ATP-EMTP的应用讲解PPT.ppt

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1、,ATP-EMTP的应用,武汉大学 2009年11月18日20日,1. 电力系统暂态计算的特点,3,电力系统的暂态计算的特点,电力系统从一个稳定状态到另一个稳定状态的过渡过 程称作电力系统的暂态。通常负荷的波动、发电机出力 的波动之类的系统的微小变动不作为暂态考虑。 引起暂态的原因主要有： （1）雷击电力设备。 （2）短路等电气事故。 （3）断线等机械事故。 （4）断路器的投切操作，如线路充电、变压器充电、 重合闸、甩负荷等。 （5）隔离开关的投切操作，如母线投切等。,暂态的定义,4,电力系统数字仿真的分类,电力系统的暂态计算的特点,5,电力系统各种现象的变化速度和计算范围,电力系统的暂态计算

2、的特点,6,1. 制定试验电压标准。 2. 决定设备的绝缘水平。 3. 调查事故原因，寻找对策。 4. 计算过电压发生概率，预测事故率。 5. 检查设备的动作责能，如断路器的暂 态恢复电压和零点偏移。 6. 继电保护和控制设备的整定等等。,暂态仿真的目的,电力系统的暂态计算的特点,7,1. 频率范围广，从直流到数十兆赫芝。 下图是CIGRE对各种过电压的频率分类。,暂态仿真的特点,电力系统的暂态计算的特点,8,2. 元件模型因计算目的而异 以单相变压器为例,暂态仿真的特点,(a)工频过电压计算用,电力系统的暂态计算的特点,9,2. 元件模型因计算目的而异(以单相变压器为例),暂态仿真的特点,(

3、b)操作过电压计算用,(c)雷过电压计算用,电力系统的暂态计算的特点,10,3. 行波现象和分布参数 设幅值为I的正弦波电流以波速 300m/s传播，AB两点间距离 为300m。 两点电流的最大差值： 50Hz ：3.1410-4I 100kHZ ：0.628I 在高频领域，变电站的母线也 要考虑波的传播过程，并当成分 布参数线路处理。,暂态仿真的特点,电力系统的暂态计算的特点,11,4. 非线性元件和开关 在暂态计算中，需要考虑 元件的非线性和开关的动 作。最常见的非线性特 性，有变压器的励磁特性、 避雷器的电压-电流特性等。 开关也可以看成一种非线 性元件。 右图是避雷器的电压-电 流特性

4、。,暂态仿真的特点,电力系统的暂态计算的特点,12,5. 元件参数的频率特性 在暂态计算中，需 要考虑元件参数的 频率特性。最重要 的是线路参数的频 率特性。另外，变 压器参数也有频率 特性。,暂态仿真的特点,电力系统的暂态计算的特点,13,6. 时间跨度的要求 稳态计算的对象是一个时间断面，而暂态计算要 模拟一个时间过程。数字计算机不可能连续地模拟 暂态现象，只能在离散的时间点(步长t)求解，这 将会导致累积误差。避免这类误差的累积是暂态计 算程序的重要课题之一。 鉴于暂态模拟的上述特点，暂态模拟比稳态计算 不论是程序编制还是应用，难度都要大得多。,暂态仿真的特点,电力系统的暂态计算的特点,

5、14,（1）明确计算目的，确定主频率。 （2）确定作为计算对象的系统范围。 （3）所使用的模型是否合适（模型的前提条件和相关理论）？ （4）选择的参数是否合适？分析各种参数值对计算结果的影响程度。 （5）计算结果是否符合定性的（从物理意义判断的）或者近似计算的预测结果。如果是事故分析，是否符合事故记录。,暂态仿真的注意事项,电力系统的暂态计算的特点,2. EMTP的介绍,16,全称： Electro-Magnetic Transients Program 世界上应用最为广泛的电磁暂态计算标准程序,EMTP的介绍,17,（1）1962年EMTP的创始人Dommel在他的博士论文中首次将水力学中流

6、体计算的Schnyder-Bergeron法用于电压和电流的行波计算。 （2）1966年Dommel就职美国邦纳维尔电力局,1968年完成EMTP的原型(约4000行)。 （3）1973年Scott Meyer接替EMTP的开发和管理工作。 （4）现有BPA-EMTP、ATP-EMTP和DCG-EMTP三个版本。 ATP-EMTP：无偿使用,在全世界拥有最多的用户。最新版本为第2.1版，源程序约21.8万行。图形接口为ATPDraw，最新版本为第5.4版。 DCG-EMTP：有偿使用，最新版本是2005年发行的RV版。图形接口为EMTPWorks。,EMTP的开发经过,EMTP的介绍,18,（

7、1）将潮流计算使用的节点导纳矩阵和稀疏矩阵处理方法用于暂态计算程序，通过求解逆矩阵来求各节点电压。 （2）在稳态计算时，EMTP把非线形元件当作线形元件，把具有分布参数的线路当作具有集中参数的型电路，通过求解下式所示的复数节点导纳方程式来求得各节点的复数电压。,EMTP的解法,EMTP的介绍,19,（3）在暂态计算时，EMTP采用梯形积分将微分方程式离散化，将所有的元件用等值电导和等值电流源表示。通过求解下式所示的节点方程式来求得各节点电压的瞬时值。,EMTP的解法,（4）将Schnyder-Bergeron法用于电压和电流的行波计算，成功地解决了分布参数线路的电路计算问题。,EMTP的介绍,

8、20,EMTP的解法,用下图说明建立节点电导矩阵的方法,EMTP的介绍,21,电阻,EMTP的解法,电感,EMTP的介绍,22,电容,EMTP的解法,EMTP的介绍,23,无损分布参数线路,EMTP的解法,EMTP的介绍,24,对节点1,EMTP的解法,对n个节点,EMTP的介绍,25,(1)单相电阻、电感和电容串联电路，单相或多相型电路 这些是EMTP最基本的元件，可以构成发电机、 变压器、线路、负荷或电力系统其他元件，也可 以单独使用，如用作断路器的合闸电阻、接地电 阻、并联电抗器、变压器的杂散电容等等。,EMTP的元件,EMTP的介绍,26,(2)架空线路和电缆 在EMTP中可以用常规型

9、电路、无损分布参 数电路、无畸变分布参数电路、带集中电阻的分 布参数电路或者具有频率相关参数的分布参数电 路来模拟架空线路和电缆。使用最多的是常规 型电路、无损分布参数电路、带集中电阻的分布 参数电路和考虑频率相关的J.Marti模型。,EMTP的元件,EMTP的介绍,27,(3)变压器 在EMTP中可以用单相饱和变压器模型、三相 饱和变压器模型或者多相耦合R-L电路来模拟各 种变压器。 通常用3台单相饱和变压器模型来模拟三相变 压器。如要模拟磁滞特性，需要在模型外并联 磁滞特性支路。在高频领域要考虑杂散电容的 影响。,EMTP的元件,EMTP的介绍,28,(4)非线形元件 EMTP准备了各种

10、非线形元件模型，用来模拟 变压器和电抗器的非线形电感、避雷器的非线形 电阻等。EMTP中的非线形元件模型分为二大类， 一类是准非线形(Pseudo-nonlinear)元件，一类 是正规的非线形元件。对于准非线形元件，用分 段线形模型来表示非线形特性。对于正规的非线 形元件，采用补偿法求解。,EMTP的元件,EMTP的介绍,29,(5)简单电压源和电流源 EMTP将经常遇到的电源函数作为内部函数， 其中包括阶跃函数(Type-11)、斜角函数(Type- 12,13)、正弦函数(Type-14)、冲击函数(Type- 15)、简化换流阀(Type-16)、TACS控制电源 (Type-17)和

11、TACS电源(Type-60)。还有可接于 两个节点间的电源(Type-18) 。,EMTP的元件,EMTP的介绍,30,(6)同步电机 在ATP-EMTP中有两种同步电机模型，即 基于dq0坐标的Type-59模型和基于相坐标的 Type-58模型。後者避免了dq0坐标转换成相 坐标引起的数值不稳定，但由于每个步长都需 要更新矩阵并重新三角形化，因此计算时间 比前者长。两者的轴系模拟相同。,EMTP的元件,EMTP的介绍,31,(7)通用电机 EMTP的通用电机模型可以模拟各种同步电 机、各种异步电机和各种直流电机，功能十分 广泛，但使用不太方便。另外，通用电机模型 也是使用dq0坐标的，存

12、在坐标转换引起数值 不稳定的可能性。 笔者已开发了基于相坐标的异步电机模型。,EMTP的元件,EMTP的介绍,32,(8)开关 EMTP中有时控开关、间隙开关、TACS开关 （二极管、闸晶管、TACS信号控制开关）和 测量开关。时控开关主要用于模拟断路器、隔 离开关和短路。测量开关用于输出支路的电流、 功率或者向TACS传递变量。为了计算操作过电 压，还准备了统计开关和规律化开关。为了详 细模拟开关的物理特性，需要在开关上增加其 他的元件，如断口间的杂散电容、电弧电阻。,EMTP的元件,EMTP的介绍,33,(9)控制系统（TACS或Models) TACS用功能块(传递函数、特殊装置和信号源

13、)表 示控制系统。由于TACS的解要在下一时步传递给 网络，以及在TACS内部的时延，有时会引起数值 不稳定和解的不正确。另外，需用户输入TACS变 量初始值。笔者的TACS改良版已解决这些问题。 Models用类似Fortran的高级语言表示控制系统, 更灵活，更直观。但也存在时延和初始值的问题， 且所需的计算时间多于TACS。,EMTP的元件,EMTP的介绍,34,（）从概念上讲，EMTP可应用于任何电路的 电磁暂态现象计算。因此不仅电力系统，其他 的领域也可以应用，如用于磁浮铁路导轨线卷、 核反应离子束发生装置的暂态现象仿真。 （）EMTP也可应用于电力系统的稳态计算。 （）发电机轴扭振

14、现象(SSR)的模拟是EMTP 应用的扩张。 （）从概念上讲，EMTP不适合电磁场计算。,EMTP的应用范围,EMTP的介绍,35,（1）过电压计算 （a）雷过电压计算 （b）操作过电压计算(合闸,分闸和接地故障过电压) （c）交流短时间过电压计算 （2）断路器暂态恢复电压计算 （3）隔离开关操作过电压计算 （4）变压器涌流计算 （5）发电机轴扭振现象(SSR)模拟 （6）感应电动机起动计算,EMTP的计算对象,EMTP的介绍,36,（7）交直流系统相互作用仿真 （8）直流系统故障模拟 （9）高次谐波计算 （10）架空线路和电缆参数计算 （11）地线返回电流计算 （12）电缆护套电流计算 （13）变压器内部故障模拟 （14）保护和控制系统的动作特性模拟和整定等,EMTP的计算对象,EMTP的介绍,37,ATP-EMTP的构造,EMTP的介绍,38,EMTP的输入数据 （1）文本方式输入文件：后缀.atp。固定格式。 （2）图形方式输入文件：后缀.adp。 EMTP的输出文件 （1）文本方式输出文件：后缀.lis。给出错误 信息，稳态计算结果(复数表示)。 （2）图形方式输出文件：后缀.pl4。,EMTP的输入和输出文件,EMTP的介绍,