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第1章 定义、目的和背景 1

1.1 引言 1

1.2 电磁暂态的分类 1

1.3 暂态仿真器 3

1.4 数字仿真 4

1.4.1 状态变量分析 4

1.4.2 差分方程方法 4

1.5 历史沿革 5

1.6 应用范围 7

1.7 参考文献 8

第2章 连续与离散系统分析 9

2.1 引言 9

2.2 连续系统 9

2.2.1 状态变量表达式 10

2.2.2 状态方程的时域解 17

2.2.3 连续系统的数字仿真 19

2.3 离散系统 26

2.4 连续域与离散域之间的关系 28

2.5 小结 29

2.6 参考文献 29

第3章 状态变量分析 30

3.1 引言 30

3.2 状态变量的选择 30

3.3 状态方程的形成 32

3.3.1 变换法 32

3.3.2 图解法 34

3.4 求解过程 36

3.5 暂态变换器仿真（TCS） 37

3.5.1 标幺系统 38

3.5.2 网络方程 38

3.5.3 TCS的结构 41

3.5.4 换流阀开关处理 43

3.5.5 自动步长调整的效果 45

3.5.6 TCS变换器控制 48

3.6 算例 51

3.7 小结 55

3.8 参考文献 55

第4章 数值积分代换 57

4.1 引言 57

4.2 R，L，C元件的离散化 57

4.2.1 电阻 57

4.2.2 电感 58

4.2.3 电容 59

4.2.4 元件组合降阶 60

4.3 传输线双端诺顿等效模型 62

4.4 网络求解 64

4.4.1 算例：电压源转化为电流源 65

4.4.2 含有开关的网络求解 66

4.4.3 算例：作用到RL负荷的电压阶跃 68

4.5 非线性或时变参数 75

4.5.1 电流源替代法 75

4.5.2 补偿法 75

4.5.3 分段线性法 77

4.6 子系统 77

4.7 稀疏与编号优化 80

4.8 数值误差和不稳定性 81

4.9 小结 82

4.10 参考文献 82

第5章 根匹配法 84

5.1 引言 84

5.2 差分方程的指数形式 84

5.3 差分方程的z域表示 86

5.4 在EMTP算法中的实现 89

5.5 差分方程指数形式族 94

5.5.1 阶跃响应 96

5.5.2 稳态响应 97

5.5.3 频率响应 98

5.6 算例 100

5.7 小结 101

5.8 参考文献 102

第6章 传输线和电缆 103

6.1 引言 103

6.2 贝瑞隆（Bergeron）模型 104

6.3 频率相关传输线 108

6.3.1 频域到时域的变换 111

6.3.2 相域模型 114

6.4 架空传输线参数 115

6.4.1 分裂导线 117

6.4.2 地线 118

6.5 地下电缆 119

6.6 算例 121

6.7 小结 129

6.8 参考文献 130

第7章 变压器和旋转电机 132

7.1 引言 132

7.2 基本变压器模型 132

7.2.1 数值实现 134

7.2.2 参数导出 134

7.2.3 模拟非线性 136

7.3 高级变压器模型 137

7.3.1 单相UMEC模型 137

7.3.2 UMEC在PSCAD/EMTDC中的实现 141

7.3.3 三芯柱三相UMEC 142

7.3.4 快速暂态模型 145

7.4 同步机 146

7.4.1 电磁模型 146

7.4.2 机电模型 152

7.4.3 机网接口 154

7.4.4 可用旋转电机的类型 156

7.5 小结 157

7.6 参考文献 158

第8章 控制和保护 160

8.1 引言 160

8.2 控制系统暂态分析 160

8.3 PSCAD/EMTDC中的控制模块 161

8.4 保护系统建模 170

8.4.1 互感器 170

8.4.2 机电式继电器 172

8.4.3 电子式继电器 173

8.4.4 基于微处理器的继电器 173

8.4.5 断路器 173

8.4.6 避雷器 174

8.5 小结 176

8.6 参考文献 177

第9章 电力电子系统 179

9.1 引言 179

9.2 EMTDC中换流阀的表示 179

9.3 开关瞬时的配置和定位 180

9.4 尖峰和数值振荡（振颤） 182

9.5 HVDC变换器 189

9.6 HVDC仿真算例 191

9.7 灵活交流输电系统设备 194

9.7.1 静止无功补偿器 195

9.7.2 静止补偿器 198

9.8 状态变量模型 201

9.8.1 EMTDC/TCS接口实现 201

9.8.2 控制系统表示 203

9.9 小结 204

9.10 参考文献 205

第10章 频率相关网络等效 206

10.1 引言 206

10.2 FDNE的位置 207

10.3 降阶系统的范围 207

10.4 频率范围 207

10.5 系统频率响应 207

10.5.1 频域识别 208

10.5.2 时域识别 214

10.6 模型参数拟合 215

10.6.1 RLC网络 215

10.6.2 有理函数 216

10.7 模型实现 218

10.8 算例 218

10.9 小结 225

10.10 参考文献 226

第11章 稳态应用 227

11.1 引言 227

11.2 初始化 228

11.3 谐波评估 228

11.4 非线性设备的相位依赖阻抗 229

11.5 时域起辅助作用 230

11.5.1 时不变非线性元件的迭代求解 231

11.5.2 一般非线性元件的迭代求解 232

11.5.3 加速技术 233

11.6 时域起主要作用 234

11.6.1 基本时域算法 234

11.6.2 步长 234

11.6.3 直流系统表示 234

11.6.4 交流系统表示 235

11.7 电压暂降 236

11.8 电压波动 239

11.9 电压切痕 243

11.10 小结 245

11.11 参考文献 246

第12章 混合时间框架仿真 248

12.1 引言 248

12.2 混合算法描述 249

12.2.1 独立程序修改 249

12.2.2 数据流 250

12.3 TS/EMTDC接口 251

12.3.1 等效阻抗 252

12.3.2 等效电源 253

12.3.3 相-序数据转换 254

12.3.4 接口变量推导 254

12.4 EMTDC到TS的数据转换 256

12.5 交互协议 257

12.6 接口位置 258

12.7 测试系统和结果 259

12.8 讨论 261

12.9 参考文献 261

第13章 实时暂态仿真 263

13.1 引言 263

13.2 采用专用体系结构的仿真 264

13.2.1 硬件 265

13.2.2 RTDS的应用 266

13.3 在标准计算机上的实时应用 268

13.4 小结 270

13.5 参考文献 271

附录A PSCAD/EMTDC程序结构 272

A.1 参考文献 278

附录B 系统识别技术 279

B.1 s域识别（频域） 279

B.2 z域识别（频域） 280

B.3 z域识别（时域） 282

B.4 Prony分析 283

B.5 递归最小二乘曲线拟合算法 284

B.6 参考文献 286

附录C 数值积分 287

C.1 经典方法回顾 287

C.2 积分公式的截断误差 290

C.3 积分方法的稳定性 291

C.4 参考文献 292

附录D 测试系统数据 293

D.1 CIGRE标准测试模型 293

D.2 新西兰南岛南部系统 296

D.3 参考文献 298

附录E 导出差分方程 299

E.1 应用到一阶滞后函数的根匹配技术 299

E.2 应用到一阶微分极点函数的根匹配技术 299

E.3 通过双线变换得到RL串联支路的差分方程 300

E.4 通过数值积分代换得到RL串联支路的差分方程 300

附录F MATLAB代码示例 304

F.1 作用到RL负荷的电压阶跃1 304

F.2 作用到RL负荷的电压阶跃2 305

F.3 F.2示例的一般化程序 307

F.4 差分方程的频率响应 319

附录G 用于状态变量分析的FORTRAN代码 323

附录H 用于EMT仿真的FORTRAN代码 330

H.1 直流电源、开关和RL负荷 330

H.2 用于直流电源、开关和RL负荷的一般化MET程序 332

H.3 交流电源、二极管和RL负荷 336

H.4 状态变量分析程序1 339

H.5 状态变量分析程序2 342

H.6 状态变量分析程序3 346

H.7 输电线路程序的子程序 354

索引 357