電磁暫態(tài)計(jì)算程序ATP的輸入與輸出格式

段韶峰

摘 要：ATP（Alternative Transient Program）是電磁暫態(tài)計(jì)算程序（Electro-Megnetic Transient Program， EMTP）的免費(fèi)分支，目前在電力系統(tǒng)暫態(tài)計(jì)算中受到普遍應(yīng)用。在一些情況下，需要自己手工編寫(xiě)或處理ATP的輸入和輸出文件，或是進(jìn)行批量相似仿真任務(wù)，由于人工操作過(guò)于費(fèi)時(shí)費(fèi)力，此時(shí)可能需要用外部程序控制調(diào)用ATP。這都要求了解輸入、輸出文件的格式。文章簡(jiǎn)要介紹了ATP的文件系統(tǒng)、輸入文件和輸出文件的格式，希望能夠給ATP用戶(hù)一些啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：EMTP；ATP；文件系統(tǒng)；輸入文件；輸出文件

中圖分類(lèi)號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）29-0069-02

1 概 述

電磁暫態(tài)計(jì)算程序（Electro-Megnetic Transient Program， EMTP）最初由美國(guó)幫納維爾電力局（BPA）的Dommel博士和Mayer博士開(kāi)發(fā)，在電磁暫態(tài)計(jì)算領(lǐng)域獲得了很大成功。爾后，在最初的EMTP程序的基礎(chǔ)上，又衍生出了一些不同的分支，常見(jiàn)的有PSCAD，EMTP-RV，EMTP-ATP等。其中，EMTP-ATP是免費(fèi)的分支，國(guó)內(nèi)常簡(jiǎn)稱(chēng)為ATP。

與EMTP一樣，ATP算法的基礎(chǔ)是貝杰龍（Bergeron）模型。其基本思想是把復(fù)雜的設(shè)備、元器件（例如變壓器、線路等）等效為最基本的電源、電阻、電容、電感、傳輸線和開(kāi)關(guān)元件，而該模型的核心就是把電容、電感和傳輸線等效成電阻和歷史電流源的網(wǎng)絡(luò)，歷史電流源的取值由上一個(gè)仿真步長(zhǎng)中的電流決定。由此可以把電路化成電源、開(kāi)關(guān)和電阻的網(wǎng)絡(luò)，方便求解。最終電阻網(wǎng)絡(luò)的求解是用節(jié)點(diǎn)電壓法。

除了以上基本元件類(lèi)型以外，ATP還提供了功能更為強(qiáng)大的TACs模塊和MODELs模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)高級(jí)用戶(hù)對(duì)元器件自定義的需求，因此ATP對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的處理能力是很強(qiáng)大的。除此以外，對(duì)于電力系統(tǒng)中的一些設(shè)備，如電機(jī)、變壓器、線路等，都有現(xiàn)成的模型，還往往提供多個(gè)模型供不同需求的用戶(hù)選擇，因此對(duì)普通用戶(hù)而言，ATP也具有使用簡(jiǎn)單，容易上手的優(yōu)點(diǎn)。

有時(shí)候用戶(hù)需要自行編寫(xiě)或是修改ATP的輸入文件，更常見(jiàn)的是讀、處理輸出文件。因此本文簡(jiǎn)要介紹了ATP輸入文件的格式，詳細(xì)介紹了輸出文件的格式。希望對(duì)ATP用戶(hù)能夠有一些幫助。

2 ATP的文件系統(tǒng)

ATP用戶(hù)常見(jiàn)的ATPDraw操作界面，如圖1所示。

實(shí)際上，ATPDraw只是挪威的H？idalen博士所開(kāi)發(fā)的用戶(hù)界面，用于電路圖的繪制并生成標(biāo)準(zhǔn)的ATP輸入文件，并不包含ATP程序本身。ATP主程序一般是一個(gè)名為T(mén)pbigG（W/S）.exe的可執(zhí)行文件，其語(yǔ)法為：

RUNTPG

其中，RUNTPG可以為用戶(hù)自行定義的環(huán)境變量，指向Tpbig文件，也可以是Tpbig文件本身。

可以為BOTH或DISK，指明輸出結(jié)果是同時(shí)輸出于硬盤(pán)文件和對(duì)話(huà)窗口，或者僅輸出于硬盤(pán)文件。是輸入文件的文件名，一般擴(kuò)展名為.atp。

是輸出文件的文件名，如果為S，則與輸入文件的文件名相同，輸出文件的擴(kuò)展名為.pl4，如沒(méi)有指定目錄，則與Tpbig文件目錄相同。

可以為-R，意為如果存在同名輸出文件，則直接覆蓋而不提示。比如：

TpbigG.exe BOTH DC4_1.S-R

意為在硬盤(pán)上寫(xiě)輸出文件，并在屏幕上顯示輸出結(jié)果，輸入文件為DC4_1.atp，輸出文件為DC4_1.pl4，如果存在同名輸出文件，則直接覆蓋而不提示。

除了Tpbig文件以外，ATP目錄下還有兩個(gè)較重要的文件STARTUP和LISTSIZE，前者保存一些仿真所用到的常數(shù)變量如迭代精度等，后者保存了一些節(jié)點(diǎn)、支路數(shù)量上限等程序限制。

3 輸入文件格式

輸入文件是一個(gè)純文本文件。文件中的每一行稱(chēng)為一個(gè)卡片，卡片這名稱(chēng)源于老式計(jì)算機(jī)的輸入方式，一個(gè)卡片最多可以填寫(xiě)80個(gè)字符。其中，類(lèi)似BEGIN NEW DATA CASE的大寫(xiě)字母語(yǔ)句的卡片是一些指令，其格式和內(nèi)容都是固定的。大寫(xiě)字母C打頭的為注釋。/打頭的是標(biāo)識(shí)符，一些未用到的可以不寫(xiě)，但是其前后順序是固定的。其他卡片都是仿真參數(shù)和電路參數(shù)。

緊接著B(niǎo)EGIN NEW DATA CASE卡片的是仿真參數(shù)，其中dT是時(shí)間步長(zhǎng)，Tmax是仿真時(shí)長(zhǎng)，其下面一行第一個(gè)是Print Freq.，其作用下面會(huì)有說(shuō)明。/BRANCH部分是支路卡片，n1、n2是兩端節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)，R、L、C是電阻、電容、電感值，A、B是傳輸線的兩個(gè)參數(shù)，leng是傳輸線的長(zhǎng)度。/SWITCH部分是開(kāi)關(guān)卡片，n1、n2同樣是兩端節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)，Tclose和Top是開(kāi)關(guān)的合、分時(shí)刻，Ie是截止電流。/SWITCH部分是電源卡片，由于ATP里面任何電源都是接地的，因此沒(méi)有n2參數(shù)，F(xiàn)erq是電源頻率，Phase是初相角。/SWITCH部分是輸出量。

ATP用戶(hù)可能會(huì)遇到一情況，即需要對(duì)電路中一個(gè)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整，如果次數(shù)較大，人工操作就比較費(fèi)力。此時(shí)可以用外部程序修改該.atp文件，并調(diào)用Tpbig文件求解，然后讀取輸出文件。由于ATP使用FORTRAN編寫(xiě)，當(dāng)修改該參數(shù)時(shí)，如是整數(shù)需要在后面加小數(shù)點(diǎn)，如是科學(xué)計(jì)數(shù)法，小數(shù)位不能超過(guò)2位，用大寫(xiě)E，比如1.5E5。

4 輸出文件格式

ATP的輸出文件，即.pl4文件的格式，如圖2所示。

開(kāi)頭的部分以文本形式存儲(chǔ)了仿真的的時(shí)間，緊接著的4個(gè)字節(jié)是電路的節(jié)點(diǎn)數(shù)，再緊接的三個(gè)四字節(jié)分別存儲(chǔ)了輸出電壓的數(shù)量、輸出電流的數(shù)量、以及TACs數(shù)。緊接的四個(gè)字節(jié)沒(méi)有用處，再緊接的四個(gè)字節(jié)非常重要，它指出了數(shù)據(jù)區(qū)的開(kāi)始位置。以上內(nèi)容的字節(jié)長(zhǎng)度都是固定不變的，除了文本格式的時(shí)間外，都是以32位整數(shù)的格式存儲(chǔ)。

在下面是一些說(shuō)明文字和輸出電壓、電流的命名信息。

首先是各個(gè)節(jié)點(diǎn)的名稱(chēng)，然后是每個(gè)輸出電壓對(duì)應(yīng)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)，最后是每個(gè)輸出電流對(duì)應(yīng)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)。例如圖中電流的編號(hào)為04、03，表示該電流是從上面所記錄節(jié)點(diǎn)的第4個(gè)節(jié)點(diǎn)流出，流入第3個(gè)節(jié)點(diǎn)。

接下來(lái)是數(shù)據(jù)區(qū)，所有數(shù)據(jù)都是采用32位浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)。從0時(shí)刻起，順序?yàn)闀r(shí)間、各個(gè)輸出電壓、各個(gè)輸出電流，然后是下一個(gè)時(shí)刻的各個(gè)值。即是說(shuō)，如果輸出電壓為m個(gè)，輸出電流為n個(gè)，那么最前面的1+m+n個(gè)數(shù)據(jù)即為0時(shí)刻對(duì)應(yīng)的時(shí)間、各電壓數(shù)據(jù)、各電流數(shù)據(jù)，緊接著的1+m+n個(gè)數(shù)據(jù)為第一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，以此類(lèi)推。

值得指出的是，ATP的輸出中，除了數(shù)據(jù)文件.pl4文件以外，比較重要的還有日志文件即.lis文件，與輸出文件名相同。該文件包含的信息可能對(duì)用戶(hù)有用。文件內(nèi)容包括LISTSIZE文件中的各個(gè)變量上限、.atp文件主要內(nèi)容和其解析、各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的連接情況、計(jì)算結(jié)果的概要（即每隔Print Freq.個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)記錄一組數(shù)據(jù)）、節(jié)點(diǎn)流過(guò)的功率數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)的最大值和最小值等信息。如果運(yùn)行出錯(cuò)，還會(huì)給出出錯(cuò)信息。不同版本的ATP，因?yàn)槟J(rèn)設(shè)置不同，該文件的內(nèi)容可能不盡相同。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹了ATP的文件系統(tǒng)、輸入文件和輸出文件的格式，希望能夠給ATP用戶(hù)一些啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 解廣潤(rùn).電力系統(tǒng)過(guò)電壓[M].北京：水利電力出版社，1985.

[2] Dommel H.W. EMTP Theory Book[M].1986.

[3] CEUG. Alternative Transients Program （ATP） Rule book[M]. 1995.