ADPSS電磁暫態(tài)仿真培訓(xùn)PPT課件

1、主要內(nèi)容1 電磁暫態(tài)仿真的基本概念2 電磁暫態(tài)仿真的功能特點(diǎn)3 電磁暫態(tài)仿真算例搭建過程4 電磁暫態(tài)仿真正確性驗(yàn)證5 電磁暫態(tài)仿真后續(xù)功能開發(fā)6 后臺并行計(jì)算程序調(diào)試第1頁/共71頁1 電磁暫態(tài)仿真的基本概念第2頁/共71頁 電磁暫態(tài)仿真基本概念 電磁暫態(tài)過程主要指各元件中電場和磁場以及相應(yīng)的電壓和電流的變化過程； 變化快，持續(xù)時間短，頻率高達(dá)幾千Hz； 時域仿真，積分步長微秒級，一般20-200微秒； 模型：發(fā)電機(jī)一般為詳細(xì)的Park方程模型，網(wǎng)絡(luò)采用三相瞬時值模型，微分方程描述；第3頁/共71頁 電磁暫態(tài)仿真用途 分析和計(jì)算故障或操作后可能出現(xiàn)的暫態(tài)過電壓和過電流； 根據(jù)所得到的暫態(tài)過電壓

2、和過電流對相關(guān)電力設(shè)備進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確定已有設(shè)備能否安全運(yùn)行，并研究相應(yīng)的限制和保護(hù)措施； 過電壓過電流，次同步振蕩，自勵磁，鐵磁諧振，電力電子裝置, 包括直流輸電(HVDC)、靈活交流輸電(FACTS)裝置；第4頁/共71頁 電磁暫態(tài)仿真方法 采用帶阻尼的梯形隱式積分法求解集中參數(shù)電路中的暫態(tài)過程； 采用貝瑞隆法求解分布參數(shù)線路中的波過程； 二者結(jié)合組成統(tǒng)一的暫態(tài)等值計(jì)算網(wǎng)絡(luò)； 用稀疏矩陣LU分解法求解網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓。第5頁/共71頁2 電磁暫態(tài)仿真的功能特點(diǎn)第6頁/共71頁 采用帶阻尼的隱式梯形積分法，避免開關(guān)動作后，系統(tǒng)仿真發(fā)生數(shù)值振蕩 可共享機(jī)電暫態(tài)的數(shù)據(jù)?，大大減少了電磁暫態(tài)數(shù)據(jù)錄入的

3、工作量。 可模擬各種類型的故障。第7頁/共71頁 提供十二大類多種常用電力系統(tǒng)設(shè)備的電磁暫態(tài)模型，并且不斷開發(fā)補(bǔ)充新的程序模型。 旋轉(zhuǎn)電機(jī)。 線路。 變壓器。 繼電保護(hù)元件。 開關(guān)刀閘。 故障元件。第8頁/共71頁 具備模擬電力系統(tǒng)常規(guī)元件電磁暫態(tài)過程的功能。發(fā)電機(jī)電磁功率曲線 故障線路三相電壓曲線第9頁/共71頁 電磁暫態(tài)過程并行計(jì)算方法采用節(jié)點(diǎn)分裂法與分布參數(shù)線路解耦法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時或超實(shí)時電磁暫態(tài)仿真。 k1 k3 k2 G2 G3 G1 Ik3 Ik1 Ik2 G12 G13 G23 m1 m3 m2 G3 G1 G2 G12 G13 G23 Im1 Im2 Im3 k1 k2 k3

4、 m1 m2 m3 ikm1 ikm2 ikm3 imk1 imk2 imk3 Sub-network A Sub-network B A B iiipAB pCA pCB pBA pAC pBC GA GB GC C 第10頁/共71頁 具備與機(jī)電暫態(tài)程序聯(lián)合計(jì)算的程序接口，可以進(jìn)行大規(guī)模電力系統(tǒng)的實(shí)時動態(tài)仿真，解決了大容量電力電子設(shè)備與大電網(wǎng)相互影響仿真準(zhǔn)確度的技術(shù)難題。 機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)I Y 電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)的諾頓等值電路 (三序相量形式）電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò) ERLC機(jī)電暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)的戴維南等值電路（三相瞬時值形式)采用相量模型，積分步長一般為10毫秒采用三相瞬時值模型，積分步長一般為20-200微秒第

5、11頁/共71頁 可以通過物理接口接入繼電保護(hù)和自動裝置等物理設(shè)備進(jìn)行開關(guān)動作和閉環(huán)控制，對通用控制和測量裝置的產(chǎn)品開發(fā)和試驗(yàn)研究。電磁暫態(tài)實(shí)時仿真數(shù)據(jù)輸出輸入物理裝置D/A有效值/瞬時值電壓電流A/DDIO開關(guān)信號電壓電流第12頁/共71頁 實(shí)現(xiàn)大規(guī)模交直流系統(tǒng)的實(shí)時仿真，可以進(jìn)行大系統(tǒng)背景下的直流控制裝置試驗(yàn)。ABC直流網(wǎng)絡(luò)1234IIIi1i2i3i4i12i34pABpACpBApBCpCApCBpac1pdc1pdc2Vac1Vac2pac2交流網(wǎng)絡(luò)第13頁/共71頁 用戶界面成熟友好，是支持單線圖圖形繪制、元件數(shù)據(jù)錄入編輯、計(jì)算環(huán)境設(shè)置、結(jié)果顯示及曲線報(bào)表輸出的集成環(huán)境。第14頁/

6、共71頁 圖形化界面操作方便，元件顯示方式可用單線圖方式、多線圖方式、或由用戶定制，對話框方式錄入?yún)?shù)，方便易用。第15頁/共71頁 提供子電路元件，電路圖可分層次顯示，并具有“多層嵌套”的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)清晰。第16頁/共71頁 簡單方便的網(wǎng)絡(luò)劃分方式：在圖形上用鼠標(biāo)劃分子網(wǎng)。第17頁/共71頁 提供兩種計(jì)算方式：方便的本地計(jì)算方式，和高速的后臺并行計(jì)算方式。第18頁/共71頁 物理裝置接口可設(shè)置任意數(shù)目輸入輸出信號。第19頁/共71頁 用戶自定義接口：方便靈活的實(shí)現(xiàn)模型功能。第20頁/共71頁 曲線設(shè)置和回放：曲線閱覽室。第21頁/共71頁 計(jì)算結(jié)果輸出支持excel格式和txt格式。第22頁/

7、共71頁 后臺并行計(jì)算機(jī)群介紹： 通用的服務(wù)器：聯(lián)想、曙光、惠普等； 統(tǒng)一配置的服務(wù)：管理、通訊、計(jì)算、實(shí)時性； 簡單的操作：一次提交計(jì)算，其他不需用戶干預(yù)； 智能的反饋：結(jié)果摘要信息在任務(wù)提交界面即時顯示；第23頁/共71頁 后臺并行計(jì)算網(wǎng)絡(luò)通訊方式： 千兆以太網(wǎng)：g 備用計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，帶寬較低，通訊耗時多； Myrinet： 采用光纖通訊，結(jié)合分網(wǎng)并行計(jì)算方式，不控制下可以實(shí)現(xiàn)超實(shí)時計(jì)算； 嚴(yán)格控制計(jì)算時間和實(shí)際時間按照1：1比例進(jìn)行仿真，可以達(dá)到嚴(yán)格的實(shí)時計(jì)算，主要用于物理接口帶實(shí)際裝置進(jìn)行試驗(yàn)。第24頁/共71頁3 電磁暫態(tài)仿真算例搭建過程第25頁/共71頁 電磁暫態(tài)計(jì)算流程： 數(shù) 據(jù) 錄

8、 入 和 編 輯 數(shù) 據(jù) 文 件 執(zhí) 行 計(jì) 算 結(jié) 果 的 編 輯 和 輸 出 報(bào) 表 方 式 曲 線 方 式 結(jié) 果 文 件 網(wǎng) 絡(luò) 分 割 方 案 定 義 網(wǎng) 絡(luò) 劃 分 圖 形 方 式 任 務(wù) 提 交 圖 形 方 式 任 務(wù) 分 配 本 地 計(jì) 算 服 務(wù) 器 計(jì) 算 第26頁/共71頁 配置文件PCNODE.cfg(機(jī)電&電磁)： 記錄節(jié)點(diǎn)機(jī)群通訊ip地址與硬件信息； node_no=“10” 10號節(jié)點(diǎn) name_100m=“c0110“ 百兆以太網(wǎng) name_1000m=“g0110“ 千兆以太網(wǎng) cpu_num=“8“ cpu數(shù)量第27頁/共71頁 配置文件PCNODE

9、.cfg (機(jī)電&電磁) ： 記錄本地工作計(jì)算機(jī)ip地址信息； node_no=0“ name_100m=WorkStation ip_100m=“ name_1000m=WorkStation ip_1000m= 如果進(jìn)行并行計(jì)算，需要將標(biāo)有的最后一行中相關(guān)ip改為本機(jī)ip。第28頁/共71頁 配置文件STPARA.cfg (機(jī)電) ： 記錄管理節(jié)點(diǎn)ip，各種情況下計(jì)算命令； 命令服務(wù)器ip CmdServerPort=3333 命令服務(wù)器端口 #myrinet網(wǎng) MPI程序啟動命令 MPI (并行計(jì)算) MPIRUNMyri = /opt/mpigm/bin/mpirun #機(jī)電暫

10、態(tài) #myrinet網(wǎng) 機(jī)電暫態(tài)并行計(jì)算程序 STPARAMyri=/export/run/pst_myri_intel.exe第29頁/共71頁 配置文件EMTPARA.cfg (電磁) ： 記錄管理節(jié)點(diǎn)ip，各種情況下計(jì)算命令； CmdServerPort=3333 #myrinet網(wǎng) MPI程序啟動命令 MPIRUNMyri = /opt/mpigm/bin/mpirun #電磁暫態(tài) #myrinet網(wǎng) 電磁暫態(tài)并行計(jì)算程序 EMTPARAMyri=/export/run/acdc_myri_intel.exe第30頁/共71頁 配置文件PID-B1.CFG (機(jī)電&電磁) ：

11、記錄物理接口通道設(shè)置情況； valid=“1” 有效； node_no=“9“ 連接節(jié)點(diǎn)機(jī)，對應(yīng)pcnode； phybox_no=“0“ 接口箱編號：0/1； signal_type=“AO“ 信號類型： AI/AO/DI/DO(相對于仿真系統(tǒng))； slot_no=“0“ 板卡槽號：0-7 channel_no=“0“ 通道：模擬量0-7數(shù)字量0-15第31頁/共71頁 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：110kV110kV繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)測試算例繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)測試算例系統(tǒng)單線圖系統(tǒng)單線圖 K10 K11 K12 K3 G1 PL=100MW 100km 110kV 1000MVA 10.5/115kV N L PT C

12、T 保護(hù)裝置 Pg=200MW 第32頁/共71頁 在繪圖窗口中搭建對應(yīng)算例：110kV110kV繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)測試算例繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)測試算例第33頁/共71頁 雙擊元件填入系統(tǒng)參數(shù)：第34頁/共71頁 填寫潮流輸入：母線初始潮流輸入母線初始潮流輸入 發(fā)電機(jī)初始潮流輸入發(fā)電機(jī)初始潮流輸入 第35頁/共71頁 輸出曲線設(shè)置：第36頁/共71頁 仿真參數(shù)設(shè)置： 系統(tǒng)基準(zhǔn)容量； 系統(tǒng)仿真頻率：50Hz or 60Hz； 系統(tǒng)積分方法： 梯形隱式積分法； 后退歐拉法； 帶阻尼的梯形隱式積分法；（突變時有效） 仿真總時長、仿真步長、輸出步長； 是否存在物理接口，是否進(jìn)行時間控制；第37頁/共71頁 串行計(jì)算

13、啟動 結(jié)果查看：曲線閱覽室第38頁/共71頁 并行計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)方案劃分分分2 2個子網(wǎng)，聯(lián)絡(luò)元件為變壓器，按個子網(wǎng)，聯(lián)絡(luò)元件為變壓器，按J J側(cè)節(jié)點(diǎn)分網(wǎng)側(cè)節(jié)點(diǎn)分網(wǎng)第39頁/共71頁 計(jì)算節(jié)點(diǎn)機(jī)選擇及任務(wù)提交第40頁/共71頁 計(jì)算網(wǎng)絡(luò)選擇及啟動計(jì)算第41頁/共71頁 曲線查看：同串行計(jì)算 報(bào)表輸出：第42頁/共71頁4 電磁暫態(tài)仿真正確性驗(yàn)證第43頁/共71頁 對比驗(yàn)證：用ETSDAC和EMTDC-PSCAD程序分別對江蘇電網(wǎng)高壓線路保護(hù)數(shù)模試驗(yàn)方案進(jìn)行建模仿真，并將結(jié)果進(jìn)行對比。第44頁/共71頁 ETSDAC算例第45頁/共71頁 EMTDC-PSCAD算例第46頁/共71頁 區(qū)內(nèi)金屬性故障

14、 K2點(diǎn)發(fā)生金屬性AN故障(A相單相接地)11.051.11.151.21.251.31.351.4-150-100-50050100150EMTDC-TV2-Vat(s)TV2-Va(V)11.051.11.151.21.251.31.351.4-150-100-50050100150ETSDAC-TV2-Vat(s)TV2-Va(V)2TV上的A相電壓波形11.051.11.151.21.251.31.351.4-150-100-50050100150EMTDC-TV5-Vat(s)TV5-Va(V)11.051.11.151.21.251.31.351.4-150-100-5005010

15、0150ETSDAC-TV5-Vat(s)TV5-Va(V)5TV上的A相電壓波形第47頁/共71頁 區(qū)內(nèi)金屬性故障 K2點(diǎn)發(fā)生金屬性AN故障(A相單相接地)(2TA+7TA)上的A相電流波形5TA上的A相電流波形11.051.11.151.21.251.31.351.4-1.5-1-0.500.511.5EMTDC-TA5-Iat(s)TA5-Ia(A)11.051.11.151.21.251.31.351.4-1.5-1-0.500.511.5ETSDAC-TA5-Iat(s)TA5-Ia(A)11.051.11.151.21.251.31.351.4-505EMTDC-(TA2+TA7)

16、-Iat(s)(TA2+TA7)-Ia(A)11.051.11.151.21.251.31.351.4-505ETSDAC-(TA2+TA7)-Iat(s)(TA2+TA7)-Ia(A)第48頁/共71頁 區(qū)內(nèi)金屬性故障 K2點(diǎn)發(fā)生金屬性AN故障(A相單相接地)最大相對誤差和均方標(biāo)幺誤差統(tǒng)計(jì)(三位有效數(shù)字)誤差統(tǒng)計(jì)最大相對誤差均方標(biāo)幺誤差A(yù)相相B相相C相相A相相B相相C相相TV21.91%1.23%0.919%0.03050.01470.0156TV50.709%0.939%1.26%0.01630.01350.0134TA22.17%3.81%1.89%0.06600.03270.0325T

17、A50.258%4.27%0.0933%0.03400.02360.0221第49頁/共71頁 區(qū)外金屬性故障 K1點(diǎn)發(fā)生金屬性BN故障(B相單相接地)2TV上的A相電壓波形5TV上的A相電壓波形11.051.11.151.21.251.31.351.4-100-50050100EMTDC-TV2-Vat(s)TV2-Va(V)11.051.11.151.21.251.31.351.4-100-50050100ETSDAC-TV2-Vat(s)TV2-Va(V)11.051.11.151.21.251.31.351.4-100-50050100EMTDC-TV5-Vat(s)TV5-Va(V)

18、11.051.11.151.21.251.31.351.4-100-50050100ETSDAC-TV5-Vat(s)TV5-Va(V)第50頁/共71頁 區(qū)外金屬性故障 K1點(diǎn)發(fā)生金屬性BN故障(B相單相接地)11.051.11.151.21.251.31.351.4-1-0.500.5EMTDC-(TA2+TA7)-Iat(s)(TA2+TA7)-Ia(A)11.051.11.151.21.251.31.351.4-1-0.500.5ETSDAC-(TA2+TA7)-Iat(s)(TA2+TA7)-Ia(A)11.051.11.151.21.251.31.351.4-1-0.500.51E

19、MTDC-TA5-Iat(s)TA5-Ia(A)11.051.11.151.21.251.31.351.4-1-0.500.51ETSDAC-TA5-Iat(s)TA5-Ia(A)(2TA+7TA)上的A相電流波形5TA上的A相電流波形第51頁/共71頁 區(qū)外金屬性故障 K1點(diǎn)發(fā)生金屬性BN故障(B相單相接地)誤差統(tǒng)計(jì)最大相對誤差均方標(biāo)幺誤差A(yù)相相B相相C相相A相相B相相C相相TV20.84%3.76%0.540%0.01390.02110.0133TV51.13%0.291%1.85%0.01280.01400.0128TA20.112%1.26%0.0150%0.03130.08160.0

20、310TA50.0461%0.0161%0.0651%0.02640.03470.0238最大相對誤差和均方標(biāo)幺誤差統(tǒng)計(jì)(三位有效數(shù)字)第52頁/共71頁 發(fā)展性故障 K2點(diǎn)發(fā)生AN故障, 20ms后K2點(diǎn)又發(fā)生BN故障2TV上的A相電壓波形5TV上的A相電壓波形0.90.9511.051.11.151.21.251.31.35-150-100-50050100150200EMTDC-TV2-Vat(s)TV2-Va(V)0.90.9511.051.11.151.21.251.31.35-150-100-50050100150200ETSDAC-TV2-Vat(s)TV2-Va(V)0.90.

21、9511.051.11.151.21.251.31.35-150-100-50050100150EMTDC-TV5-Vat(s)TV5-Va(V)0.90.9511.051.11.151.21.251.31.35-150-100-50050100150ETSDAC-TV5-Vat(s)TV5-Va(V)第53頁/共71頁 發(fā)展性故障 K2點(diǎn)發(fā)生AN故障, 20ms后K2點(diǎn)又發(fā)生BN故障0.90.9511.051.11.151.21.251.31.35-505EMTDC-(TA2+TA7)-Iat(s)(TA2+TA7)-Ia(A)0.90.9511.051.11.151.21.251.31.3

22、5-505ETSDAC-(TA2+TA7)-Iat(s)(TA2+TA7)-Ia(A)0.90.9511.051.11.151.21.251.31.35-1.5-1-0.500.511.5EMTDC-TA5-Iat(s)TA5-Ia(A)0.90.9511.051.11.151.21.251.31.35-1.5-1-0.500.511.5ETSDAC-TA5-Iat(s)TA5-Ia(A)(2TA+7TA)上的A相電流波形5TA上的A相電流波形第54頁/共71頁 發(fā)展性故障 K2點(diǎn)發(fā)生AN故障, 20ms后K2點(diǎn)又發(fā)生BN故障誤差統(tǒng)計(jì)最大相對誤差均方標(biāo)幺誤差A(yù)相相B相相C相相A相相B相相C相相

23、TV20.877%1.20%0.161%0.01520.02000.0136TV50.886%0.233%0.773%0.01780.02380.0145TA20.110%0.0949%1.53%0.1170.09580.0473TA50.943%2.24%0.882%0.04780.04210.0338最大相對誤差和均方標(biāo)幺誤差統(tǒng)計(jì)(三位有效數(shù)字)第55頁/共71頁 其他對比故障 功率倒向試驗(yàn)； 區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障； 區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)區(qū)外故障； 經(jīng)過渡電阻短路； 解合環(huán)及手合操作； 弱饋試驗(yàn)； 距離I段的暫態(tài)超越；第56頁/共71頁 對比結(jié)論：通過已做算例的波形對比，可以發(fā)現(xiàn)ETSDAC程序和EMTDC程

24、序在已做的各種故障情況下，仿真結(jié)果擬合得很好，基本一致。總體來說，ETSDAC程序和EMTDC計(jì)算結(jié)果是很吻合的，這說明了ETSDAC程序仿真算法的正確性。第57頁/共71頁5 電磁暫態(tài)仿真后續(xù)功能開發(fā)第58頁/共71頁 風(fēng)電模型開發(fā) 單籠電機(jī) 雙籠電機(jī) 繞線電機(jī) 風(fēng)速模型第59頁/共71頁 Facts模型開發(fā) TCSC模型 STATCOM模型 特高壓直流模型開發(fā)第60頁/共71頁6 后臺并行計(jì)算程序調(diào)試第61頁/共71頁 / root file system /rootroot home directory /bootsystem boot files /etc system configu

25、ration files /homelocal users file /bin binary files /sbin system binary files Linux系統(tǒng)文件結(jié)構(gòu)第62頁/共71頁 /usr applications installed directory /usr/bin & /usr/sbin/users binary files /usr/lib& /usr/lib64users library /lib & /lib6432 bit & 64bit system library files /var system log file , mail /devsystem devices /procprocess information pseudo-filesystem第63頁/共71頁Login & Logout；Alt + ctrl + Fn，login，rsh，sshlogout，exitPowero