解決方案
基于Windows平台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用。本案例将介紹EMTP-RV助力加拿大龐巴迪公司對機車(chē)牽引系統中(zhōng)主電源保護系統的性能進行深入研究的應用情況。
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(tōng)運輸設備制造商(shāng)。主要産品有支線飛機、公務噴氣飛機、鐵路(lù)及高速鐵路(lù)機車(chē)、城市軌道交通(tōng)設備等。Bombardier Transportation公司的研發工程師(shī)需要搭建詳細的機車(chē)直流主電源系統模型，用于研究機車(chē)系統中(zhōng)主電源保護設備的暫态短(duǎn)路(lù)電流保護性能。由于機車(chē)運行過程中(zhōng)是移動(dòng)的、機車(chē)的主電源系統拓撲複雜以及車(chē)輛運行情況多樣，且故障的不同等級與機車(chē)的運行位置有關(guān)，這就對機車(chē)牽引系統建模的精細程度提出了很高的要求。在直流電力系統中(zhōng)，傳統的基于AC RMS穩态仿真無法滿足研究電流保護設備暫态特性的需求。
基于EMTP-RV，客戶完成了：對機車(chē)設備和(hé)線纜保護的研究；限制通(tōng)常在機車(chē)下(xià)放發生的高熱效應和(hé)磁能；更進一步的完成了仿真可(kě)能會發生的故障等級，定義了保護設備的規格和(hé)等級，估算故障持續時間，評定故障保護設備的選擇适應性以及測試保護設備在不同故障情況下(xià)的保護性能。
在機車(chē)中(zhōng)，類似于集電靴熔絲和(hé)高速電流斷路(lù)器(qì)在機車(chē)電力保護系統中(zhōng)起到重要的作用。當機車(chē)主電源系統發生短(duǎn)路(lù)故障時，這些電流保護裝置通(tōng)常在短(duǎn)時間内就要動(dòng)作以保護主電源系統。傳統的基于AC RMS有效值對保護裝置進行仿真的軟件由于無法反應裝置在電磁暫态反應下(xià)的工作特性，是不适用于這樣的需求的。
直流牽引系統需要通(tōng)過短(duǎn)路(lù)電流保護分析仿真來評估在機車(chē)運行過程中(zhōng)可(kě)能會發生的故障等級、保護設備的檢測以及滅弧機理探索。基于以上需求，龐巴迪研發工程師(shī)基于EMTP-RV平台，搭建了詳細的仿真模型。EMTP-RV具有不僅可(kě)以仿真詳細的電力電子(zǐ)非線性器(qì)件元件模型，更能以大規模的元件數量下(xià)進行仿真。龐巴迪研發工程師(shī)将DC牽引系統下(xià)不同的機車(chē)結構，不同的故障位置以及不同的操作情況（穩态、）在EMTP-RV中(zhōng)搭建了變電所、鐵軌和(hé)主電源系統。
通(tōng)過先進的電磁暫态仿真軟件完成了對機車(chē)牽引系統中(zhōng)直流主電路(lù)中(zhōng)短(duǎn)路(lù)電流保護研究的需要，項目完成了：評估短(duǎn)路(lù)故障情況的嚴重性；确定故障清除時間；依據選擇合适的保護設備和(hé)評估他們在不同故障情況下(xià)的可(kě)選擇性。
■ EMTP-RV仿真軟件的功能特點;
■ 豐富的電力系統電磁暫态仿真模型庫;
■ 具有出衆的建模靈活性；
■ 先進的仿真内核解算器(qì)；
■ 可(kě)自定義的GUI；
■ 大量的電機模型和(hé)非線性電力電子(zǐ)模型庫；
■ 對于非線性元件不再有拓撲限制；
■ 易于使用的人機界面；
EMTP-RV是廣泛用于電磁類、機電類以及控制系統暫态分析的仿真和(hé)分析軟件。
EMTP-RV适用于廣泛的電力系統分析應用場景，包括不限于以下(xià)：
■ 絕緣協調；
■ 開關(guān)浪湧；
■ 鐵磁諧振；
■ HVDC；
■ 保護；
■ 軸扭轉應力；
■ 同步電機；
■ 電力電子(zǐ)和(hé)FACTS；
■ 風機；
■ 雷擊電湧；
■ 電網絡分析；
■ 串聯補償；
■ 開關(guān)設備；
1. 絕緣協調包括：
架空線路(lù)；室外變電站(zhàn)；氣體絕緣變電站(zhàn)；避雷器(qì)模型；
■ 特定的絕緣等級
■ 保護設備的安裝
經濟上可(kě)接受的失敗的風險
絕緣協調
■ 雷擊浪湧會造成絕緣子(zǐ)鍊崩潰
電網停電
電壓跌落
■ 直接閃電
閃電是電流源模型（CIGRE模型）
■ 感應雷電
感應電壓：低于10KV，是低電壓系統的棘手問(wèn)題
■ 可(kě)滿足統計和(hé)參數研究
2、開關(guān)浪湧
■ 研究開關(guān)拓撲
■ 電網絡分析
傳輸線的開關(guān)
故障出現和(hé)消除
電容通(tōng)斷
電抗器(qì)通(tōng)斷
■ 斷路(lù)器(qì)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(kě)滿足統計和(hé)參數研究
、
3. 鐵磁諧振
■ 振蕩現象
■ 四個(gè)元素
非線性電感（電力變壓器(qì)，電壓互感器(qì)）
電容（線纜，空氣絕緣導體）
電壓源
低損耗
■ EMTP-RV模型（變壓器(qì)、電纜、線）在頻域是精确和(hé)有效的
■ EMTP-RV解算器(qì)仿真非線性元件具有高度精确性
■ EMTP-RV軟件可(kě)用于理解、分析和(hé)消除鐵磁諧振
4. 電力電子(zǐ)和(hé)FACTS（HVDC，多端HVDC，SVC，VSC，TCSC）
■ EMTP-RV解算器(qì)提供了用于電力電子(zǐ)仿真的先進解算器(qì)，避免了開關(guān)過程中(zhōng)的數值不穩定問(wèn)題
■ 可(kě)實現開關(guān)元件的詳細模型
■ 可(kě)設計控制系統
■ 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(qì)同時需要高精度模型（MOSFET，控制，線纜，故障模拟等）
■ 可(kě)仿真雙極，背靠背和(hé)多端HVDC系統
■ 仿真包含了平均值模型和(hé)詳細模型
■ 基于MMC的多端HVDC通(tōng)用和(hé)完整模型可(kě)進行仿真
6. 雷擊浪湧
■ 回火
■ 感應浪湧
■ 變電站(zhàn)引入浪湧
7. 網絡分析
■ 網絡分割，電能質量，地磁暴，補償與控制元件之間的交互，風機
■ 電網分布不平衡
■ 詳細仿真與分析大規模電力系統（無上限）
■ 分布式電網絡和(hé)分布式發電
8. 保護
■ 電能振蕩
■ 飽和(hé)問(wèn)題
■ 電湧放電器(qì)影響
9. 串聯補償
■ MOV電能吸收
■ 短(duǎn)路(lù)電流情況
■ 電網絡交互
10. 軸扭轉應力
■ 次同步諧振
■ 開關(guān)開合感應
11. 開關(guān)設備
■ TRV
■ 并聯補償
■ 電流截斷
■ 電流零點延遲
■ 電弧現象
12. 同步電機
■ SSR
■ 自激振蕩
■ 控制
