EMTDC程序结构及其在电磁暂态求解中的应用

EMTDC对电磁和机电系统采用时域内微分方程进行描述并求解,方程求解中采用固定步长。EMTDC的程序结构也适用于无电磁或机电的系统研究。EMTDC软件由Dennis Woodford博士于1975年在Manitoba Hydro编制初版,当时是为研究Nelson River HVDC电力系统的控制系统。它提供了一种功能强大和更为灵活的仿真工具。EMTDC现在被用作PSCAD产品系列的电磁暂态求解引擎。

EMTDC与进行潮流分析和暂态稳定性分析等所采用的相量域求解引擎不同,后者采用稳态方程来表示电路,实际也会求解电机的机械动态微分方程。EMTDC的结果可转换为时域瞬时值求解,也可通过PSCAD内置的转换器和测量功能(如有效值表计、快速傅里叶变换等)转换为矢量幅值和相角。由于潮流分析和稳定分析程序采用了稳态方程来表示电力系统,它们仅能得到工频幅值和相位信息,而EMTDC可得到系统所有频率的响应,仅会受到用户设置的仿真步长的限制。

1.EMTDC可执行的工作

EMTDC(连同PSCAD)可用于电力系统的规划、运行、设计、投运、投标准备、培训等。使用EMTDC可执行的常规性研究工作包括以下几个方面:

(1)包含旋转机械、励磁机、调速器、涡轮机、变压器、输电线路、电缆和负载在内的交流系统的应急性研究。

(2)继电保护配合,变压器饱和效应。

(3)故障或断路器动作导致的过电压。

(4)变压器、断路器和避雷器等的绝缘配合。

(5)包含电机、输电线路和HVDC在内系统的次同步谐振。

(6)雷击放电、故障或断路器动作,滤波器设计评估。

(7)谐波及谐波谐振分析,控制器参数的优化设计。

(8)FACTS和HVDC控制系统的设计和配合。(www.xing528.com)

(9)各种类型变速驱动,柴油机和风机对系统的冲击影响。

2.EMTDC的优点

EMTDC与其他EMTP类型的程序均采用了赫尔曼·多梅尔在他1969年的著名论文中给出的梯型积分的运算法则。EMTDC包含了其他EMTP类型程序中采用的几乎所有电力系统模型和技术,并具有如下优点:

(1)减小了准备和测试时间。

(2)许多串并联电气元件被进行数值等效处理从而减小了节点和支路数目。

(3)采用编号优化算法来提高LDU矩阵的解耦速度。

(4)采用优化开关编号算法,通过移动开关元件至优化的导纳矩阵位置确保开关操作具有很快的速度和效率。

(5)采用了分系统技术,充分利用了由行波输电线路分割的系统,在数学上独立这一事实带来的优点。

(6)在实现开关操作时采用插值算法,即使开关动作于仿真采样时刻之间也能精确地描述实际开关发生时刻,因此即使EMTDC仿真步长较大时,结果也具有足够的精度。

(7)通过提供所有主程序变量的接口和存储元素,用户可方便地编写任意复杂程度的元件;提供了快照启动方法,提高大型非线性系统的仿真速度。