ADPSS电磁暂态仿真培训PPT课件

1、主要内容1 电磁暂态仿真的基本概念2 电磁暂态仿真的功能特点3 电磁暂态仿真算例搭建过程4 电磁暂态仿真正确性验证5 电磁暂态仿真后续功能开发6 后台并行计算程序调试第1页/共71页1 电磁暂态仿真的基本概念第2页/共71页 电磁暂态仿真基本概念 电磁暂态过程主要指各元件中电场和磁场以及相应的电压和电流的变化过程； 变化快，持续时间短，频率高达几千Hz； 时域仿真，积分步长微秒级，一般20-200微秒； 模型：发电机一般为详细的Park方程模型，网络采用三相瞬时值模型，微分方程描述；第3页/共71页 电磁暂态仿真用途 分析和计算故障或操作后可能出现的暂态过电压和过电流； 根据所得到的暂态过电压

2、和过电流对相关电力设备进行合理设计，确定已有设备能否安全运行，并研究相应的限制和保护措施； 过电压过电流，次同步振荡，自励磁，铁磁谐振，电力电子装置, 包括直流输电(HVDC)、灵活交流输电(FACTS)装置；第4页/共71页 电磁暂态仿真方法 采用带阻尼的梯形隐式积分法求解集中参数电路中的暂态过程； 采用贝瑞隆法求解分布参数线路中的波过程； 二者结合组成统一的暂态等值计算网络； 用稀疏矩阵LU分解法求解网络节点电压。第5页/共71页2 电磁暂态仿真的功能特点第6页/共71页 采用带阻尼的隐式梯形积分法，避免开关动作后，系统仿真发生数值振荡 可共享机电暂态的数据?，大大减少了电磁暂态数据录入的

3、工作量。 可模拟各种类型的故障。第7页/共71页 提供十二大类多种常用电力系统设备的电磁暂态模型，并且不断开发补充新的程序模型。 旋转电机。 线路。 变压器。 继电保护元件。 开关刀闸。 故障元件。第8页/共71页 具备模拟电力系统常规元件电磁暂态过程的功能。发电机电磁功率曲线 故障线路三相电压曲线第9页/共71页 电磁暂态过程并行计算方法采用节点分裂法与分布参数线路解耦法相结合，实现实时或超实时电磁暂态仿真。 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页/共71页 具备与机电暂态程序联合计算的程序接口，可以进行大规模电力系统的实时动态仿真，解决了大容量电力电子设备与大电网相互影响仿真准确度的技术难题。 机电暂态网络I Y 电磁暂态网络的诺顿等值电路 (三序相量形式）电磁暂态网络 ERLC机电暂态网络的戴维南等值电路（三相瞬时值形式)采用相量模型，积分步长一般为10毫秒采用三相瞬时值模型，积分步长一般为20-200微秒第

5、11页/共71页 可以通过物理接口接入继电保护和自动装置等物理设备进行开关动作和闭环控制，对通用控制和测量装置的产品开发和试验研究。电磁暂态实时仿真数据输出输入物理装置D/A有效值/瞬时值电压电流A/DDIO开关信号电压电流第12页/共71页 实现大规模交直流系统的实时仿真，可以进行大系统背景下的直流控制装置试验。ABC直流网络1234IIIi1i2i3i4i12i34pABpACpBApBCpCApCBpac1pdc1pdc2Vac1Vac2pac2交流网络第13页/共71页 用户界面成熟友好，是支持单线图图形绘制、元件数据录入编辑、计算环境设置、结果显示及曲线报表输出的集成环境。第14页/

6、共71页 图形化界面操作方便，元件显示方式可用单线图方式、多线图方式、或由用户定制，对话框方式录入参数，方便易用。第15页/共71页 提供子电路元件，电路图可分层次显示，并具有“多层嵌套”的结构，结构清晰。第16页/共71页 简单方便的网络划分方式：在图形上用鼠标划分子网。第17页/共71页 提供两种计算方式：方便的本地计算方式，和高速的后台并行计算方式。第18页/共71页 物理装置接口可设置任意数目输入输出信号。第19页/共71页 用户自定义接口：方便灵活的实现模型功能。第20页/共71页 曲线设置和回放：曲线阅览室。第21页/共71页 计算结果输出支持excel格式和txt格式。第22页/

7、共71页 后台并行计算机群介绍： 通用的服务器：联想、曙光、惠普等； 统一配置的服务：管理、通讯、计算、实时性； 简单的操作：一次提交计算，其他不需用户干预； 智能的反馈：结果摘要信息在任务提交界面即时显示；第23页/共71页 后台并行计算网络通讯方式： 千兆以太网：g 备用计算网络，带宽较低，通讯耗时多； Myrinet： 采用光纤通讯，结合分网并行计算方式，不控制下可以实现超实时计算； 严格控制计算时间和实际时间按照1：1比例进行仿真，可以达到严格的实时计算，主要用于物理接口带实际装置进行试验。第24页/共71页3 电磁暂态仿真算例搭建过程第25页/共71页 电磁暂态计算流程： 数 据 录

8、 入 和 编 辑 数 据 文 件 执 行 计 算 结 果 的 编 辑 和 输 出 报 表 方 式 曲 线 方 式 结 果 文 件 网 络 分 割 方 案 定 义 网 络 划 分 图 形 方 式 任 务 提 交 图 形 方 式 任 务 分 配 本 地 计 算 服 务 器 计 算 第26页/共71页 配置文件PCNODE.cfg(机电&电磁)： 记录节点机群通讯ip地址与硬件信息； node_no=“10” 10号节点 name_100m=“c0110“ 百兆以太网 name_1000m=“g0110“ 千兆以太网 cpu_num=“8“ cpu数量第27页/共71页 配置文件PCNODE

9、.cfg (机电&电磁) ： 记录本地工作计算机ip地址信息； node_no=0“ name_100m=WorkStation ip_100m=“ name_1000m=WorkStation ip_1000m= 如果进行并行计算，需要将标有的最后一行中相关ip改为本机ip。第28页/共71页 配置文件STPARA.cfg (机电) ： 记录管理节点ip，各种情况下计算命令； 命令服务器ip CmdServerPort=3333 命令服务器端口 #myrinet网 MPI程序启动命令 MPI (并行计算) MPIRUNMyri = /opt/mpigm/bin/mpirun #机电暂

10、态 #myrinet网 机电暂态并行计算程序 STPARAMyri=/export/run/pst_myri_intel.exe第29页/共71页 配置文件EMTPARA.cfg (电磁) ： 记录管理节点ip，各种情况下计算命令； CmdServerPort=3333 #myrinet网 MPI程序启动命令 MPIRUNMyri = /opt/mpigm/bin/mpirun #电磁暂态 #myrinet网 电磁暂态并行计算程序 EMTPARAMyri=/export/run/acdc_myri_intel.exe第30页/共71页 配置文件PID-B1.CFG (机电&电磁) ：

11、记录物理接口通道设置情况； valid=“1” 有效； node_no=“9“ 连接节点机，对应pcnode； phybox_no=“0“ 接口箱编号：0/1； signal_type=“AO“ 信号类型： AI/AO/DI/DO(相对于仿真系统)； slot_no=“0“ 板卡槽号：0-7 channel_no=“0“ 通道：模拟量0-7数字量0-15第31页/共71页 数据准备：110kV110kV继电保护标准测试算例继电保护标准测试算例系统单线图系统单线图 K10 K11 K12 K3 G1 PL=100MW 100km 110kV 1000MVA 10.5/115kV N L PT C

12、T 保护装置 Pg=200MW 第32页/共71页 在绘图窗口中搭建对应算例：110kV110kV继电保护标准测试算例继电保护标准测试算例第33页/共71页 双击元件填入系统参数：第34页/共71页 填写潮流输入：母线初始潮流输入母线初始潮流输入 发电机初始潮流输入发电机初始潮流输入 第35页/共71页 输出曲线设置：第36页/共71页 仿真参数设置： 系统基准容量； 系统仿真频率：50Hz or 60Hz； 系统积分方法： 梯形隐式积分法； 后退欧拉法； 带阻尼的梯形隐式积分法；（突变时有效） 仿真总时长、仿真步长、输出步长； 是否存在物理接口，是否进行时间控制；第37页/共71页 串行计算

13、启动 结果查看：曲线阅览室第38页/共71页 并行计算的网络方案划分分分2 2个子网，联络元件为变压器，按个子网，联络元件为变压器，按J J侧节点分网侧节点分网第39页/共71页 计算节点机选择及任务提交第40页/共71页 计算网络选择及启动计算第41页/共71页 曲线查看：同串行计算 报表输出：第42页/共71页4 电磁暂态仿真正确性验证第43页/共71页 对比验证：用ETSDAC和EMTDC-PSCAD程序分别对江苏电网高压线路保护数模试验方案进行建模仿真，并将结果进行对比。第44页/共71页 ETSDAC算例第45页/共71页 EMTDC-PSCAD算例第46页/共71页 区内金属性故障

14、 K2点发生金属性AN故障(A相单相接地)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相电压波形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相电压波形第47页/共71页 区内金属性故障 K2点发生金属性AN故障(A相单相接地)(2TA+7TA)上的A相电流波形5TA上的A相电流波形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页/共71页 区内金属性故障 K2点发生金属性AN故障(A相单相接地)最大相对误差和均方标幺误差统计(三位有效数字)误差统计最大相对误差均方标幺误差A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页/共71页 区外金属性故障 K1点发生金属性BN故障(B相单相接地)2TV上的A相电压波形5TV上的A相电压波形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页/共71页 区外金属性故障 K1点发生金属性BN故障(B相单相接地)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相电流波形5TA上的A相电流波形第51页/共71页 区外金属性故障 K1点发生金属性BN故障(B相单相接地)误差统计最大相对误差均方标幺误差A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最大相对误差和均方标幺误差统计(三位有效数字)第52页/共71页 发展性故障 K2点发生AN故障, 20ms后K2点又发生BN故障2TV上的A相电压波形5TV上的A相电压波形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页/共71页 发展性故障 K2点发生AN故障, 20ms后K2点又发生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相电流波形5TA上的A相电流波形第54页/共71页 发展性故障 K2点发生AN故障, 20ms后K2点又发生BN故障误差统计最大相对误差均方标幺误差A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最大相对误差和均方标幺误差统计(三位有效数字)第55页/共71页 其他对比故障 功率倒向试验； 区外转区内故障； 区内转区外故障； 经过渡电阻短路； 解合环及手合操作； 弱馈试验； 距离I段的暂态超越；第56页/共71页 对比结论：通过已做算例的波形对比，可以发现ETSDAC程序和EMTDC程

24、序在已做的各种故障情况下，仿真结果拟合得很好，基本一致。总体来说，ETSDAC程序和EMTDC计算结果是很吻合的，这说明了ETSDAC程序仿真算法的正确性。第57页/共71页5 电磁暂态仿真后续功能开发第58页/共71页 风电模型开发 单笼电机 双笼电机 绕线电机 风速模型第59页/共71页 Facts模型开发 TCSC模型 STATCOM模型 特高压直流模型开发第60页/共71页6 后台并行计算程序调试第61页/共71页 / 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系统文件结构第62页/共71页 /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页/共71页Login & Logout；Alt + ctrl + Fn，login，rsh，sshlogout，exitPowero