广东水利电力职业技术学院学报
第3卷第2期2005年6月
JournalofGuangdongTechnicalCollegeofWater
ResourcesandElectricEngineering
Vol.3No.2Jun.2005
ATPDraw及其在输电线操作过电压中的应用研究
高爱云
(广东水利电力职业技术学院,广东广州 510635)
摘 要:介绍ATPDraw的发展、数据文件、模型库及其功能,运用ATPDraw对空载线路合闸引起的操作过电压过程进行仿真计算,并对结果进行分析,仿真结果的正确性证明ATPDraw为研究输电线操作过电压提供了一种有效的仿真工具。关键词:ATPDraw;输电线;操作过电压
中图分类号:TM743 文献标识码:A 文章编号:1672-2841(2005)02-0049-03
(4)饱和变压器模型,可考虑变压器的磁化特性曲线;(5)控制开关模型,包括时控、压控开关,二极管、晶闸管
1 引言
电力系统暂态程序EMTP是目前国际通用的一种仿真程序,最初由加拿大H.W.Dommel教授创立,经过很多专家的共同努力而不断完善[1]。其中,欧洲一些公司和大学在欧洲成立了ATPEMTP一直发展到现在,多用户,特别是ATPDraw的开发,的方式,,件参数,,使用起来非常方便。
[2]
等;
(,除
(,,;
(),包括电动机和发电机等;(8)TACS模型,包括控制系统及传函等;
(9)测量元件,用于输出单相或三相电压和电流。
2.3 ATPDraw的功能
(1)计算电力系统的暂态变化过程,电磁暂态的初始值
2 ATPDraw简介
2.1 ATPDraw的数据文件
ATPDraw的核心仍是ATP,不同之处是ATPDraw增加了
可自动由程序决定,也可人为地送入,或二者结合;
(2)运用各类型的开关(时控、压控等)模拟断路器、间隙
放电以及网络联接的变化;
(3)电磁波在换位或不换位的分布参数输电线路上的传
图形化界面,用户不必填写数据卡片,只需从模型库中选出所需的电路元件及绘成电路图的工程文件(3.adp)。点击
ATP/MakeFileAs,将工程文件(3.adp)转换为ATP数据文件(3.atp),其格式与手动填写的数据卡片相同,可输入到ATP
播过程,其线路可分为无损耗、频率特性等类型;
(4
)计算电力系统中的工频过电压;
(5)变压器模型中包含饱和特性,可用来分析励磁涌流,
程序中运行,也可直接点击ATP/RunAtp,自动运行ATP程序对电力网络进行计算,计算结果可通过点击ATP/EditLIS-file以文本格式查看,也可点击Atp/Plot直观地观察输出电
也可用来计算磁滞回线;
(6)分析含电力电子元件[5～6]及控制电路的电力网络的
压、电流等的曲线。
暂态过程;
(7)分析电动机的启动特性、机械特性等;(8)分析发电机的次同步谐振等。
2.2 ATPDraw的模型库
(1)简单的RLC集中参数元件;
(2)非线性元件,如避雷器、非线性电感等;
(3)架空线模型,包括Clarke模型,用于均匀换位线
总之,ATPDraw是一种进行电力系统仿真的强大工具,不仅能用来研究电力系统的电磁暂态过程,而且可用来求解一般的电气电子线路,以及能求解等价地用电气电路来分析的任何问题。
路[3];KCLee模型,用于不换位线路;J.Marti模型,用于计及线路参数频率特性的计算收稿日期:2005201217
作者简介:高爱云,硕士,研究方向:电力系统故障诊断与继电保护。
[4]
;
3 ATPDraw在输电线操作过电压中的应用
图1为仿真用三相均匀换位输电线,长300km,电压Ω;单位长度零序电感500kV,空载;电源电抗263.2
0.00207501H/km,单位长度正、负序电感0.000885H/km;单位
50广东水利电力职业技术学院学报 第3卷
分别为线路单位长度的电感和电容值。
对本例来说,线路长度l=300km,波速v=1/
1C1=
μF/km,单位长度正、长度零序电容0.0090669负序电容μF/km;为便于观察过电压倍数,取三相对称电源0.01317570
),ujc=cos(314t+电压uja=cos(314t),ujb=cos(314t-120°)
。120°
μs,近似取1毫秒。也就是292847km/s,传播时间τ=1024.4
说,经过1毫秒电磁波才由线路首端传至末端,这与图4恰好吻合。
同时,由图3和图4可看出,末端电压不仅高于电源电压,而且高于首端电压,这是由电容充电电流造成的,且线路越长,末端电压越高[7]。本例中线路首、末端电压分别接近于电源电压的三倍(图3)和3.5倍(图4),如此高的过电压对保护电器的灭弧能力和绝缘水平等提出了非常高的要求,不
图1 三相输电线路
运用ATPDraw画出的电路如图2
所示
利于系统的经济性。工程人员可通过实验来研究操作过电压,但投资大、占用场地大、甚至有可能烧毁设备;若采用仿真工具,如ATPDraw,则可以克服这种做法以上缺点,并且用户可方便地运用ATPDraw反复分析及研究影响操作过电压的参数及减小过电压倍数的措施,这正是仿真方法的优势所在。
图2 三相线路空载合闸
μs,t=0时刻开关合上。输计算过程中取步长△t=100电线上出现过电压,以A相为例,
其首末两端过电压如图3和图4所示。
4 结论
,
。本文对、,并以500kV
,。计算结,从而证明了ATPDraw在输电线操作过电压仿真研究中具有一定的精确度。参考文献:
[1][加拿大]DommelHW著,李永庄,林集明,曾昭华译.电
力系统电磁暂态计算理论[M].北京:水利电力出版社,
图3 首端A相过电压
1991.
[2]钱鑫,李琥,施围.电力系统仿真计算软件介绍[J].继
电器,2002,(1):43-46.
[3]夏道止主编.电力系统分析(下册)[M].北京:水利电力
出版社,1995.
[4]MartiJR.AccurateModellingofFrequency-Dependent
TransmitionLinesinElectromagneticTransientSimulation[J].IEEETransactionsonPowerApparatusandSystems.1982,101(1):147-157.
图4 末端A相过电压
由图3和图4可看出,分布参数的存在使得线路首、末两端的电压并非同时变化,而是末端电压滞后于首端电压一个时间差。这是因为在开关合闸于空载线路后的暂态变化过程中,电磁波从线路首端传播到末端,其传播时间与线路长度和波阻抗有关,计算公式为
τ=l/v=l/
1C1
[5]ChidaT,SatoY,SugawaraJ,etal.Simulationstudyofuni2
fiedpowerflow
controller[J].ELECTRENGJPN,1999,127(1):23-30.
[6]HanBM,KaradyGG,ParkJK,etal.Interactionanalysis
modelfortransmissionstaticcompensatorwithEMTP[J].IEEETPOWERDELIVER,OCT1998,13(4):1297-1302.[7]胡国根,王战铎主编.高电压技术[M].重庆:重庆大学
出版社,1996.
式中τ,为传播时间;l为线路长度;v为传播速度;L1、C1
第2期 高爱云:ATPDraw
及其在输电线操作过电压中的应用研究51
ATPDrawanditsApplicationonSwitchingOvervoltage
ofTransmissionLines
GAOAi-yun
(GuangdongTechnicalCollegeofWaterResourcesandElectricEngineering,Guangzhou510635,China)
Abstract:Development,datafiles,modelsandapplicationofATPDrawareintroducedinthispaper.Switchingovervolt2ageproducedbyenergizingtransmissionlinesundernoloadissimulatedusingATPDrawandsimulatingresultsareana2lyzed.CorrectnessofsimulatingresultsprovesthatATPDrawisaneffectivetoolforstudyingswitchingovervoltageoftransmissionlines.
Keywords:ATPDraw;transmissionlines;switchingovervoltage
我院教职工参加水利厅“水利之歌”征文比赛喜获佳绩
为了繁荣水利文化,水利厅机关于2004年5月举办了面向厅直属系统的“水利之歌”征文比赛。我院教
职工踊跃参与,学院党委办公室共推荐了15篇作品参赛。经广东省当代文艺研究所、广东省艺术研究所、《广东艺术》编辑部有关专家的认真评选,我院有5篇作品获奖,其中一、二、三等奖得主分别为我院的李穗芬、徐伟、李伟德、王志慧、李娜老师。同时,我院也是参赛和获奖作品数量最多的厅直属单位。
广东水利电力职业技术学院学报
第3卷第2期2005年6月
JournalofGuangdongTechnicalCollegeofWater
ResourcesandElectricEngineering
Vol.3No.2Jun.2005
ATPDraw及其在输电线操作过电压中的应用研究
高爱云
(广东水利电力职业技术学院,广东广州 510635)
摘 要:介绍ATPDraw的发展、数据文件、模型库及其功能,运用ATPDraw对空载线路合闸引起的操作过电压过程进行仿真计算,并对结果进行分析,仿真结果的正确性证明ATPDraw为研究输电线操作过电压提供了一种有效的仿真工具。关键词:ATPDraw;输电线;操作过电压
中图分类号:TM743 文献标识码:A 文章编号:1672-2841(2005)02-0049-03
(4)饱和变压器模型,可考虑变压器的磁化特性曲线;(5)控制开关模型,包括时控、压控开关,二极管、晶闸管
1 引言
电力系统暂态程序EMTP是目前国际通用的一种仿真程序,最初由加拿大H.W.Dommel教授创立,经过很多专家的共同努力而不断完善[1]。其中,欧洲一些公司和大学在欧洲成立了ATPEMTP一直发展到现在,多用户,特别是ATPDraw的开发,的方式,,件参数,,使用起来非常方便。
[2]
等;
(,除
(,,;
(),包括电动机和发电机等;(8)TACS模型,包括控制系统及传函等;
(9)测量元件,用于输出单相或三相电压和电流。
2.3 ATPDraw的功能
(1)计算电力系统的暂态变化过程,电磁暂态的初始值
2 ATPDraw简介
2.1 ATPDraw的数据文件
ATPDraw的核心仍是ATP,不同之处是ATPDraw增加了
可自动由程序决定,也可人为地送入,或二者结合;
(2)运用各类型的开关(时控、压控等)模拟断路器、间隙
放电以及网络联接的变化;
(3)电磁波在换位或不换位的分布参数输电线路上的传
图形化界面,用户不必填写数据卡片,只需从模型库中选出所需的电路元件及绘成电路图的工程文件(3.adp)。点击
ATP/MakeFileAs,将工程文件(3.adp)转换为ATP数据文件(3.atp),其格式与手动填写的数据卡片相同,可输入到ATP
播过程,其线路可分为无损耗、频率特性等类型;
(4
)计算电力系统中的工频过电压;
(5)变压器模型中包含饱和特性,可用来分析励磁涌流,
程序中运行,也可直接点击ATP/RunAtp,自动运行ATP程序对电力网络进行计算,计算结果可通过点击ATP/EditLIS-file以文本格式查看,也可点击Atp/Plot直观地观察输出电
也可用来计算磁滞回线;
(6)分析含电力电子元件[5～6]及控制电路的电力网络的
压、电流等的曲线。
暂态过程;
(7)分析电动机的启动特性、机械特性等;(8)分析发电机的次同步谐振等。
2.2 ATPDraw的模型库
(1)简单的RLC集中参数元件;
(2)非线性元件,如避雷器、非线性电感等;
(3)架空线模型,包括Clarke模型,用于均匀换位线
总之,ATPDraw是一种进行电力系统仿真的强大工具,不仅能用来研究电力系统的电磁暂态过程,而且可用来求解一般的电气电子线路,以及能求解等价地用电气电路来分析的任何问题。
路[3];KCLee模型,用于不换位线路;J.Marti模型,用于计及线路参数频率特性的计算收稿日期:2005201217
作者简介:高爱云,硕士,研究方向:电力系统故障诊断与继电保护。
[4]
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3 ATPDraw在输电线操作过电压中的应用
图1为仿真用三相均匀换位输电线,长300km,电压Ω;单位长度零序电感500kV,空载;电源电抗263.2
0.00207501H/km,单位长度正、负序电感0.000885H/km;单位
50广东水利电力职业技术学院学报 第3卷
分别为线路单位长度的电感和电容值。
对本例来说,线路长度l=300km,波速v=1/
1C1=
μF/km,单位长度正、长度零序电容0.0090669负序电容μF/km;为便于观察过电压倍数,取三相对称电源0.01317570
),ujc=cos(314t+电压uja=cos(314t),ujb=cos(314t-120°)
。120°
μs,近似取1毫秒。也就是292847km/s,传播时间τ=1024.4
说,经过1毫秒电磁波才由线路首端传至末端,这与图4恰好吻合。
同时,由图3和图4可看出,末端电压不仅高于电源电压,而且高于首端电压,这是由电容充电电流造成的,且线路越长,末端电压越高[7]。本例中线路首、末端电压分别接近于电源电压的三倍(图3)和3.5倍(图4),如此高的过电压对保护电器的灭弧能力和绝缘水平等提出了非常高的要求,不
图1 三相输电线路
运用ATPDraw画出的电路如图2
所示
利于系统的经济性。工程人员可通过实验来研究操作过电压,但投资大、占用场地大、甚至有可能烧毁设备;若采用仿真工具,如ATPDraw,则可以克服这种做法以上缺点,并且用户可方便地运用ATPDraw反复分析及研究影响操作过电压的参数及减小过电压倍数的措施,这正是仿真方法的优势所在。
图2 三相线路空载合闸
μs,t=0时刻开关合上。输计算过程中取步长△t=100电线上出现过电压,以A相为例,
其首末两端过电压如图3和图4所示。
4 结论
,
。本文对、,并以500kV
,。计算结,从而证明了ATPDraw在输电线操作过电压仿真研究中具有一定的精确度。参考文献:
[1][加拿大]DommelHW著,李永庄,林集明,曾昭华译.电
力系统电磁暂态计算理论[M].北京:水利电力出版社,
图3 首端A相过电压
1991.
[2]钱鑫,李琥,施围.电力系统仿真计算软件介绍[J].继
电器,2002,(1):43-46.
[3]夏道止主编.电力系统分析(下册)[M].北京:水利电力
出版社,1995.
[4]MartiJR.AccurateModellingofFrequency-Dependent
TransmitionLinesinElectromagneticTransientSimulation[J].IEEETransactionsonPowerApparatusandSystems.1982,101(1):147-157.
图4 末端A相过电压
由图3和图4可看出,分布参数的存在使得线路首、末两端的电压并非同时变化,而是末端电压滞后于首端电压一个时间差。这是因为在开关合闸于空载线路后的暂态变化过程中,电磁波从线路首端传播到末端,其传播时间与线路长度和波阻抗有关,计算公式为
τ=l/v=l/
1C1
[5]ChidaT,SatoY,SugawaraJ,etal.Simulationstudyofuni2
fiedpowerflow
controller[J].ELECTRENGJPN,1999,127(1):23-30.
[6]HanBM,KaradyGG,ParkJK,etal.Interactionanalysis
modelfortransmissionstaticcompensatorwithEMTP[J].IEEETPOWERDELIVER,OCT1998,13(4):1297-1302.[7]胡国根,王战铎主编.高电压技术[M].重庆:重庆大学
出版社,1996.
式中τ,为传播时间;l为线路长度;v为传播速度;L1、C1
第2期 高爱云:ATPDraw
及其在输电线操作过电压中的应用研究51
ATPDrawanditsApplicationonSwitchingOvervoltage
ofTransmissionLines
GAOAi-yun
(GuangdongTechnicalCollegeofWaterResourcesandElectricEngineering,Guangzhou510635,China)
Abstract:Development,datafiles,modelsandapplicationofATPDrawareintroducedinthispaper.Switchingovervolt2ageproducedbyenergizingtransmissionlinesundernoloadissimulatedusingATPDrawandsimulatingresultsareana2lyzed.CorrectnessofsimulatingresultsprovesthatATPDrawisaneffectivetoolforstudyingswitchingovervoltageoftransmissionlines.
Keywords:ATPDraw;transmissionlines;switchingovervoltage
我院教职工参加水利厅“水利之歌”征文比赛喜获佳绩
为了繁荣水利文化,水利厅机关于2004年5月举办了面向厅直属系统的“水利之歌”征文比赛。我院教
职工踊跃参与,学院党委办公室共推荐了15篇作品参赛。经广东省当代文艺研究所、广东省艺术研究所、《广东艺术》编辑部有关专家的认真评选,我院有5篇作品获奖,其中一、二、三等奖得主分别为我院的李穗芬、徐伟、李伟德、王志慧、李娜老师。同时,我院也是参赛和获奖作品数量最多的厅直属单位。