Pro výpočtová simulační řešení na matematických numerických modelech byly v elektroenergetice vyvinuty a stále jsou rozvíjeny popřípadě vyvíjeny nové. V tomto množství může být velice těžké se zorientovat. Tento dokument se soustřeďuje pouze na specifickou oblast a úlohu, která je do jisté míry triviální a poměrně dobře tedy ilustruje jen základní možnosti a schopnosti těchto nástrojů. Odkazované dokumenty jsou prezentace, které ukazují víceméně uživatelský pohled na tyto aplikace a z toho důvodu má smysl tento souhrnný dokument obsahující dodatečné komentáře a zobecnění.
Vybranou oblastí přechodných dějů jsou elektromagnetické přechodné děje s poměrně krátkými časovými konstantami. Jedná se tedy většinou o děje rychlejší než například děje elektro-mechanické, nebo elektro-tepelné. Naopak jsou tyto děje pomalejší než děje vlnové (někdy též nazývané rázové).
Pravděpodobně nejtypičtějším rutinním příkladem praktického výpočtu, který spadá do této kategorie, je vyhodnocení průběhu zkratových proudů. Z praktických důvodů pro jak snadnou identifikaci parametrů, tak současně pro velmi snadné vyhodnocení správnosti výsledků byl vybrán obdobný přechodný děj, který je spojený se zapnutím transformátoru do režimu měření nakrátko, tedy konfigurace napájená sníženým napětím nakrátko pro dosažení právě jmenovitého proudu v obou vinutích při respektování příslušného převodu.
Existuje poměrně mnoho komplexních online přehledů nástrojů pro elektronergetiku. Například tyto:
Pokud ovšem budeme uvažovat pouze o nástroje zaměřené na elektromagnetické přechodné děje, potom bude spektrum možných kandidátů podstatně užší. I přesto je následující tabulka pouze zúžením na reprezentativní příklady, bez ambice poskytnout kompletní ucelený přehled:
| Název nástroje | Platforma | Poznámky |
|---|---|---|
| MATLAB | Základní analytický nástroj vytvářející platformu a současně umožňující řešení analytického rozboru obecnými numerickými metodami. | |
| GNU Octave | Pro základní numerické výpočty se jedná o volnou otevřenou alternativu MATLABu, postrádá však možnost pracovat jako plnohodnotná platforma pro další nadstavby MATLABu. | |
| Simulink | MATLAB | Umožňuje numerické řešení formulované pomocí funkčních bloků a bohaté řady knihoven pro aplikační prostředí. |
| Simscape | Simulink | Umožňuje numerické řešení formulované pomocí propojení fyzikálních prvků se vzájemnou energetickou nebo signálovou interakcí. |
| Simscape Electrical | Simscape | Specializovaná knihovna nástroje Simscape pro řešení přechodných dějů v elektrotechnice zahrnující i početnou skupinu modelových prvků pro elektroenergetiku (dříve uváděná zvlášť jako SimPowerSystems). |
| DYNAST | Simulační volné prostředí pro dynamické analýzy umožňující popis systému jak pomocí implicitních diferenciálních rovnic, tak pomocí bloků ala Simulink a také pomocí fyzikálních prvků ala Simscape. Knihovny prvků jsou zcela otevřené. Mezi analýzami lze najít i rozbor ustáleného harmonického stavu, linearizaci systémů atd. | |
| Open Modelica | Moderní alternativa DYNASTu s progresivním objektovým jazykem popisu. Možnosti jsou ještě více technologicky pokročilé a rozvíjející se knihovny komponent rovněž zcela otevřené. | |
| SciPy, Numpy, Gekko | python | Nadstavbové numerické knihovny programovacího jazyka python aplikované v prostředí uživatelské nadstavby Spyder nebo Jupyter notebook, popřípadě Google Colaboratory jsou plnohodnotnou volnou otevřenou alternativou GNU Octave pro základní numerické řešení. |
| EMTP-ATP (EEUG) | Tradiční specializovaná aplikace pro řešení elektromagnetických přechodných dějů v elektroenergetice. | |
| EMTP | Přepracovaná funkčně bohatě rozšířená verse EMTP-ATP. Na rozdíl od původní předlohy již není tato aplikace volná ani otevřená, ale na druhou stranu má profesionální podporu. | |
| PSCAD | Specializovaná aplikace pro řešení především elektromagnetických přechodných dějů v elektroenergetice. Uživatelské prostředí a nabídka hotových prvků jsou velice komfortní. | |
| LTspice | Specializovaná aplikace pro řešení elektronických obvodů. Volná aplikace nabízí jak dynamické přechodné analýzy, tak rozbory ustálených harmonických stavů. | |
| SolveElec | Specializovaná volná aplikace pro řešení elektrických stejnosměrných a střídavých harmonických obvodů včetně odvození analytického řešení. |
Výběr vhodného nástroje pro konkrétní úlohu může záviset na jejich unikátních vlastnostech. Z mého pohledu jsou nejdůležitější tyto:
| Název nástroje | Unikátní vlastnosti nebo schopnosti |
|---|---|
| MATLAB | Všestranný, mohutný, rozvíjející se nástroj s kvalitní podporou. |
| GNU Octave | Výkonná, volná, nenáročná alternativa MATLABu. K dispozici jsou i volné varianty pro používání online. |
| Simulink | Referenční rozvíjející se nástroj v oblasti blokových schémat s rozsáhlou základnou knihoven a podporou výrobce. |
| Simscape | Robustní obecný nástroj pro fyzikální modelování opět s rozsáhlou základnou knihoven a podporou výrobce. |
| SimElectric | Rozvíjející se knihovna pro analýzy v elektrotechnice a elektroenergetice. |
| DYNAST | Nejkompaktnější řešení s vysokým výkonem, volné, otevřené a s plným spektrem možností popisu systému. |
| Open Modelica | Nejbouřlivěji se rozvíjející a technologicky nejvyspělejší volná otevřená platforma s rostoucím počtem knihoven nového typu. |
| SciPy, Numpy, Gekko | Volné nástroje pro numerické řešení vhodné pro integraci do informačních celků, například interaktivních online dokumentů. |
| EMTP-ATP (EEUG) | Referenční specializovaný nástroj pro elektromagnetické přechodné děje s nejdelší tradicí v oboru. |
| EMTP | Nástroj s širokým spektrem typů nadstavbových analýz a specifických propracovaných prvků v knihovnách. |
| PSCAD | Moderní alternativa EMTP-ATP s pokročilým uživatelsky příjemným prostředím a kvalitní podporou výrobce. |
| LTspice | Řešení se snadnou obsluhou vhodné pro výuku, navíc s analýzou jak přechodnou, tak ustálenou harmonickou. |
| SolveElec | Jen technická zajímavost zdarma, která vyniká možností získat analytické řešení ustáleného harmonického stavu. |