ATPDraw软件的使用 - 图文

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１．前言

２．ATPDraw的操作步骤 2.1起动 2.2设定

2.3选择元件和输入参数 2.4辅助操作

2.4.1 连接 2.4.2 移动 2.4.3 复制 2.4.4 旋转 2.4.5 节点赋名 2.5 ATP的执行 2.6 计算结果的输出 2.6.1 图形输出 2.6.2 文本输出

３．ATPDraw的元件菜单

3.1 探针和相接续器 3.2 线性支路 3.3 非线性支路 3.4 架空线路/电缆

3.4.1 集中参数

3.4.2 带集中电阻的分布参数线路 3.4.3 自动计算参数的架空线路/电缆模型

3.5 开关 3.6 电源 3.7 电机 3.8 变压器 3.9 控制系统

3.9.1 信号源 3.9.2 传递函数块 3.9.3 特殊装置 3.9.4 初始化

3.10 频率相关元件 3.11 复制

４．ATPDraw的应用实例

4.1 系统结线图

内部资料，注意保存

4.2 参数计算 4.3 建模 4.4 计算

５．ATP Launcher ６．结束语

附录1 用ATPDraw Ver.3.5创建14相（同塔4回路）线路LCC模型的方法

内部资料，注意保存

1. 前言

ATP-EMTP是目前应用得最为广泛的电磁暂态计算的标准程序。从概念讲，EMTP可应用于任何电路的电磁暂态现象计算。但是另一方面，因为它的庞大功能，在只有固定格式的文本输入方式时，它的应用相当困难。许多电力技术人员虽然知道ATP-EMTP的潜在应用价值，但苦于入门艰难，迟迟不敢尝试ATP-EMTP的应用。

ATPDraw就是为了解决这个问题而开发的，它是建立计算模型用的人机对话图形接口。ATPDraw准备了电力系统各种元件的图符，点击这些图符，可打开相应的图框，输入有关参数。连接这些图符，可构成所需要的电路。各个元件的图框都带有帮助功能，提示各参数的定义。ATPDraw还具有设定时间步长、计算时间、输出要求及各种特殊要求（如频率扫描）的功能。ATPDraw生成文本输入文件，执行ATP时实际上还是通过文本输入文件。有了这个工具，使ATP-EMTP的利用大大方便了。

但是，ATPDraw功能烦多，对初学者来说其利用仍有一定困难。本手册是为了便于初学者掌握ATPDraw的使用方法而编制的，它在介绍ATPDraw基本操作和功能的基础上通过实例让初学者熟悉ATPDraw的应用。关于ATPDraw的详细介绍请查阅ATPDraw Users’ Manual。

内部资料，注意保存

2. ATPDraw的基本操作 2.1 起动

双击ATP/atpdraw目录下的atpdraw.exe可打开如下图所示的窗口。

图1 ATP/atpdraw的起动窗口

点击图1的○中的按钮，可打开如下图所示的新建文件窗口。

图2 ATP/atpdraw的新建文件窗口

2.2 设定

选择图2菜单栏中的ATP→Settings，建立各种设定用的对话框。图3是设定计算条件用的对话框。

delta T：时间步长[s]。 Tmax：计算终止时间[s]。

Xopt：0或空白时，电感元件的单位为mH；填入频率时，电感元件的单位为ohm。 Copt：0或空白时，电容元件的单位为μF；填入频率时，电容元件的单位为μmho。选择Time domain：暂态计算。选择Frequency scan：频率扫描。

图3 计算条件

内部资料，注意保存

选择Hamonic[HFS]：谐波计算。选择Power Frequency：指定系统频率。图4是设定输出条件用的对话框。 Print freq：指定文本输出频率。 Plot freq：指定图形输出频率。选择Plotted output：有图形输出。

选择Network connectivity：输出节点连接表。选择Steady-state phasors：输出稳态计算结果。选择Extremal values：输出极大值和极小值。选择Extra printout control：改变输出频率。

选择Auto-detect simulation errors：在画面输出错误信息。用图5的对话框指定计算操作过电压的统计分布时使用统计开关还是规律化开关。如有通用电机，在该对话框指定初始化方法、所用的单位制和计算方法。

图6是指定数据卡排列方式和附加要求用的对话框。图7是管理MODELS变量名的对话框。图 8是设定参数值的对话框。

图5 开关和通用电机

图4 输出条件

图7 MODELS变量名

图8 参数值

图6 数据卡的次序和附加要求

2.3 选择元件和输入参数

将光标移至图2的空白部分，并点击右键，将出现图9所示的菜单。从菜单中选择目标元件后，将在空白部分的中心出现该元件对应的图标，如图10所示。双击图标，将出现输入该元件参数用的对话框，如图11所示。然后按照Help的提示输入各参数。在所有参数输入完毕后，点击OK，结束该元件的建模。

图9 元件菜单

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(5) 脉冲延迟器[Pulse delay - 54] (6) 数值采样器[Digitizer - 55]

(7) 用户定义非线性[User def nonlin - 56] (8) 时序开关[Multi switch - 57] (9) 可控积分器[Cont integ - 58] (10) 简化微分器[Simple deriv - 59] (11) 条件判断输出器[Input IF - 60] (12) 选择输入器[Signal select - 61] (13) 采样和追踪器[Sample track - 62]

(14) 最小值和最大值选择器[Inst min/max - 63] (15) 最小值和最大值追踪器[Min/max tracking - 64] (16) 累加器和计数器[Acc count - 65] (17) 有效值测量器[RMS meter - 66]

(18) Fortran语言表达式[Fortran statements]

(19) 指定Fortran语言表达式的输出流向[Draw relation] 3.9.4 初始化

(1) 指定TACS变量的初始值[Initial cond.]

3.10 频率相关元件[Frequency Comp.]

(1) 频率扫描用交流电源[HFS Source] (2) 单相CIGRE负荷[CIGRE Load 1 ph] (3) 三相CIGRE负荷[CIGRE Load 3 ph] (4) 线性RLC[Linear RLC]

(5) Kizilcay频率相关支路[Kizilcy F-Dependent]

3.11 复制

(1) 选择己定义的LIB文件，在ATP文件中增加$INCLUDE文[Library] (2) 选择己定义的LIBREF_1文件，建立单相参考支路[Ref. 1-ph] (3) 选择己定义的LIBREF_3文件，建立三相参考支路[Ref. 3-ph] (4) 选择己定义的SUP文件，在ATPDraw窗口增加新元件[Files] (5) 从标准元件库选择元件增加到ATPDraw窗口[Standard Component]

注：[ ]内是ATPDraw为该元件设定的名称

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4. ATPDraw的应用实例

这里用单相接地故障计算的例子，说明如何用ATPDraw建立系统模型并进行计算。

4.1 系统结线图 AC 275kVR=200Ω负荷100+j148(MVA)短路容量15000MVA三相π型电路R=0.015%,X=0.08%,Y/2=27.5'5/66/21kV300MVA 4.2 参数计算

图16 系统结线图 (1) 电源

用3个单相交流电源表示。

因系统线电压为V=275kV，故单相交流电源幅值为

Vm?2?275?103?224537(V) 3(2) 短路电抗

设短路容量Pb=15000(MVA)，则短路电抗为

2752Zb??5.04167(?)

15000短路电感为

Lb?5.04167?1000?16.048(mH)

2??50(3) 线路

用π型电路表示，并且只考虑正序参数。

设以275kV、10MVA为基准时，正序电阻为R=0.015%，正序电抗为X=0.08%，正序电纳为Y/2=27.5%，则π型电路的参数为

27520.015R???1.134(?)

1010027520.081000L????19.258(mH)

101002??501027.5?2106C????0.2315(?F)

27521002??50(4) 变压器

设以300MVA为基准时，1次侧与2次侧间的短路电抗为21.63%；以90MVA为基准时，1次侧与3次侧间的短路电抗为17.41%；以90MVA为基准时，2次侧与3次侧间的短路电抗为9.60%。换算至10MVA基准时，

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ZHL?21.63%?ZHT?17.41%?10?0.721% 30010?1.934% 90ZLT?9.60%?因此，

10?1.067% 90ZH?1?(0.721%?1.934%?1.067%)?0.794% 2ZL?ZT?1?(0.721%?1.067%?1.934%)??0.073% 21?(1.934%?1.067%?0.721%)?1.140% 2相应的电感值为

27520.7941000LH????191.13(mH)

101002??50662?0.0731000LL?????1.0122(mH)

101002??502121.1401000LT????4.8008(mH)

101002??50另外，设2次侧中性点接地电阻为200Ω。 (5) 负荷

设2次侧的负荷为100+j48(MVA)，则

RLoadLLoad662??43.56(?) 1006621000???288.87(mH) 482??50(6) 单相接地故障

用时控开关模拟。设0.2秒时发生接地故障。

4.3 建模

(1) 起动ATPDraw,打开新建文件窗口，如图2所示。

(2) 选择图2菜单栏中的ATP→Settings，打开设定用的对话框。

先选择”Simulation”，如图17所示，填入相应参数。这里取时间步长为100μs，计算时间为1s。Xopt和Copt均为零，表示所有的电抗的单位为mH，所有电容的单位为μF。

然后选择”Output”，如图18所示，填入相应参数。这里，指定每500个时间步文本输出1次，每1个时间步图形输出1点。并输出节点连接表、稳态计算结果和极值。这里选择了Auto-detect simulation errors，因此如果计算有错误，将在屏幕输出错误内容和错误编码。

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(3) 建立电源模型

将光标移至图2的空白部分，并点击右键，从菜单中选择Sources→AC 3-ph type 14，建

图17 计算条件

图18 输出条件

立三相交流电压源的图标。双击该图标，打开输入参数用的对话框，输入各参数，如图19所

示。然后点击OK键，完成三相交流电压源模型的建立。这里设A相电源相位为00，则B相和C相电源的相位自动设为-1200和1200。

(4) 建立短路电抗模型

图19 电源参数

将光标移至图2的空白部分，并点击右键，从菜单中选择Branch Linear→RLC 3-ph，建

立三相串连RLC的图标。双击该图标，打开输入参数用的对话框，输入各参数，如图20所示。

然后点击OK键，完成短路电抗模型的建立。

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(5) 建立线路模型

将光标移至图2的空白部分，并点击右键，从菜单中选择Lines/Cables→Lumped→RLC Pi-equiv. 1→3 phase，建立三相π电路的图标。双击该图标，打开输入参数用的对话框，输入各参数，如图21所示。R11=R22=R33=1.134Ω，L11=L22=L33=19.258mH，C11=C22=C33=0.2315μF。然后点击OK键，完成三相π电路模型的建立。

图20 短路电抗

(6) 建立接地故障模型

将光标移至图2的空白部分，并点击右键，从菜单中选择Switches→Switches time 3-ph，

图21 三相π电路

建立三相时控开关的图标。双击该图标，打开输入参数用的对话框，输入各参数，如图22所

示。然后点击OK键，完成三相时控开关模型的建立。因是模拟接地故障，需指定该开关一端接地。如图23所示，双击○中的节点，打开节点名赋值对话框，选择”接地(Ground)”，然

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后点击OK键，完成接地的指定。

本算例是单相（C相）接地故障，也可只在C相连接一个接地时控开关，而不用三相开关。

(7) 建立变压器模型

将光标移至图2的空白部分，并点击右键，从菜单中选择Transformers→Saturable 3 phase，

图22 三相时控开关

建立三相变压器的图标。双击该图标，打开输入参

数用的对话框，输入各参数，如图24所示。然后点击OK键，完成三相变压器模型的建立。这里，输入的各侧电压是确定变比用，因此也可以输入其他值，只要保持变比不变即可；不考虑励磁支路。

图23 开关接地

图24 三相变压器

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变压器一次侧中性点为直接接地。如图25所示，双击图标中的变压器一次侧中性点（○中的节点），打开节点名赋值对话框，选择”接地(Ground)”，然后点击OK键，

完成接地的指定。

变压器二次侧中性点为电阻接地。将光标移至图2的空

图25 一次侧中性点白部分，并点击右键，从菜单中选择Branch Linear→Resister，建立单相电阻的图标。双击该图标，打开输入参数用的对话框，输入各参数，如图26所示。然后点击OK键，完成电阻模

型的建立。然后参照图23，双击该电阻图标的一端节点，打开节点名赋值对话框，选择”接地(Ground)”，然后点击OK键，完成接地的指定。

图26 中性点接地电阻

变压器三次侧为Δ结线，为计算稳定，人为地让三个节点分别通过相同的大电阻接地。为此，将光标移至图2的空白部分，并点击右键，从菜单中选择Branch Linear→RLC 3-ph，建立三相串连RLC的图标。双击该图标，打开输入参数用的对话框，输入各参数，如图27所

示。然后点击OK键，完成高电阻模型的建立。然后参照图23，双击该图标的一端节点，打

开节点名赋值对话框，选择”接地(Ground)”，然后点击OK键，完成接地的指定。

图27 高电阻

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(8) 建立三相负荷模型

采用电阻和电抗并联的形式。

将光标移至图2的空白部分，并点击右键，从菜单中选择Branch Linear→RLC-Y 3-ph，

建立Y结线RLC的图标。双击该图标，打开输入参数用的对话框，输入各参数，如图28所示。

然后点击OK键，完成三相负荷的电阻部分模型的建立。

将光标移至图2的空白部分，并点击右键，从菜单中选择Branch Linear→RLC-Y 3-ph，

图28 三相负荷的电阻

建立Y结线RLC的图标。双击该图标，打开输入参数用的对话框，输入各参数，如图29所示。

然后点击OK键，完成三相负荷的电抗部分模型的建立。

Y结线RLC图标的粗线端接变压器，细线端表示中性点。参照图23，分别双击Y结线RLC图标细线端的节点，打开节点名赋值对话框，选择”接地(Ground)”，然后点击OK

图29 三相负荷的电抗

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键，完成这两个Y结线RLC中性点接地的指定。

(9) 建立计算模型

以上建立了所有元件的模型。然后参照2.4节的辅助操作（旋转、移动和连接），作成图30所示的计算模型。

(10) 探针的设置

为了观察计算结果，在需要的场所设置电压或电流探针。

将光标移至图2的空白部分，并点击右键，从菜单中选择Probes & 3-phase→Probe Volt，

图30 计算模型

图31 计算模型

建立节点电压探针。双击该图标，打开输入参

数用的对话框，将该探针设为三相用，如图31 所示。然后移至希望测量的节点。

将光标移至图2的空白部分，并点击右键，从菜单中选择Probes & 3-phase→Probe Curr，

建立支路电流探针。双击该图标，打开输入参

数用的对话框，将该探针设为三相用，如图32 所示。然后插入希望测量的支路。

图32 计算模型

(11) 文件的保存

探针设置完毕后，取名保存（点击下图○中的按钮）。最终的计算模型如图33所示。

图33 文件保存内部资料，注意保存

4.4 计算

(1) 执行ATP

选择图33菜单栏中的ATP→runATP，执行ATP。 (2) 确认计算结果 (a) 表示节点名

在本算例中，所有的节点名都是ATPDraw自动指定的。为了观察电压和电流，需要知道ATPDraw指定的节点名。

方法一：选择图33菜单栏中的View→Options…→ Node name，然后点击OK键，表示所有的节点名。方法一会出现很多重复的节点名。

方法二：双击希望表示节点名的节点，打开节点名赋值对话框，如图34所示。选择”Display”，然后点击OK键，显示该节点名。

图35是采用方法二，表示各节点名后的计算模型。

(b) 文本输出结果

选择图33菜单栏中的ATP→Edit LIS-file，打开.lis文件，如图36所示。

图36 lis文件

图35 表示节点名的计算模型

图34 表示节点名

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选择图33菜单栏中的ATP→PlotXY，打开.pl4文件，如图37所示。

图37 pl4文件

图37中，V表示电压，C表示电流。例如要显示变压器一次侧电压波形，可先在Variables框内选择V:X0008A、V:X0008B和V:X0008C，然后点击Plot按钮，显示电压波形，如图38所示。图38 变压器一次侧电压波形

点击图38右图的○中的按钮，可改变坐标。点击同图的○中的按钮，可建立标尺、读取各时间点的变量值。而点击同图的○中的按钮，可书写标题。

点击图38左图的○中的按钮，然后点击同图中的Load按钮，可在同一窗口増加其他的pl4文件，便于比较。

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5. ATP Launcher

ATPDraw有链接ATP的另一图形接口元件 ATP Launcher的功能。选择图2菜单栏中的 ATP→ATP Launcher，可打开ATP Launcher的图形框，如图39所示。

ATP Launcher具有(1)文本文件的输入及文本文件和图形文件的输出的管理、(2)ATP的执行、(3)数组的扩容、(4)设定内部变量值等功能。 ATP Launcher的前二亇功能为ATPDraw所兼有。数组容量的功能。

假如计算模型中有大量的分布参数元件，或者时间步长取得很小，储存分布参数线路履历值的数组就会超出规定的大小。在lis文件中可以找到如下图所示的错误信息。

如果分布参数元件的数量和时间步长的大小都无法改变，就需要扩大储存分布参数线路履历值的数组的大小。为此，可在图 39的ATP Launcher的图形框中，选择Tools→Make Tpbig.exe，打开图41所示的对话框。选择 Change Listsize，然后根据错误信息的提示，提高相应数组的上限。最后点击MAKE键，建立扩

图41 数组上限值表

图40 错误信息

图39 ATP Launcher

第4个功能与程序有关，用户不应随意改动内部变量值。这里只介绍ATP Launcher的扩大

容后的执行程序。注意：Makefile需选择Makefil_err（如图41所示），而不应使用Default Makefile。在本例中，出现超标的是第8号数组。在表中，从左到右、从上到下计数，第8号为LPAST，因此应把该数组扩大。

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6. 结束语

ATPDraw使得ATP-EMTP的利用大大方便了。但ATPDraw也有它的缺点。 (1) 有许多模型尚未加入，如潮流计算、相坐标同步电机(Type-58)、GIFU开关等。 (2) 有些功能的应用受限制，例如线路的相数。用ATPDraw选择架空线路/电缆模型[LCC] 时，最多只允许输入9相，而实际程序并无这个限制。（可使用一些技巧扩展至14相，详见附录1）。

(3) 有些输出要求无法指定，例如TACS控制开关的状态输出、MODELS变量输出等。 (4) 从画面上很难确认计算时节点的连接状态，特别在三相表示转为单相表示或者在相反的转换时。有时会出现计算中的节点连接状态与实际不符的情况。

(5) 很难控制数据输入（数据卡）的顺序。而这对TACS是很重要的，有时会因输入顺序不当产生内部时延。

(6) 受画面大小的限制。为此，ATPDraw增加了压缩和釈放的功能，即可以用一亇图标表示一亇部分网络，或者将一亇缩写图标恢复成原来的部分网络。但在系统十分厐大时，仍会感到困难。

(7) 与文本输入相比，不易系统地编制节点名。

(8) 与文本输入相比，不能加入许多注释语句，以増加可读性。

因此，建议在利用ATPDraw的同时也了解文本输入方法，以便必要时可用文本输入文件对照，或者追加受限制的功能。

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附录1：用ATPDraw Ver.3.5创建14相（同塔4回路）线路LCC模型的方法

1.建立LCC_N14.SUP文件

A、打开Objects→Model→edit sup-file ，打开\\ATP\\project\%usp的LCC_N9.SUP文件，编制图标。图标编制方法如下图所示。

↓

B. 将文件另存为LCC_N14.SUP并放入\\ATP\\project\%usp中。 C．各端子的的定义如下图所示。