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1、电磁暂态仿真中国电力科学研究院2010-4-211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21 电磁暂态仿真的基本概念3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；4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和过电流
2、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；5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。62 电磁暂态仿真的功能特点7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工作量。可模拟各种类型的故障。8提供十二大类多种常用电力系统设备的
3、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。9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10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。11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IY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
4、时值模型，积分步长一般为20-200微秒12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13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14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。15图形化界面操
5、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。16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。17简单方便的网络划分方式：在图形上用鼠标划分子网。18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。19物理装置接口可设置任意数目输入输出信号。20用户自定义接口：方便灵活的实现模型功能。21曲线设置和回放：曲线阅览室。22计算结果输出支持excel格式和txt格式。23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
6、；智能的反馈：结果摘要信息在任务提交界面即时显示；24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。253 电磁暂态仿真算例搭建过程26电磁暂态计算流程：27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ip_100m=192.168.1.10“name_1
7、000m=“g0110“ 千兆以太网ip_1000m=10.10.10.10cpu_num=“8“ cpu数量28配置文件PCNODE.cfg (机电&电磁) ：记录本地工作计算机ip地址信息； node_no=0“name_100m=WorkStationip_100m=192.168.1.101“name_1000m=WorkStation ip_1000m=192.168.1.101“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。29配置文件STPARA.cfg (机电) ：记录管理节点ip，各种情况下计算命令；CmdServerIP=192.168.1.251 命令服务
8、器ipCmdServerPort=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#机电暂态#myrinet网 机电暂态并行计算程序STPARAMyri=/export/run/pst_myri_intel.exe30配置文件EMTPARA.cfg (电磁) ：记录管理节点ip，各种情况下计算命令；CmdServerIP=192.168.1.251CmdServerPort=3333#myrinet网 MPI程序启动命令MPIRUNMyri = /opt/mpigm/bin/mpirun#
9、电磁暂态#myrinet网 电磁暂态并行计算程序EMTPARAMyri=/export/run/acdc_myri_intel.exe31配置文件PID-B1.CFG (机电&电磁) ：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：0-7channel_no=“0“ 通道：模拟量0-7数字量0-1532数据准备：110kV110kV继电保护标准测试算例继电保护标准测试
10、算例系统单线图系统单线图 33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34双击元件填入系统参数：35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 36输出曲线设置：37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；38串行计算启动结果查看：曲线阅览室39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
11、 J侧节点分网侧节点分网40计算节点机选择及任务提交41计算网络选择及启动计算42曲线查看：同串行计算报表输出：434 电磁暂态仿真正确性验证44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。45ETSDAC算例46EMTDC-PSCAD算例47区内金属性故障K2点发生金属性AN故障(A相单相接地)2TV上的A相电压波形5TV上的A相电压波形48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49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
12、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%0.06600.03270.0325TA50.258%4.27%0.0933%0.03400.02360.022150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51区外金属性故障K1点发生金属性BN故障(B相单相接地)(2TA+7TA)上的A相电流波形
13、5TA上的A相电流波形52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%0.03130.08160.0310TA50.0461%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)53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
14、的A相电压波形54发展性故障K2点发生AN故障, 20ms后K2点又发生BN故障(2TA+7TA)上的A相电流波形5TA上的A相电流波形55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
15、差统计(三位有效数字)56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；57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。585 电磁暂态仿真后续功能开发59风电模型开发单笼电机双笼电机绕线电机风速模型60Facts模型开发TCSC模型STATCOM模型特高压直流模型开发616 后台并行计算程序调试62/ root
16、 /rootroot home directory/bootsystem boot files/etc system configuration files/homelocal users file/bin binary files/sbin system binary filesLinux系统文件结构63/usr applications installed directory/usr/bin & /usr/sbin/users binary files/usr/lib& /usr/lib64users library/lib & /lib6432 bit & 64bit system li
17、brary files/var system log file , mail/devsystem devices/procprocess information pseudo-64Login & Logout；Alt + ctrl + Fn，login，rsh，sshlogout，exitPoweroff & Restart；poweroff，halt，shutdown，init 0reboot，shutdown r，init 6Prompt ；u h W$Help；man，info cd，ls，pwd，mkdir，rmdir， rm ，mv，cp cat，more，less，head，tai
18、l clear，date，cal，clock，uname piep | ，grep ， ，PATH，*，？，$，su w，who，lastLinux常用命令65Linux登录工具：SshClient.exe66SshClient用户名/密码：root/111111常用命令：rootconsole lib#Root：登录用户名；Console：所在节点机名； 操作台Lib：当前目录；# ：命令提示符；67常用命令：# rsh c0101：跳转到c0101节点；# cd root： 进入当前目录下级root目录；# cd /root： 进入根目录下级root目录；# cd .：退回上级目录；# l
19、s：列出当前目录下所有文件；# ls mysql*：列出当前目录下所有mysql开头；# ll： 列出文件详细信息；# mkdir temp：在当前目录下建立temp目录；68常用命令：# rm 文件名：删除指定文件，支持通配符；# rm f 文件名：强制删除文件，没有提示；# rm Rf 文件夹名：强制删除指定目录；# mv 原文件名 新文件名：文件更名；# cp 原路径/文件名 新路径/文件名：复制文件到新的位置；# ps A：列出当前活动进程；# kill -9 进程号：杀死指定进程；69系统启动：先启动console节点；（1.251）console节点启动后启动其他节点；70谢 谢！71
