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基于电磁暂态仿真软件雷电过电压仿真误差研究李晓晨;陈昌雷【摘要】电磁暂态仿真软件(ATP-EMTP)是电力系统用于雷电暂态过电压仿真的主要软件,主要运用于电力系统的初步防雷保护设计以及对现有防雷措施进行改造研究.仿真结果的精确性直接关系到整个防雷保护设计以及改造的成效,因此对仿真软件的精确性研究至关重要.主要采用目前雷击输电线路仿真电路模型,对雷电流模型输出以及雷击点电流进行检测,同时对比计算出雷电流模型设置参数为3 kA以及雷击点作用电流3 kA两种情况下四点过电压的误差率.仿真实验结果得出了雷电流电源模型与实际作用电流的误差率,同时得到该雷电流误差率导致的各点过电压误差率.通过对仿真软件误差研究,不仅为提高雷电过电压仿真精确性提供了相应的参考意义,同时保证了电力系统的耐雷水平,降低了雷击跳闸率,提高电力系统的供电可靠性.【期刊名称】《电力与能源》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】5页(P273-277)【关键词】ATP-EMTP;防雷保护;雷电流;电压误差率;雷击跳闸率【作者】李晓晨;陈昌雷【作者单位】国网湖南省电力公司技术技能培训中心,长沙 410000;国网湖南省电力公司检修公司,长沙 410000【正文语种】中文【中图分类】TM862雷电过电压一直是影响电力系统供电可靠性的最主要威胁之一，无论是对于输配电线路还是对于变配电站，雷电是产生事故的主要原因。
因此对于雷电过电压的防护和治理都是电力系统不可懈怠的工作，目前大部分电力工作者在研究雷电过电压时都采用电磁暂态仿真软件(ATP-EMTP)对雷电过电压进行仿真[1]。
一旦发生雷击事故，雷电过电压对电力系统的影响较大，因此有必要对雷电仿真软件进行准确性分析和研究。
对于雷电过电压仿真主要采用的是雷电直击输电线路，在输电线路上产生雷电过电压，由于输电线路中的杆塔对于雷电流的泄流存在一定的时间特性，因此绝大多数的雷电流过电压会经过输电线路的传播对其他设备(变压器、变配电站低高、压设备)造成损害。
电力系统电磁暂态仿真模型研究在电力系统中，电磁暂态是指由于电力系统运行过程中突发的故障、开关操作或外界干扰等原因引起的瞬态过程。
电磁暂态对电力系统的稳定运行和设备的安全性具有重要的影响，因此研究电力系统电磁暂态仿真模型成为了电力系统领域的热点问题。
一、电磁暂态仿真模型的概念和意义电磁暂态仿真模型是指通过计算机建立的电力系统暂态过程的数学模型，它能够模拟电力系统在受到突发干扰时的电气行为，包括电压、电流、功率等。
研究电磁暂态仿真模型的意义在于能够预测电力系统在各种故障或异常情况下的响应，优化电力系统的运行，并加强对各种电气设备的保护。
二、电磁暂态仿真模型的建立方法1. 电磁暂态仿真模型的数学基础电力系统电磁暂态的数学建模通常采用电磁场理论、电路理论和数值计算方法等。
通过建立节点电压方程、支路电流方程等数学模型，可以准确描述电力系统暂态过程中的电磁现象。
2. 电磁暂态仿真模型的建立步骤电磁暂态仿真模型的建立通常包括以下几个步骤：(1) 收集电力系统拓扑结构和参数数据。
(2) 建立节点电压方程和支路电流方程并求解。
(3) 根据计算结果进行系统状态评估和故障诊断。
三、电磁暂态仿真模型的应用领域1. 电力系统的故障分析与诊断电磁暂态仿真模型可以用于电力系统的故障分析与诊断，通过模拟各种故障情况下的电气行为，可以准确判断故障的类型和位置，并提供相应的故障处理建议。
2. 电力系统的保护与控制电磁暂态仿真模型可以用于电力系统的保护与控制策略的设计和优化。
通过模拟各种保护与控制方案，可以评估其对电力系统暂态过程的影响，并提供最优的保护与控制策略。
3. 电力设备的设计与改进电磁暂态仿真模型可以用于电力设备的设计与改进。
通过模拟电力设备在暂态过程中的电气行为，可以评估其受干扰的程度和稳定性，并提供改进设计的建议。
四、电磁暂态仿真模型研究的趋势随着电力系统的规模和复杂度的增加，电磁暂态仿真模型研究也面临着新的挑战和需求。
电力系统仿真软件电力系统仿真软件简介一、PSAPAC简介: 由美国EPRI开发，是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。
功能：DYNRED（Dynamic Reduction Program）：网络化简与系统的动态等值，保留需要的节点。
LOADSYN（Load Synthesis Program）：模拟静态负荷模型和动态负荷模型。
IPFLOW（Interactive Power Flow Program）：采用快速分解法和牛顿－拉夫逊法相结合的潮流分析方法，由电压稳态分析工具和不同负荷、事故及发电调度的潮流条件构成。
TLIM（Transfer Limit Program）：快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限。
DIRECT：直接法稳定分析软件弥补了传统时域仿真工作量大、费时的缺陷，并且提供了计算稳定裕度的方法，增强了时域仿真的能力。
LTSP（Long Term Stability Program）：LTSP是时域仿真程序，用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程。
为了保证仿真的精确性，提供了详细的模型和方法。
VSTAB（Voltage Stability Program）：该程序用来评价大型复杂电力系统的电压稳定性，给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理。
为了估计电压不稳定状态，使用了一种增强的潮流程序，提供了一种接近不稳定的模式分析方法。
ETMSP（Extended Transient midterm Stability Program）：EPRI为分析大型电力系统暂态和中期稳定性而开发的一种时域仿真程序。
为了满足大型电力系统的仿真，程序采用了稀疏技术，解网络方程时为得到最合适的排序采用了网络拓扑关系并采用了显式积分和隐式积分等数值积分法。
SSSP(Small－signal Stability Program)：该程序有助于局部电厂模式振荡和站间模式振荡的分析，由多区域小信号稳定程序(MASS)及大型系统特征值分析程序（PEALS）两个子程序组成。
电力系统分析软件介绍1 EMTDC/PSCADEMTDC是一种世界各国广泛使用的电力系统仿真软件，PSCAD是其用户界面，一般直接将其称为PSCAD。
使得用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析，使电力系统复杂部分可视化成为可能。
PSCAD/EMTDC基于dommel电磁暂态计算理论，适用于电力系统电磁暂态仿真。
EMTDC（Electro Magnetic Transient in DC System）即可以研究交直流电力系统问题，又能完成电力电子仿真及其非线性控制的多功能工具。
PSCAD由Manitoba HVDC research center开发。
2 PSAPACPSAPAC由美国EPRI开发，是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。
其包含多个模块，其中部分模块可以单独使用。
模块和功能如下：DYNRED（Dynamic Reduction Program）：网络化简与系统的动态等值，保留需要的节点。
LOADSYN（Load Synthesis Program）：模拟静态负荷模型和动态负荷模型。
IPFLOW（Interactive Power Flow Program）：采用快速分解法和牛顿－拉夫逊法相结合的潮流分析方法，由电压稳态分析工具和不同负荷、事故及发电调度的潮流条件构成。
TLIM（Transfer Limit Program）：快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限。
DIRECT：直接法稳定分析软件弥补了传统时域仿真工作量大、费时的缺陷，并且提供了计算稳定裕度的方法，增强了时域仿真的能力。
LTSP（Long Term Stability Program）：LTSP是时域仿真程序，用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程。
为了保证仿真的精确性，提供了详细的模型和方法。
VSTAB（V oltage Stability Program）：该程序用来评价大型复杂电力系统的电压稳定性，给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理。
电力系统电磁暂态与EMTP仿真仿真一不考虑线路分布参数特性打开ATPDraw软件，依次从元件库中选取三相交流电源、三相耦合RLC支路、多想耦合RL电路、三相时控开关和三相π形电路，选取节点电压测量仪进行测量，仿真计算接线图如下图一所示：图一仿真一仿真计算接线图参数设定：首先是电源，电源为500KV三相交流电源，电源幅值设定为500KV，频率设为520HZ，选择为三相电路，如下图二所示：图二电源参数设置窗口电源内阻抗，三相RLC中，设置电阻为200Ω，电感和电容为零；三相等效耦合RLC电路参数如下图三所示；图三三相RLC参数设置窗口三相时控开关，开关设备初始状态设定为打开状态，它们在一下时间闭合，相角为零时，A相：20ms，B相：20.67ms，C相：33.33ms。
使得各相电路都是在电压达到峰值时合闸。
主要的是三相π电路的参数计算和设定，本提为三相均匀换位线路，L=0.00128167H/km，M=0.00039667H/km，C=0.0118061uF/km，K=0.0013696uF/km，线路长度为200km，经计算后的参数为下图四所示：图四三相π形电路参数设置窗口最后，再设定仿真参数，步长为 1.0E-5s，计算终止时间为0.2s。
运行ATP，再运行Plot，选取适当坐标，图形输出结果如下图五所示：图五θ=0时500kV空载线路侧首端A相电压当改变电源相角，把θ为0时候改成为30，三相时控开关A 相：21.67ms，B相：22.34ms，C相：35.00ms，输出结果如下图六所示：图六θ=30时500kV空载线路侧首端A相电压仿真二考虑线路分布参数特性500kV架空输电线路JMartin线路模型：在Lines/Cables中选取电缆模型[LCC]，其他元件可以参照仿真一选取。
仿真电路如下图七所示：图七仿真二仿真线路接线图双击“LCC”图标，打开架空线路参数对话框，如图八所示，其图八 500kV架空输电线路LCC模型参数对话框中系统模型（System typle）有架空线路（Overhead Line）、不带套管的电缆（Single Core Cables）和带套管的电缆（Enclosing Pipe）三项可选，这里选架空线路模型，在架空线路模型下的参数中，用于π形等值线路的换位检查项（Transposed）不选，其它选项如自动生成、趋肤效应、分段接地等都选上；Model/Type有常参数KCLee和Clack线路（Bergeron）、π形等值（PI）、JMarti、Noda和Semlyen分布参数模型五个选项，这里在模型选择框中选择“JMarti”；模型的标准数据（Standard date）栏，土壤电阻率设为100Ω·m，参数拟合初始的较低频率为0.005Hz，线路长度设为200km；公制和英制单位切换项中选择公制单位。
图形化电磁暂态仿真软件EMTP 2RV 及其应用曹玉胜,陈允平(武汉大学电气工程学院,武汉430072)摘 要:为在电力行业中推广基于Windows 平台的新一代图形化电磁暂态仿真工具EM TP 2RV (Restructured Version ),以便能高效研究电力系统及装置的动态行为,详细说明了该软件包的3个组成部分:EM TP 2RV 核心计算引擎、EM TPWorks 图形化编辑界面和ScopeView 可视化数据处理程序;描述了其主要元器件模型的基本功能;通过对1台35kV 、100MVA 静止无功补偿器(SVC )三相阀组动态开关过程的建模和仿真,演示了EM TP 2RV 的友好界面和强大功能。
结果表明,EM TP 2RV 有效简化了电力系统中暂态过程的研究工作,为复杂电力系统的仿真提供了有力支持。
关键词:电磁暂态;软件仿真;开关暂态;EM TP ;SVC ;ScopeView 中图分类号:TM743;TM86文献标志码:A 文章编号:100326520(2007)0720154205基金资助项目:湖北自然科学基金(2005ABA289)。
Project Supported by Natural Science Foundation of Hubei Province (2005ABA289).Application of EMTP 2RV G raphic Soft w areof Electromagnetic T ransient SimulationCAO Yu 2sheng ,C H EN Yun 2ping(School of Elect rical Engineering ,Wuhan U niversity ,Wuhan 430072,China )Abstract :In order to introduce how to use EM TP 2RV (Restructured Version ),a new generation Windows 2platform 2based graphic software of electromagnetic transient simulation which is developed by EM TP 2DCG (Development Co 2ordination Group ),and to efficiently research and simulate the dynamic processes of power system and its apparatu 2ses ,this paper elaborates the basic features of three components of the software package :EM TP 2RV core computa 2tion engine ,graphical user interface EM TPWorks and signal post 2processing program ScopeView.Meanwhile ,the libraries which include most important device models are depicted.A 35kV ,100MVA Static Var Compensator sim 2ulation model was constructed to simulate the switching processes of its three 2phase thyristors.The intuitive and us 2er 2friendly Graphical User Interface and powerf ul computation engine of EM TP 2RV is vividly demonstrated by the modeling and simulation processes of SVC.The results of simulation proved that EM TP 2RV can be effectively used to simplify the research task of electromagnetic transient simulations in power system ,and provide powerf ul aid to power engineers on the simulation of complicated power system.Its wide application will benefit the development of whole power industry.K ey w ords :electromagnetic transients ;software simulation ;switch transients ;EM TP ;SVC ;ScopeView0 引 言现代电力系统是集发电、输电、配电和用电为一体的复杂非线性网络系统。
电力系统电磁暂态与EMTP仿真
仿真一
不考虑线路分布参数特性
打开ATPDraw软件，依次从元件库中选取三相交流电源、三相耦合RLC支路、多想耦合RL电路、三相时控开关和三相π形电路，选取节点电压测量仪进行测量，仿真计算接线图如下图一所示：
图一仿真一仿真计算接线图
参数设定：首先是电源，电源为500KV三相交流电源，电源幅值设定为500KV，频率设为520HZ，选择为三相电路，如下图二所示：
图二电源参数设置窗口
电源内阻抗，三相RLC中，设置电阻为200Ω，电感和电容为零；三相等效耦合RLC电路参数如下图三所示；
图三三相RLC参数设置窗口
三相时控开关，开关设备初始状态设定为打开状态，它们在一下时间闭合，相角为零时，A相：20ms，B相：20.67ms，C相：33.33ms。
使得各相电路都是在电压达到峰值时合闸。
主要的是三相π电路的参数计算和设定，本提为三相均匀换位线路，L=0.00128167H/km，M=0.00039667H/km，C=0.0118061uF/km，K=0.0013696uF/km，线路长度为200km，经计算后的参数为下图四所示：
图四三相π形电路参数设置窗口
最后，再设定仿真参数，步长为 1.0E-5s，计算终止时间为0.2s。
运行ATP，再运行Plot，选取适当坐标，图形输出结果如下图五所示：
图五θ=0时500kV空载线路侧首端A相电压当改变电源相角，把θ为0时候改成为30，三相时控开关A 相：21.67ms，B相：22.34ms，C相：35.00ms，输出结果如下图六所示：
图六θ=30时500kV空载线路侧首端A相电压
仿真二
考虑线路分布参数特性
500kV架空输电线路JMartin线路模型：在Lines/Cables中选取电缆模型[LCC]，其他元件可以参照仿真一选取。
仿真电路如下图七所示：
图七仿真二仿真线路接线图
双击“LCC”图标，打开架空线路参数对话框，如图八所示，其
图八 500kV架空输电线路LCC模型参数对话框
中系统模型（System typle）有架空线路（Overhead Line）、不带套管的电缆（Single Core Cables）和带套管的电缆（Enclosing Pipe）三项可选，这里选架空线路模型，在架空线路模型下的参数中，用于π形等值线路的换位检查项（Transposed）不选，其它选项如自动生成、趋肤效应、分段接地等都选上；Model/Type有常参数KCLee和Clack线路（Bergeron）、π形等值（PI）、JMarti、Noda和Semlyen分布参数模型五个选项，这里在模型选择框中选择“JMarti”；模型的标准数据（Standard date）栏，土壤电阻率设为100Ω·m，参数拟合初始的较低频率为0.005Hz，线路长度设为200km；公制和英制单位切换项中选择公制单位。
架空线路模型的数据窗口，数据窗口的各参数意义列于图九所示。
把500kV空载线路的几何数据和电气数据填入，节点名称确定，
图九 500kV架空输电线路LCC模型数据窗口
核对无误后，点击“OK”，显示存放文件夹路径。
这样，500kV空载线路的JMarti模型建成，包括pch文件、lib文件和dat文件等。
如果有保存好的LCC数据文件，可点击“Import”，导入需要的Line/Cable文件（.alc），省去数据重新输入的麻烦；如果要保存这次的录入的LCC数据文件，可点击“Export”，导出并保存需要的Line/cable文件（.alc）。
开关合闸时间，三相合闸时间分别设置为：A相：25.00ms，B 相：25.67ms，C相：38.33ms。
分别设定不同相角，得到的仿真电路效果图如下图十所示。
从图中可见，考虑线路分布参数特性，合闸过电压发生震荡，过电压幅值比不考虑线路分布参数特性时要大，最大过电压幅值出现在θ=0时合闸，最大过电压幅值达900kV （2.2p.u.），而在θ=60时合闸，振幅值变得很小，过电压倍数很小。
图十考虑线路分布参数时不同相位合闸线路末端A相电压左上：θ=0；右上θ=30；下面θ=60。
