段韶峰

摘 要：ATP（Alternative Transient Program）是電磁暫態(tài)計算程序（Electro-Megnetic Transient Program， EMTP）的免費分支，目前在電力系統(tǒng)暫態(tài)計算中受到普遍應用。在一些情況下，需要自己手工編寫或處理ATP的輸入和輸出文件，或是進行批量相似仿真任務，由于人工操作過于費時費力，此時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用戶一些啟發(fā)。

關鍵詞：EMTP；ATP；文件系統(tǒng)；輸入文件；輸出文件

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0069-02

1 概 述

電磁暫態(tài)計算程序（Electro-Megnetic Transient Program， EMTP）最初由美國幫納維爾電力局（BPA）的Dommel博士和Mayer博士開發(fā)，在電磁暫態(tài)計算領域獲得了很大成功。爾后，在最初的EMTP程序的基礎上，又衍生出了一些不同的分支，常見的有PSCAD，EMTP-RV，EMTP-ATP等。其中，EMTP-ATP是免費的分支，國內(nèi)常簡稱為ATP。

與EMTP一樣，ATP算法的基礎是貝杰龍（Bergeron）模型。其基本思想是把復雜的設備、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、傳輸線和開關元件，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，歷史電流源的取值由上一個仿真步長中的電流決定。由此可以把電路化成電源、開關和電阻的網(wǎng)絡，方便求解。最終電阻網(wǎng)絡的求解是用節(jié)點電壓法。

除了以上基本元件類型以外，ATP還提供了功能更為強大的TACs模塊和MODELs模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)高級用戶對元器件自定義的需求，因此ATP對復雜問題的處理能力是很強大的。除此以外，對于電力系統(tǒng)中的一些設備，如電機、變壓器、線路等，都有現(xiàn)成的模型，還往往提供多個模型供不同需求的用戶選擇，因此對普通用戶而言，ATP也具有使用簡單，容易上手的優(yōu)點。

有時候用戶需要自行編寫或是修改ATP的輸入文件，更常見的是讀、處理輸出文件。因此本文簡要介紹了ATP輸入文件的格式，詳細介紹了輸出文件的格式。希望對ATP用戶能夠有一些幫助。

2 ATP的文件系統(tǒng)

ATP用戶常見的ATPDraw操作界面，如圖1所示。

實際上，ATPDraw只是挪威的H？idalen博士所開發(fā)的用戶界面，用于電路圖的繪制并生成標準的ATP輸入文件，并不包含ATP程序本身。ATP主程序一般是一個名為TpbigG（W/S）.exe的可執(zhí)行文件，其語法為：

RUNTPG

其中，RUNTPG可以為用戶自行定義的環(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)果是同時輸出于硬盤文件和對話窗口，或者僅輸出于硬盤文件。是輸入文件的文件名，一般擴展名為.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，輸出文件的擴展名為.pl4，如沒有指定目錄，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

意為在硬盤上寫輸出文件，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、支路數(shù)量上限等程序限制。

3 輸入文件格式

輸入文件是一個純文本文件。文件中的每一行稱為一個卡片，卡片這名稱源于老式計算機的輸入方式，一個卡片最多可以填寫80個字符。其中，類似BEGIN NEW DATA CASE的大寫字母語句的卡片是一些指令，其格式和內(nèi)容都是固定的。大寫字母C打頭的為注釋。/打頭的是標識符，一些未用到的可以不寫，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BEGIN NEW DATA CASE卡片的是仿真參數(shù)，其中dT是時間步長，Tmax是仿真時長，其下面一行第一個是Print Freq.，其作用下面會有說明。/BRANCH部分是支路卡片，n1、n2是兩端節(jié)點名稱，R、L、C是電阻、電容、電感值，A、B是傳輸線的兩個參數(shù)，leng是傳輸線的長度。/SWITCH部分是開關卡片，n1、n2同樣是兩端節(jié)點名稱，Tclose和Top是開關的合、分時刻，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用戶可能會遇到一情況，即需要對電路中一個參數(shù)進行反復的調(diào)整，如果次數(shù)較大，人工操作就比較費力。此時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，當修改該參數(shù)時，如是整數(shù)需要在后面加小數(shù)點，如是科學計數(shù)法，小數(shù)位不能超過2位，用大寫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。

開頭的部分以文本形式存儲了仿真的的時間，緊接著的4個字節(jié)是電路的節(jié)點數(shù)，再緊接的三個四字節(jié)分別存儲了輸出電壓的數(shù)量、輸出電流的數(shù)量、以及TACs數(shù)。緊接的四個字節(jié)沒有用處，再緊接的四個字節(jié)非常重要，它指出了數(shù)據(jù)區(qū)的開始位置。以上內(nèi)容的字節(jié)長度都是固定不變的，除了文本格式的時間外，都是以32位整數(shù)的格式存儲。

在下面是一些說明文字和輸出電壓、電流的命名信息。

首先是各個節(jié)點的名稱，然后是每個輸出電壓對應的兩個節(jié)點的編號，最后是每個輸出電流對應的兩個節(jié)點的編號。例如圖中電流的編號為04、03，表示該電流是從上面所記錄節(jié)點的第4個節(jié)點流出，流入第3個節(jié)點。

接下來是數(shù)據(jù)區(qū)，所有數(shù)據(jù)都是采用32位浮點數(shù)存儲。從0時刻起，順序為時間、各個輸出電壓、各個輸出電流，然后是下一個時刻的各個值。即是說，如果輸出電壓為m個，輸出電流為n個，那么最前面的1+m+n個數(shù)據(jù)即為0時刻對應的時間、各電壓數(shù)據(jù)、各電流數(shù)據(jù)，緊接著的1+m+n個數(shù)據(jù)為第一個時間步長的數(shù)據(jù)，以此類推。

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用戶有用。文件內(nèi)容包括LISTSIZE文件中的各個變量上限、.atp文件主要內(nèi)容和其解析、各個節(jié)點間的連接情況、計算結(jié)果的概要（即每隔Print Freq.個時間步長記錄一組數(shù)據(jù)）、節(jié)點流過的功率數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)的最大值和最小值等信息。如果運行出錯，還會給出出錯信息。不同版本的ATP，因為默認設置不同，該文件的內(nèi)容可能不盡相同。

5 結(jié) 語

本文簡要介紹了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用戶一些啟發(fā)。

參考文獻：

[1] 解廣潤.電力系統(tǒng)過電壓[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.