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基于Windows平臺(tái)的新一代圖形化電磁類仿真軟件EMTP-RV。該軟件在歐洲與北美多家電力公司都已得到廣泛應(yīng)用。本案例將介紹EMTP-RV助力加拿大龐巴迪公司對(duì)機(jī)車牽引系統(tǒng)中主電源保護(hù)系統(tǒng)的性能進(jìn)行深入研究的應(yīng)用情況。

龐巴迪(Bombardier)是一家總部位于加拿大魁北克省蒙特利爾的交通運(yùn)輸設(shè)備制造商。主要產(chǎn)品有支線飛機(jī)、公務(wù)噴氣飛機(jī)、鐵路及高速鐵路機(jī)車、城市軌道交通設(shè)備等。Bombardier Transportation公司的研發(fā)工程師需要搭建詳細(xì)的機(jī)車直流主電源系統(tǒng)模型，用于研究機(jī)車系統(tǒng)中主電源保護(hù)設(shè)備的暫態(tài)短路電流保護(hù)性能。由于機(jī)車運(yùn)行過程中是移動(dòng)的、機(jī)車的主電源系統(tǒng)拓?fù)鋸?fù)雜以及車輛運(yùn)行情況多樣，且故障的不同等級(jí)與機(jī)車的運(yùn)行位置有關(guān)，這就對(duì)機(jī)車牽引系統(tǒng)建模的精細(xì)程度提出了很高的要求。在直流電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的基于AC RMS穩(wěn)態(tài)仿真無法滿足研究電流保護(hù)設(shè)備暫態(tài)特性的需求。

基于EMTP-RV，客戶完成了：對(duì)機(jī)車設(shè)備和線纜保護(hù)的研究；限制通常在機(jī)車下放發(fā)生的高熱效應(yīng)和磁能；更進(jìn)一步的完成了仿真可能會(huì)發(fā)生的故障等級(jí)，定義了保護(hù)設(shè)備的規(guī)格和等級(jí)，估算故障持續(xù)時(shí)間，評(píng)定故障保護(hù)設(shè)備的選擇適應(yīng)性以及測(cè)試保護(hù)設(shè)備在不同故障情況下的保護(hù)性能。

在機(jī)車中，類似于集電靴熔絲和高速電流斷路器在機(jī)車電力保護(hù)系統(tǒng)中起到重要的作用。當(dāng)機(jī)車主電源系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，這些電流保護(hù)裝置通常在短時(shí)間內(nèi)就要?jiǎng)幼饕员Ｗo(hù)主電源系統(tǒng)。傳統(tǒng)的基于AC RMS有效值對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行仿真的軟件由于無法反應(yīng)裝置在電磁暫態(tài)反應(yīng)下的工作特性，是不適用于這樣的需求的。

直流牽引系統(tǒng)需要通過短路電流保護(hù)分析仿真來評(píng)估在機(jī)車運(yùn)行過程中可能會(huì)發(fā)生的故障等級(jí)、保護(hù)設(shè)備的檢測(cè)以及滅弧機(jī)理探索。基于以上需求，龐巴迪研發(fā)工程師基于EMTP-RV平臺(tái)，搭建了詳細(xì)的仿真模型。EMTP-RV具有不僅可以仿真詳細(xì)的電力電子非線性器件元件模型，更能以大規(guī)模的元件數(shù)量下進(jìn)行仿真。龐巴迪研發(fā)工程師將DC牽引系統(tǒng)下不同的機(jī)車結(jié)構(gòu)，不同的故障位置以及不同的操作情況（穩(wěn)態(tài)、）在EMTP-RV中搭建了變電所、鐵軌和主電源系統(tǒng)。

通過先進(jìn)的電磁暫態(tài)仿真軟件完成了對(duì)機(jī)車牽引系統(tǒng)中直流主電路中短路電流保護(hù)研究的需要，項(xiàng)目完成了：評(píng)估短路故障情況的嚴(yán)重性；確定故障清除時(shí)間；依據(jù)選擇合適的保護(hù)設(shè)備和評(píng)估他們?cè)诓煌收锨闆r下的可選擇性。

■ EMTP-RV仿真軟件的功能特點(diǎn);

■ 豐富的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型庫(kù);

■ 具有出眾的建模靈活性；

■ 先進(jìn)的仿真內(nèi)核解算器；

■ 可自定義的GUI；

■ 大量的電機(jī)模型和非線性電力電子模型庫(kù)；

■ 對(duì)于非線性元件不再有拓?fù)湎拗疲?/p>

■ 易于使用的人機(jī)界面；

EMTP-RV是廣泛用于電磁類、機(jī)電類以及控制系統(tǒng)暫態(tài)分析的仿真和分析軟件。

EMTP-RV適用于廣泛的電力系統(tǒng)分析應(yīng)用場(chǎng)景，包括不限于以下：

■ 絕緣協(xié)調(diào)；

■ 開關(guān)浪涌；

■ 鐵磁諧振；

■ HVDC；

■ 保護(hù)；

■ 軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力；

■ 同步電機(jī)；

■ 電力電子和FACTS；

■ 風(fēng)機(jī)；

■ 雷擊電涌；

■ 電網(wǎng)絡(luò)分析；

■ 串聯(lián)補(bǔ)償；

■ 開關(guān)設(shè)備；

1. 絕緣協(xié)調(diào)包括：

架空線路；室外變電站；氣體絕緣變電站；避雷器模型；

■ 特定的絕緣等級(jí)

■ 保護(hù)設(shè)備的安裝

  經(jīng)濟(jì)上可接受的失敗的風(fēng)險(xiǎn)

  絕緣協(xié)調(diào)

■ 雷擊浪涌會(huì)造成絕緣子鏈崩潰

  電網(wǎng)停電

  電壓跌落

■ 直接閃電

  閃電是電流源模型（CIGRE模型）

■ 感應(yīng)雷電

  感應(yīng)電壓：低于10KV，是低電壓系統(tǒng)的棘手問題

■  可滿足統(tǒng)計(jì)和參數(shù)研究

2、開關(guān)浪涌

■  研究開關(guān)拓?fù)?/p>

■ 電網(wǎng)絡(luò)分析

  傳輸線的開關(guān)

  故障出現(xiàn)和消除

  電容通斷

  電抗器通斷

■ 斷路器模型

  用于TRV研究的理想開關(guān)

  用于電弧猝熄能力研究的電弧模型

  可滿足統(tǒng)計(jì)和參數(shù)研究

、

3. 鐵磁諧振

■  振蕩現(xiàn)象

■ 四個(gè)元素

  非線性電感（電力變壓器，電壓互感器）

  電容（線纜，空氣絕緣導(dǎo)體）

  電壓源

  低損耗

■  EMTP-RV模型（變壓器、電纜、線）在頻域是精確和有效的

■ EMTP-RV解算器仿真非線性元件具有高度精確性

■ EMTP-RV軟件可用于理解、分析和消除鐵磁諧振

4. 電力電子和FACTS（HVDC，多端HVDC，SVC，VSC，TCSC）

■  EMTP-RV解算器提供了用于電力電子仿真的先進(jìn)解算器，避免了開關(guān)過程中的數(shù)值不穩(wěn)定問題

■ 可實(shí)現(xiàn)開關(guān)元件的詳細(xì)模型

■ 可設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)

■ 提供了許多的FACTS（SVC，STATCOM）模型

5. HVDC

■ HVDC仿真不僅要求性能良好的解算器同時(shí)需要高精度模型（MOSFET，控制，線纜，故障模擬等）

■ 可仿真雙極，背靠背和多端HVDC系統(tǒng)

■ 仿真包含了平均值模型和詳細(xì)模型

■ 基于MMC的多端HVDC通用和完整模型可進(jìn)行仿真

6. 雷擊浪涌

■ 回火

■ 感應(yīng)浪涌

■ 變電站引入浪涌

7. 網(wǎng)絡(luò)分析

■ 網(wǎng)絡(luò)分割，電能質(zhì)量，地磁暴，補(bǔ)償與控制元件之間的交互，風(fēng)機(jī)

■ 電網(wǎng)分布不平衡

■ 詳細(xì)仿真與分析大規(guī)模電力系統(tǒng)（無上限）

■ 分布式電網(wǎng)絡(luò)和分布式發(fā)電

8. 保護(hù)

■ 電能振蕩

■ 飽和問題

■ 電涌放電器影響

9. 串聯(lián)補(bǔ)償

■ MOV電能吸收

■ 短路電流情況

■ 電網(wǎng)絡(luò)交互

10. 軸扭轉(zhuǎn)應(yīng)力

■ 次同步諧振

■ 開關(guān)開合感應(yīng)

11. 開關(guān)設(shè)備

■ TRV

■ 并聯(lián)補(bǔ)償

■ 電流截?cái)?/p>

■ 電流零點(diǎn)延遲

■ 電弧現(xiàn)象

12. 同步電機(jī)

■ SSR

■ 自激振蕩

■ 控制