Atp.pdf

Las posibilidades de uso comun del ATP como programa de simulacion calculo de parametros son las siguientes:

0

de

• Caso simple de simulacion de una red electrica sin bloques de control. • Caso simple de simulacion de un sistema de control sin incluir la red electrica. • Caso simple de simulacion de red electrica y sistema de control en forma conjunta . • Obtencion de para metros y modelos de Ifneas de transmision .

2.4 REGLAS GENERALES PARA LA GENERACION DEL ARCHIVO DE ENTRADA DE DATOS

EI archivo de entrada de datos debe ser valido para lenguaje Fortran . Las reglas generales son las siguientes: EI archivo debe tener un nombre y se recomienda que tenga una extension *.ATP que es la que por defecto asigna la interfaz ATPDRAW, y para darle nombre al archivo de resultados se recomienda igualmente el mismo nombre, pero con extension *.RES 0 *.LlS EI archivo de entrada de datos tiene 80 columnas. EI archivo de entrada puede tener Ifneas de comentarios, las cuales empiezan con el caracter "C" en la primera columna, seguido de un espacio en blanco y luego el comentario que se desee en la misma linea. Los valores reales con formato cientffico (5.0E-2 por ejemplo) y los numeros enteros, deben estar ajustados a la derecha en el campo. Los valores reales con formato tipo "F" pueden ir en cualquier lugar dentro del campo, siempre y cuando se les coloque el punto. La mayorfa de los datos en el ATP de tipo real se piden con formato tipo "E". Para este tipo de formato el dato se puede colocar como tal 0 como si fuera en formato tipo "F", pero colocando el punto Ejemplo, si un valor de entrada es 10E-02, este dato se puede colocar como 0.1 con la ventaja de que no tiene que estar ajustado a la derecha.

25

No se deben dejar Ifneas en blanco arbitrariamente, porque estas las utiliza el programa para identificar cuando ha terminado un grupo de datos, como se vera posteriormente.

2.5

ESTRUCTURA GENERAL DEL ARCHIVO DE DATOS PARA UN CASO SIMPLE DE SIMULACION TRANSITORIA 0 DE ESTADO ESTACIONARIO DE UNA RED ELECTRICA CON RAMAS SIMPLES RLC

A pesar de que el programa permite simular elementos de un sistema de potencia con modelos muy elaborados, en este primer acercamiento al programa ATP se utilizaran unicamente ramas simples del tipo RLC con parametros concentrados y fuentes simples del tipo escalon y senoidal. Las partes del archivo de entrada de datos para este tipo de simulacion , en forma general se observan en la figura 3. Un archivo de entrada general al ATP se caracteriza por los siguientes grupos de datos: • Datos iniciales para identificar el comienzo de un nuevo caso , identificacion de sf es una simulacion , 0 es un caso de calculo de para metros para algun elemento de la red (acceso a subprogramas) . • Si es un caso de simulacion , el siguiente grupo de datos corresponde a la especificacion del tiempo de simulacion , tiempo de paso de integracion, especificaci6n de las unidades de los para metros LC y control de salida de informaci6n. Tambien se especifica en este bloque de datos si es un caso de simulacion de estado estacionario. • Datos de las ramas de la red (modelacion de los componentes de la red de potencia) . • Datos de los interruptores. • Datos de las fuentes . • Especificacion de las condiciones iniciales, si existen . • Lista de voltajes nodales a ser tabulados y graficados. • Bloque de datos para unas opciones graficas y de calculos especiales, como anal isis de Fourier y tablas con resumenes estadisticos.

26

Para una simulaci6n en particular no deben aparecer necesariamente todos los bloques sefialados. En la figura 3 se observa la presentaci6n en detalie de los formatos de las diferentes Ifneas de un archivo para simulaci6n transitoria 0 de estado estacionario de un caso simple que no contiene bloques de control. Un caso simple de simulaci6n se entiende como aquel donde no se hacen estudios de tipo estadfstico, no hay bloques de control , no se utilizan subprogramas para calculos de parametros de elementos del sistema, s610 se emplea un tipo de rama (rama RLC serie de parametros concentrados) para la modelaci6n de la red , el interruptor que se usa es controlado por tiempo en forma determinfstica y se utilizan fuentes sencilias como escal6n y cosenoidal. En la figura 3 se observa la forma como estan organizados los diferentes datos en los campos del archivo de entrada. Estos espacios en las diferentes columnas se deben conservar de manera rigurosa .

27

101

BUS

IU/II

Amp

Pha

Al

Tl

Tsta

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NODOI

INO D 02 INOD03 INO D 04

INOD05

BLANK OUTPUT BLANK PL OT BEGIN NE w DATA CASE BLANK

Figura 3. Formato general para el programa EMTP/ATP

28

Tstop

3. PRAcTICA N01. CASO SIMPLE DE SIMULACION DE UN CIRCUITO RLC SERlE Para realizar una introducci6n en 10 que es la utilizaci6n practica del EMTP/ATP como herramienta de simulaci6n , 10 mas apropiado es hacerlo con un sistema que sea sencillo (caso del circuito RLC serie), para el usuario que se inicia en su utilizaci6n, y que a la vez permita formarse una idea de la forma de utilizaci6n del programa. A partir del circuito RLC se pueden dar los primeros conceptos asociados con los fen6menos transitorios reales que se presentan en un sistema electrico de potencia .

3.1 OBJETIVO EI objetivo de esta practica es familiarizarse con la forma del archivo de entrada de datos para un caso simple de simulaci6n transitoria de un circuito RLC serie. Adicionalmente, se plantearan algunas situaciones en las que se generan transitorios simples donde el modelo circuital son circuitos RLC simples.

3.2 DESCRIPCION EI circuito RLC serie es una primera aproximaci6n a la modelaci6n de componentes de un sistema de potencia , como una red de transmisi6n de energfa . En forma real estos efectos, resistivo-inductivo-capacitivo, se presentan de manera distribuida y no concentrada, como es el caso del que se ocupa esta aplicaci6n. Sin embargo, hay una serie de definiciones que se pueden hacer sobre un circuito RLC serie, que coinciden cuando una red de transmisi6n se modela mediante parametros distribuidos. EI circuito a simular se observa en la figura 4. Para observar los estados trans itorios de voltaje y de corriente sobre el capacitor se pueden utilizar cualquiera de los circuitos #1 y #2. EI primer circuito incluye un suiche conectado entre los nodos FTE y NSW, que se cierra en el momenta que se desee. La fuente se activa en cualquier momenta mediante el parametro TST ART.

29

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VC

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i(t) -->

FTE

VC

T VC(t)

-:r . V

=

Cto #2 Figura 4. Circuito RLC serie

EI segundo circuito no tiene suiche, pero se consigue el mismo efecto al activarse la fuente en un tiempo igual al tiempo en que se cerr6 el suiche del primer circuito. Para el caso de una respuesta subamortiguada en el circuito , la corriente tiene la siguiente expresi6n :

i(flJ

=

v !

Rt

Il- ~

V ~A 1 x e ' 2L ' x sen .~'LC

t

(3.1)

Zc.p - 4,e donde Zc es la impedancia caracteristica de sobretensi6n

L Zc = ", C

(3 .2)

Y A es el factor de amortiguamiento,

A

=-=­ZR

30

(3 .3)

r

fT·

Cuando el efecto resistivo es despreciable, la corriente tendra un comportamiento senoidal de amplitud constante (no hay amortiguamiento). La corriente tendra un comportamiento en el tiempo de acuerdo con la siguiente expresi6n:

i(t) = -v x sen

Zc

(1.(LC t)

(3.4)

La anterior expresi6n permite dar una interpretaci6n de la impedancia caracterlstica Zc, como la relaci6n entre la amplitud de la fuente del voltaje de excitaci6n y el valor pico de la corriente senoidal del circuito serie. La frecuencia de la oscilaci6n senoidal esta dada por:

fa

= 2TT

I

, LC

Hz

(3.5)

3.3 PROCEDIMIENTO

I

..l. . x~ -:r T 'C~)

V

.....;w~

Figura 5. Circuito RLC serie en Atpdraw

Mediante la interfaz Atpdraw elaborar el circuito en forma gratica que se observa en la figura 5. Para editar cada uno de los componentes se abre la caja de herramientas con el bot6n derecho del" mouse":

31

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S!jiIches ~016_

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T[......"'fIl...

MODELS Typej4

lACS l.I_Specfied

LineIC!bJe llverhead l ine tFCH) frequency

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Figura 6. Caja de herramientas de la interfaz Atpdraw

Editar cada una de las ramas para formar la red pas iva RLC , los datos del suiche 10 mismo que la fuente tipo escal6n de acuerdo con la figura 7.

~

~ '~ l

T

"'- f

~~~'

P----I

' ... _._J ~---"!..-J

Figura 7. Ventanas de datos para rama RLC, suiche y fuente escalon

ASignar los "settings" correspondientes a la simulaci6n de acuerdo con la ventana de datos que se observa en la figura 8.

32

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I

S'rnul§ !on \!ntI!go, ~

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10

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t

r

hlllrnol\lc (MFS)

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Frequency

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Figura 8. Ventana de datos para los "settings"

De igual manera deben asignarse los "settings" enteros: )(

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Figura 9. Caja de herramientas para datos enteros

Los valores de los datos enteros que aparecen por defecto normalmente son suficientes. Se recomienda cambiarlos cuando sea estrictamente necesario y a medida que se adquiera destreza en el manejo del programa. Es importante que los diferentes parametros que controlan las simulaciones se conozcan bien. Una primera fuente de informaci6n es el HELP que aparece en la mayorfa de las ventanas.

33

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Figura 10. Persiana "ATP" para realizar el "Make File" Cuando se tengan completamente editados todos los componentes se realiza un "Make File", accion que corresponde ala realizacion del archivo *.atp de simulacion . EI archivo de simulacion *.ATP se observa en la tabla 1 Tabla 1. Archivo plano generado por la interfaz Atpdraw BEGIN NEW DATA CASE

C -- ­ C Generated by ATPDRAW agost o, jueves 17, 2000

C A Bo nnevi l le Power Administration program

C Programmed by H. K. H01dalen at SEfAS - NORWAY

19 94 - 98

C - - --­

C C

Data Card

dT >< Tmax >< Xopt >< Copt >

. 02 2 .E -5 o

o o 1 25 1 1 1 1 C 1 2 3 4 5 6 7 8

C 345 67890 12 3 45678 90 123 4567 890123 45 6789 01 234 5678 9012 3 45 6789 01 2 34 567890123 4567 890

/ BRANCH

C < n ~ > < n 2>< ref l>< R >< L >< C >

C < n : >< n 2>< refl> < R >< A >< B >< Leng ><><>O

2 NODOI NOD02 1 50. 1 63 . o

. 7011 2 NOD02 /S WITC H

C < n 1 >< r. 2>< Tclose >< Top /T de >< Ie >< t yp e >

~ scellaneous

FTE

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0

1

1.

/SOURCE

C < n 1 ><>< Ampl.

>< Freq .

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Al

1 00 .

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Tl

>< TS TART >< TSTOP -1.

>

1.

BLANK BRANCH

BLANK SWI TCH

BLANK SOU RCS

NOD02 FTE

Las caracter[sticas de este archivo de simulacion son las siguientes: • Las I[neas que empiezan con la letra "C" son simples comentarios para documentar el archivo. EI programa en la ejecucion las ignora.

34

• EI tiempo maximo de simulacion es de 20 ms. EI delta de tiempo es de 20 J..I.s. Lo anterior da un total de 1000 puntos de calculo. • Se imprimira una tabla con los datos de las respuestas transitorias de los voltajes y corrientes en el circuito, con un intervalo de impresion de 25, para un total de datos de 41 puntos en el archivo de resultados. Este archivo de resultados tiene extension *.LlS • Se solicita una tabla de conexionado de la red, 10 mismo que los picos maximos y minimos de las variables en el tiempo. • En la columna 64 de la linea correspondiente a datos miscelaneos enteros (linea 3a del anterior archivo, excluyendo las IIneas de comentarios) se ha solicitado mediante un "1" la generacion de un archivo con extension *. PL4, el cual sirve para que otras paquetes de graficacion como el PLOTXY y el TPPLOT generen una grafica , con unas caracteristicas de resolucion muy buenas. • Para la modelacion de los elementos del circuito se utilizan dos ramas tipo "00" (rama tipo RLC serie). La primera es una rama con valores R, L, C de 150 Q , 163 mH y 0.0 J..I.F. La segunda rama con valores de 0.0 Q, 0.0 mH y 0.7042 J..I.F . Las ramas RLC no puede tener los tres valores en cero. Cuando se asigna cera a la capacitancia, el pragrama entiende que es una rama RL y simplemente asume que no existe el para metra capacitancia, porque de 10 contrario un valor cera de capacitancia puede interpretarse como una impedancia de un valor muy grande. • Como fuente de excitacion se utiliza un escalon de 100.0 voltios de amplitud , la cual tiene un tiempo de activacion de -1.0 segundos. • No hay condiciones iniciales (las CI son cera) . • Como variables de salida se solicitan los voltajes nodales correspondientes a los nodos FTE y NOD02. Adicionalmente, se habia solicitado el voltaje y la corriente para la rama conectada entre nodos NOD01 y NOD02 (rama RL) EI archivo correspondiente a la salida de resultados de esta simulacion se observa en la tabla 2.

35

Tabla 2. Archivo de resultados Cot!!et:pt'::~v.

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EI anterior archivo de resultados esta constituido de las siguientes partes: • Un cuadra general que tiene la forma del listado. Este listado se divide en dos partes; la parte derecha corresponde a una copia de las IIneas, tal como fueron editadas en el archivo de datos de simulacion; la parte izquierda corresponde a la interpretacion que el programa Ie da a cada linea. Esta informacion es muy valiosa cuando se esta buscando un error en un archivo de datos. Esta forma del cuadro se repite en forma intercalada en diferentes partes del archiv~, hasta completar todas las Ifneas del caso bajo simulacion . • Despues de la linea "BLANK SOURCE" aparece la tabla de conexionado de la red . De esta tabla de conexionado se excluyen los acoples capacitivos e inductivos y las fuentes. Los suiches sf aparecen en la tabla de conexionado de la red. • Despues de la Ifnea "BLANK OUTPUT", aparece una tabla con los valores de las variables electricas en el tiempo. EI ordenamiento de las columnas en esta tabla de datos es la siguiente: - Numero de pasos de integracion . - Tiempo en segundos. - Diferencias de potencial que fueron solicitados en las diferentes ramas. - Voltajes nodales especificados en lista. - Corrientes de rama . Valores de maximos y de mfnimos, 10 mismo que los tiempos en que se presentan estos valores, para cada una de las variables y en el mismo orden de la tabla a que se refiere el item anterior. Algunos resultados que se han obtenido con el programa graficador "PLOTXY" se observan en las figuras 11 y 12.

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