免费使用的电磁暂态分析程序 & H$ m% P2 M1 i
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——ATP-EMTP程序介绍 4 X- S" G" R% ~ % B/ E( b9 h6 |7 T3 f( d# ?; H6 s. k, ]0 |* U% f+ N4 K% \
徐 政 * S. e, Z- e2 @# K. q2 b; _1 m0 H0 r" g1 _5 K% T F3 {
7 \4 I% n" P/ \. c( M" jAN INTRODUCTION TO ATP-EMTP 8 Q1 e6 @# L ~4 Y' U5 F9 V( \8 a. y
+ N, H. U- U$ H2 ^0 xXu Zheng : ]0 _1 @( d; k* d% [7 ?1 p$ e1 Z. a* F5 l; d
Zhejiang University 0 c3 {! \5 a1 ]6 u" F $ T0 G' Z C/ ~# y* p) ]Hangzhou, 310027, China 9 W3 [0 ?, v% t% r) n5 E9 ]( y, _( q3 C( J. @
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1 ATP-EMTP的发展历史 7 F: P( Z- z& i+ b' `& k5 }: x* N$ _0 m
ATP程序（The Alternative Transients Program）是目前世界上电磁暂态分析程序（EMTP)最广泛使用的一个版本，ATP-EMTP程序几乎可为世界上的每一个人所免费使用，并可在大多数类型的计算机上运行。 & C) w- O' L% y$ W+ q; ?1 p
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在1984年以前的十多年里，属于美国能源部的邦维尔电管局(BPA)主导了EMTP程序的开发工作，它在人力和财力上对EMTP程序的开发工作给予了极大的支持。当时的工作属于公共域内（publicdomain work），其成果可以免费提供给任何一个感兴趣的团体。1984年以后，EMTP程序主要分为两支，一支以DCG（EMTP Development Coordination Group, 1982年由北美6个大型电力机构组成）/EPRI（美国电力科学研究院）为代表，试图将EMTP程序商业化(以下称其为商业化的EMTP)；另一支即 ATP-EMTP，它继续保持EMTP程序的可免费使用性，但为了防止其成果被商业化的EMTP所利用，ATP-EMTP不属于公共域内。 " _# p2 \) e+ h3 }( l+ s, z$ Y6 @9 H3 v8 B
1984年初，DCG的工作已对免费使用EMTP构成威胁，原BPA EMTP的开发者之一Dr. W. Scott Meyer为了维护EMTP的可免费使用性，于1984年2～3月份，终止了12年的EMTP开发合同，并将他所有的业余时间用来开发一个富有生命力的替代程序，ATP程序正式诞生于1984年秋。 & ~' _' Q! y1 [" Q+ K& J- S
, I/ a$ _: N/ G( ~) T) r 到目前为止，在世界上已形成了多个ATP-EMTP程序的用户协会，这些用户协会通常按地域划分，包括加拿大/美国EMTP用户协会（Canadian/American EMTP User Group）、拉丁美洲EMTP用户协会(Latin American EMTP User Group)、欧洲EMTP用户协会(EEUG，European EMTP-ATP User Group)、澳大利亚EMTP用户协会、南非EMTP用户协会、日本EMTP用户协会 (JAUG，Japanese ATP User Group)、韩国EMTP委员会（Korean EMTP Committee）以及中国台湾EMTP用户协会（包括香港和新加坡）。 ! L" N# _4 t/ o1 A! t. u1 _7 ]4 j
; C9 M2 y) o+ Y; N6 P8 V1 I \& N2 ATP-EMTP的功能 # k. F1 s9 L, V" l; M5 F8 w( n7 |
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EMTP程序的基本功能是进行电力系统仿真计算，典型应用是预测电力系统在某个扰动(如开关投切或故障)之后感兴趣的变量随时间变化的规律；将EMTP 的稳态分析和电磁暂态分析相结合，可以作为电力系统谐波分析的有力工具。另外，EMTP程序也广泛应用于电力电子领域的仿真计算。 9 j3 J/ ?+ ` ]. S2 x0 J' U$ r, i. s) w/ m* { a! Q1 `9 d
目前，ATP-EMTP的数学模型包括如下几种： 4 r1 ? r7 r* P$ [) d" m
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· 集总参数电阻R、电感L和电容C； , K! T; N; H+ D; S' K& R9 W) x * t* U3 i8 o r · 多相PI等值电路； 6 Y* e) Z5 Q% _! G
$ o1 J0 N+ w( U! F · 多相分布参数输电线路； 1 @# P' D4 ^9 r6 t$ ^& e$ ? ! T) F$ b$ G& V6 c% E% } · 非线性电阻，这里v-i特性曲线是单值的； ' B; n! S" G$ n
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· 非线性电感器，既可模拟常规的单值特性曲线，也可包括剩磁和磁滞； 4 U% B7 h* l9 U$ g' B/ c! h. o' v( Y- u1 K1 q8 k
· 时变电阻； ) d6 o) R9 a3 _3 r. V* b* P
9 v" l T8 j: H0 `& c · 开关，用来模拟断路器、火花间隙及其它网络联接的改变，二极管和晶闸管也包括在内； ; I6 }! M: ?% _6 U5 q" D2 D: I5 Q9 {4 N
· 电压和电流源，除了标准的数学函数波形外，用户还可用FORTRAN或TACS来定义波形； & U D/ R. Y+ Q) c2 b5 n I1 O, L5 r+ W · 动态旋转电机，除了模拟最常用的三相同步电机外，还可模拟单相、二相和三相感应电机和直流电机。它与TACS控制系统模型相联接，从而可模拟电压调节器和调速器等的动态特性。 ( e1 b. l7 a. I
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· 控制系统可以用TACS(Transient Analysis of Control Systems)来实现，允许不同种类的非线性和逻辑运算。控制系统的输入和输出可以和EMTP的电网络相接口。 & `0 Z+ f" I1 W5 _* d/ |& z4 w ' Z( E2 v* t6 R- j* l ATP-EMTP还配备有比TACS更灵活、功能更强的通用描述语言MODELS。MODELS在ATP-EMTP中的作用主要可归纳为如下几个方面： / m& a3 {! N- P1 ^# S . L1 D# y: {! r# u9 I8 [ · 提供一种用来开发电路和控制元件模型的工具，这种电路和控制元件模型难以用ATP和TACS中现有元件模型来实现； & I1 P: D2 _% t9 ~' V
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· 具有完整程序语言的灵活性而不需要在编程级（programming level）上与ATP程序相互作用； / s+ B" p( }$ ?- _8 w& ]+ y
- a! Z9 o9 M, r · 不但可以描述元件是如何运行的，而且可以描述元件的初始状态是如何建立的； 5 o! Y; \4 r$ u- i 2 M7 e- c0 A5 |4 ]: A, P · 在模拟级（modeling level）上，通过电压、电流和控制信号建立与ATP的标准程序接口，而不需要在编程级上通过变量、公用数据区和子程序与ATP相接口，这使得将ATP与外部程序相连接时不必知道ATP内部是如何运行的，也不必改变ATP的源程序。 " l7 i6 u- W% I1 V, }: ^9 g* l/ b# n2 s" y. X
ATP-EMTP还配备有图形输入程序ATPDrawTM，目前最新版是1.4版。ATPDraw 1.4是一个32位程序，可以在Windows95/NT下运行。ATPDraw作为ATP-EMTP的一个前处理程序，最终生成一个格式正确的ATP- EMTP的数据输入文件。目前ATPDraw支持70个标准元件和28个TACS模块，同时也支持MODELS, 用户可以根据自己的需要创建所需要的电路模块。 % ] h* z% p# O; K# n
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3 ATP-EMTP的使用许可证 ; A9 r8 ^! N2 U2 e8 Z$ c5 V2 `( Y3 c* Q% B. h
尽管ATP-EMTP是一个可免费使用的软件，但它不是公共域内的软件。ATP的工作属于ATP程序开发人员的个人财产，ATP的版权属于加拿大/美国 EMTP用户协会，获取和使用ATP程序必须通过授权，即取得许可证。原则上说，取得ATP程序的使用许可证要通过加拿大/美国EMTP用户协会的批准，但目前加拿大/美国EMTP用户协会已授权世界上多个EMTP用户协会代理此事。下面介绍北美、欧洲和日本EMTP用户协会的网址，用户可在这些网址上下载许可证表格及相关信息。 % G/ l( ?% R% G+ x8 r) j! n8 q3 E
% |3 v$ v/ @8 _7 R · Canadian/American EMTP User Group的网址为： 9 J7 Y Q9 z: o8 H- ~, F0 K' s 6 z0 H0 ?, l. n s6 y World-Wide Web: http://www.ee.mtu.edu/atp + H+ h- H) B# _% k
) ?2 v/ ~- Z- _( o+ V: X1 S FTP servers: ftp://ftp.ee.mtu.edu/pub/atp和ftp://atp@ftp.ee.mtu.edu/pub/atp ; A( J) J. t% D- g5 l* C; l4 U$ \! V$ L+ E
· European EMTP-ATP User Group的网址为： 1 y( H8 s, Q+ q& e2 f
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World-Wide Web: http://www.vmt.bme.hu/eeug & q% V% m4 }2 x. i! y
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FTP servers: ftp://ftp.rrzn.uni-hannover.de/pub/mirror/atp (IP: 130.75.2.2) $ i, `' O: z- s, A$ ^2 r/ {( ~2 j% Y: ^$ ]4 a6 m
· Japanese ATP User Group的网址为： $ U* y4 F) m Y$ b! Q, l1 k% Y% v- Z
World-Wide Web: http://www02.so-net.ne.jp/～m_kan/index-e.htm * r0 ^( Q: g; `2 i3 y0 E/ y' ~) s6 p/ k' |$ Z
FTP servers：ftp://atp.pwr.eng.osaka-u.ac.jp/pub/atp和 0 r7 C+ ?" q! W$ ~: ]& E' Y# @2 Y/ A0 Q- h P7 ?8 W7 A" y& A ftp://atp.pwr.eng.osaka-u.ac.jp/～support ( N9 v5 O+ I! r0 K) N" r9 t+ t$ B8 P" ?$ D3 L k
笔者曾向欧洲EMTP用户协会申请过EMTP使用许可证。具体做法为：首先下载许可证表格，表格共2页，表格的题目是“确认不参与EMTP商业化和同意不泄露ATP-EMTP材料”（affirmation of nonparticipation in EMTP commerce, and agreement not to disclose ATP-EMTP materials）。表格填好后，双面复印在一张纸上，然后用普通邮件寄往欧洲EMTP用户协会。注意：用Email或FAX传送表格无效。待申请被批准后，此表格上将盖有欧洲EMTP用户协会的章并注有批准日期，然后再寄回。欧洲EMTP用户协会还提供全套ATP-EMTP程序的资料，包括EMTP使用手册，ATPDraw使用手册，MODELS使用手册，关于EMTP理论基础的书以及ATP-EMTP和ATPDraw的程序盘片。不过这些资料不是免费的，具体价格可在欧洲EMTP用户协会的网址上查到。 3 s) M- x8 p5 O+ p- T6 h$ w
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目前PC机上最流行的ATP版本有两种，一种是 Salford ATP-EMTP，另一种是Watcom ATP-EMTP。两种版本的特点如下： ! ^2 h$ b# Q6 d * f% d. ~2 P. ^$ z/ } Salford ATP-EMTP可以在 MS-DOS, Windows 3.x和Win95下运行，但需要一个叫做DBOS的DOS扩展器，该DOS扩展器被包含在程序盘中。Salford ATP-EMTP在 Win95下运行时不是很平稳 - A% {/ ]1 L8 {
O5 Y1 S+ G4 v l# q8 d; A的，特别是当数据量非常大时，因为该程序执行时占用了计算机的所有资源。该版本的一个优点是可以使用TPPLOT (也需要DBOS ) 作为图形输出工具 (用来看图、画图和存图)。 9 C; p$ Y, Z9 N3 b f# w$ E , l. i0 Q& A% L- f9 g Watcom ATP-EMTP是一个真正的32位Windows应用程序，可以在Win95/NT下运行，不能在 Windows 3.x下运行。它的图形输出工具是 PCPLOT和PLOTXY。 PCPLOT在Win95/NT下运行，它是由EEUG开发的，并被包含在Watcom ATP-EMTP的程序盘中。 $ @# R) \, M% v9 D7 n
3 v8 m5 V! L8 g. N: l( F4 ATP-EMTP的技术支撑系统 & u U; w: {$ R+ S$ Z 8 u8 k/ A. h0 h# k1 J" u 有关ATP-EMTP的技术资料大多可以通过Internet获得。有多个ATP-EMTP用户协会出版有自己的杂志，这些杂志记载了使用ATP- EMTP的经验及有关ATP-EMTP的最新信息。另外，各EMTP用户协会都鼓励和支持取得使用许可证的用户之间交流使用经验和交换最新资料。下面介绍一下通过Email获得EMTP技术支持的方法。 : ^0 x9 ?0 |0 t& ~: @6 A! \) ^+ I Y
1991年在美国North Dakota State University 由Bruce Mork教授建立了一个ATP-EMTP的Maillist。Maillist的功能是将收到的Email再转送给所有参加该Maillist的用户。目前参加ATP-EMTP Maillist的用户已超过600个，该Maillist已成为全球ATP-EMTP用户请教问题、交流经验、发布信息和与程序开发者联系的最好场所。任何取得ATP使用许可证的用户都可以加入Maillist。申请加入Maillist的方法如下： + z% q$ p' F5 e! D6 t9 _+ f9 q" F- ]$ T- {
向如下地址：listserv@listserv.nodak.edu 发一个Email，该Email的主题（subject）可以空白，Email的正文需在一行内写完，并且不能超过39个字符。正文内容为： SUB ATP-EMTP Your Full Name, Institution, Country。注意必须全用英文。几分钟之后将返回一个确认信息，回答OK即表示已加入该Maillist。加入该Maillist以后，你发往ATP EMTP@listserv.nodak.edu[/email]的任何Email将被转发给所有参加该Maillist的用户。如果要退出该Maillist，只要向如下地址：listserv@listserv.nodak.edu 发一个Email，内容为：SIGNOFF ATP-EMTP。 h7 [( F8 O! Q, A* D) r2 [ # X, Z& |' V# |- }2 ^/ E* A! c3 o7 v' K/ l1 M2 R: U5 B
作者简介：徐 政 男，博士，教授，直流输电与柔性交流输电研究室主任。 # { `. C2 i/ z: V1 I. ?& {8 {7 H
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作者单位：浙江大学电机系，310027 杭州-%-1456-%--%-1613-%--%-172-%-
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发表于 2006-7-24 21:31:30
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