yīng)用于電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算。（３）發(fā)電機(jī)軸扭振現(xiàn)象(SSR)的模擬是EMTP應(yīng)用的擴(kuò)張。（４）從概念上講，EMTP不適合電磁場(chǎng)計(jì)算。

EMTP的應(yīng)用范圍EMTP的介紹35（1）過(guò)電壓計(jì)算（a）雷過(guò)電壓計(jì)算（b）操作過(guò)電壓計(jì)算(合閘,分閘和接地故障過(guò)電壓)（c）交流短時(shí)間過(guò)電壓計(jì)算（2）斷路器暫態(tài)恢復(fù)電壓計(jì)算（3）隔離開(kāi)關(guān)操作過(guò)電壓計(jì)算（4）