TEORIA Y PRACTICA CON EL ATP

142 Pages·011.637 MB·Spanish

by  CARDONA LEONARDO

.
TEORIA Y PRACTICA
CON EL ATP
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LEONARDO CARDONA C.
Profesor Asistente
. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE :MEDELLIN
FACULTAD DE MINAS
DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA
1995

PRESENTACION
EI profesor LEONARDO CARDONA CORREA entrega a los estudiantes
y a la comunidad ingenieril en general la publicacion: "TEORIA Y
PRACTICA CON EL ATP".
La obra se aparta de la version clasica de los manuales,al incluir
una serie de aplicaciones bien documentadas Que permiten una
utilizacion inmediata del programa desde las primeras lecturas de
esta obra.
La obra garantiza un acceso al programa ATP/EMTP en forma
gradual. A pesar de no hacerse la descripcion de todos los modelos
Que cubre el programa, si se detallan los mas utilizados dentro del
ambiente de p reg rado.
Con esta obra se garantiza, en la parte bibliogratica, la realizacion
de las practicas del Laboratorio de Potencia Electrica, donde se
hace uso de esta her ramienta computacional.
Todo el temario esta dividido en 17 capitulos. Los primeros 8
capitulos corresponden a la parte basica de la descripcion de una
simulacion transitoria 0 de estado estacionario. Los capitulos 9 y
10 corresponden ados aplicaciones de simulacion de estado
transitorio y de regimen permanente respectivamente. EI capitulo
11 cor responde al anal isis de Fou rier y calculo de Z(w). Los
capitulos 12 y 13 se refieren a los TACS y MODELS respectivamente.
Los capitulos 14,15 Y 16 se refieren a la descripcion de la rutina
LINE CONSTANTS y a sus aplicaciones mas utilizadas. Finalmente en
el capitulo 17 se describe la rutina XFORMER como alternativa para
la modelacion de transformadores (anteriormente se habia descrito
la forma de hacerlo mediante el modelo de t ransformador satu rabie, TABLA DE CONTENIDO
en el capitu10 4).
Pag
JORGE HERNAN MORA LES
Di rector
CAP I T U'LO 1. INTRODUCCION 1
Departamento de Electricidad y Elect ronica
U.N. Sede Medellin
CAPITULO 2. ESTRUCTURA GENERAL DE UN ARCHIVO
PARA ENTRADA DE DATOS AL ATP ........ 5
Medellin, 22 de marzo de 1995
2.1 REGLAS GENERALES PARA LA GENERACION DEL
ARCH I VO DE ENTRADA DE DATOS ................. 6
2.2 ESTRUCTURA GENERAL DEL ARCHIVO DE DATOS PARA
UN CASO DE SIMULACION TRANSITORIA 0 DE ESTADO
ESTACIONARIO ... '. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8
CAPITULO 3. L1NEAS INICIALES PARA INICIAR UNCASO,
REQUERIMIENTOS ESPECIALES, DATOS
MISCELANEOS ...................... 13
3.1 LINEA PARA INDICACION DE INICIACION DE UN CASO
NUEVO. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. 13
3.2 L1NEAS PARA REQUERIMIENTOS ESPECIALES ...... 14
un
UNIVERSIOAO IIACIONAL DE COLOMBIA
TABLA DE CONTEtlIDO vi TABLA DE CONTENIDO vii

3.3 LINEA PARA DATOS MISCELANEOS 10
4.8 LINEA POll FASICA MODELADA CON PARAMETROS

3.3.1 Linea para datos miscelaneos de punto
DISTRIBUIDOS Y CONSIDERANDO LAS PERDIDAS .... 40

flotante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15

3.3.2 Linea para datos miscelaneos enteros 16
4.8.1 Linea trifasica transpuesta con perdidas

modelada con parametros distribuidos ..... 41

CAPITULO 4. LlNEAS PARA DATOS DE RAMAS 21
4.8.2 Linea trifasica no transpuesta con perdidas

modelada con parametros distribuidos ..... 44

4.1 RAMA RLC SERlE NO ACOPLADA CON PARAMETROS

4.9 TRANSFORMADOR MONOFASICO N-DEVANADOS

CONCENTRADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 21

SATURABLE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 45

4.2 RAMA RLC CON PARAMETROS CONCENTRADOS PARA
4.9,1 Ejemplo de utilizaci6n de la rama

TRANSFORMER para transformador

UN CIRCUITO PI MONOFAslCO ................. . 24

monofasico .......................... 52

4.3 RAMA RLC CON PARAMETROS CONCENTRADOS PARA

UN CIRCU ITO PI POll FASICO .................. 27
CAPITULO 5. LlNEAS PARA DATOS DE INTERRUPTORES. 58

4.4 RAMA RL POll FASICA ACOPLADA DE PARAMETROS
5.1 INTERRUPTOR CONTROLADO POR TIEMPO . . . . . . . . .. 60

CONCENTRADOS ............................ 30

5.2 INTERRUPTOR CONTROLADO POR VOL TAJE . . . . . . . .. 61

4.5 RAMA RL TRIFASICA ACOPLADA DE PARAMETROS

CONCENTRADOSDESCOMPUESTAENIMPEDANCIASDE
5.3 INTERRUPTOR DE MEDIDA ..................... 62

SECUENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 32

5.4 INTERRUPTOR CONTROLADO POR SENAL DE CONTROL

4.6 LINEA MONOFASICA SIN PERDIDAS MODELADA CON DE LOS TACS PARA APLICACION EN DIODO Y SCR . . .. 63

l'
PARAMETROS DISTRIBUIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35

CAPITULO 6. LlNEASPARADATOSDELASFUENTES .... 71

4.7 LINEA MONOFASICA CON PERDIDAS MODELADA CON

PARAMETROS DISTRIBUIDOS .................. . 38

6.1 FUENTE ESCALON (TIPO 11) 74

6.2 FUENTE RAMPA (TIPO 12) ..................... 76

un un
UNIVERSiOAD NACIONAL DE COLOMBIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
TABL.A DE CONTEtlIOO viii
TABL.A DE COllTEtlIOO ix
6.3 FUENTERAMPA DE DOBLE PENDIENTE (TIPO 13) 76

CAPITULO 9. CASO SIMPLE DE SIMULACION DE UN

CIRCUITO RLC SERlE.... .......... .. 101

6.4 FUENTE SENOIDAL (TIPO 14) . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 78

9.lOBJET I V0 ................................ 102

6.5 FUENTE TIPO IMPULSO (TIPO 15) 80

6.5.1 Fuente tipo impulso basada en dos

9.2 DESCRI PCION ............................ . 102

exponenciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 80

6.5.2 Fuente tipo impulso basada en un

9.3 PROCEDIMI ENTO 104

exponencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 82

9.4 COMPLEMENTACION..................... ..... 111

6.6 FUENTE PARA CONECTAR UNA VARIABLE DE LOS

TACS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 85

CAPITULO 10. CASO SIMPLE DE SIMULACION DE ESTADO

ESTACIONARIO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 114

CAPITULO 7. LlNEAS PARA ESPECIFICACION DE LAS

CONDICIONES INICIALES .............. 87

10.1 OBJETIVO................................ 114

CAPITULO 8. lINEAS PARA ESPECI F ICACION DE

10.2 DESCRIPCION 114

VARIABLES DE SALIDA. . . . . . . . . . . . . . .. 93

10.3 PROCEDIMIENTO........................... 116

8.1 ESPECIFICACION DE VARIABLES EN LAS RAMAS .... 93

10.3.1 Preparacion del archivo de entrada ...... 116

10.3.2 Analisis de resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . 124

8.2 ESPECIFICACION DE LlSTAS DE VOLTAJES NODALES

A TABULAR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 94

CAPITULO 11. CALCULODE SERlE DE FOURIERYOPCION

FREQU ENCY SCAN .................. 126

8.3 SALIDA GRAFICA MEDIANTE LA OPCION PRINTER

PLOT ................................... ',' 96

11.1 A NA LI SIS DE FOURIER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

11.1.1 Formato para fa opcion de calcu 10 de serie de

Fourier .................... ',' ..... . 127

11.1.2 Aplicacion No 1 de Analisis de Fourier .... . 130

11.1.3 Aplicacion No 2 de Analisis de Fourier .... . 136

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UtlIVERSIOAO NACIONAL. DE COL.OMBIA
UNIVERSIOAO NACIONAL. DE COL.OMBIA
x

TABLA DE CONTENIOO xi
TABLA DE CONTENIOO
11.2 FREQU ENCY SCAN 140
12.7 ESPECIFICACION DE VARIABLES A SER TABULADAS
11.2.1 Formato para la opcion FREQUENCY SCAN .. 140

Y GRAFICADAS .................... "., ...', 171

11.2.2 Procedimiento para obtener Z(w) . , ... , .. , 141

11.2,3 Ejemplo de calcu 10 de Z(w) ............ . 142

12.8 ESPECI F ICACION DE LAS CONDICIONES INICIALES EN

LOS T ACS ............. ,.................. 172

CAPITULO 12. TACS BASICO EN EL ATP 145

12.9 APLICACIONES CON DISPOSITIVOS ESPECIALES ... 172

12.1 APLICACIONES DE LOS TACS .... . . . . . . . . . . . . . . 146

12.9.1 Controlador on-off. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 173

12.9.2 Integrador con ganancia unitaria ........ 175

12.2 ESTRUCTURA BASICA DEL BANCO DE ENTRADA DE
12.9.3 Retardo de orden uno con punto de suma .. 176
DATOS DEL ATP CUANDO SE INCLUYEN TACS
12.9.4 Integrador con reset por var iable externa. 177

UNICAMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
12.9.5 Integrador con reset por la misma variable
12.3 ESTRUCTURA BASICA DEL BANCO DE ENTRADA DE de entrada ......................... 179

DATOS CUANDO SE INCLUYEN TACS Y LA RED 12.9.6 Suiche operado p~r rele ............... 180

ELECTRICA ....... ,., .................... . 149 12.9.7 Selector de dos posiciones 182

12.9.8 Selector -de tres posiciones 183

12.4 DIAGRAMAS DE BLOQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

12.10 APLICACIONES DE LOS TACS . . . . . . . . . . . . . . .. . . 185

12.5 FUENTES ................................ . 154

12.10.1 Calcu 10 de potencia acti va, reactiva y factor
de potencia en un sistema trifasico
12.6 VARIABLES SUPLEMENTARIAS Y DISPOSITIVOS
equilibrado ........................ . 185

ESPECIALES 159

12.10.2 Calculo del Factor de Potencia para cargas
12.6.1 Dispositivo 51. Suiche operado p~r
e. ............................. . de tipo "Electronico" ................ . 189

rei 164

12.6.2 Dispositivo 52. Suiche operado p~r

nivel.............................. 166 CAPITULO 13. INTRODUCCION A LOS MODELS. . . . . . . . . 195

12.6.3 Dispositivo 58. Integ rador cont rolado .... 166

12.6.4 Dispositivo 60. Multiplexor de tres entradas
13.1 CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS MODELS .,. 195

cont rolado logicamente . . . . . . . . . . . . . . . . 168

12.6.5 Dispositivo 62. Muestreador y Retenedor .. 169

13.2 FORMATO GENERAL DEL ARCHIVO DE SIMULACION . . 196
12.6.6 Dispositivo 66. Valor RMS . . . . . . . . . . . . . . 170

13.3 DESCRIPCION DEL MODELO ................... 200

un
un
UNIVERSIOAO NACIONAL DE COLOMBIA
UNIVERSIOAO NACIONAL DE COLOMBIA
xi i·
TABLA OE CONTENIOO xiii

TABLA OE CONTEHIOO
13.4 EJECUCION DE UN MODELO 202

16.3 OBTENCION DE LOS MODELOS LEE Y CLARK ...... . 246

13.5 UTILIZACION DE UN MODELO . . . . . . . . . . . . . . . . .. 205

16.4 CASO PRACTICO PARA OBTENER MODELOS CLARK Y

LEE..................................... 246

13.6 APLICACIONES DE LOS MODELS. . . . . . . . . . . . . . . . 207

13.6.1 Figuras de Lissajous ................ . 207

CAPITULO 17. REPRESENTACION

13.6.2 Circuito RLC serie ................... . 208

DE TRANSFORMADORES 251

CAPITULO 14. SUBPROGRAMA LINE CONSTANTS 210

17.1 RUTINA DE SOPORTE XFORMER ............... . 250

14.1 FORMATO GENERAL PARA LINE CONSTANTS 211

17.2 FORMATO PARA RUTINA XFORMER 253

14.2 FORMATO EN DETALLE PARA LINE CONSTANTS .... 214

17.3 APLICACION DE RUTINA XFORMER 254

CAPITULO 15. OBTENCION DE MATRICES [R].[L],[C]
BIBLIOGRAFIA .................................. 264

MEDIANTE LINE CONSTANTS 228

15.1 CARACTERISTICAS DEL FORMATO. . . . . . . . . . . . .. 230

15.2 CASO PRACT I CO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 232

CAPITULO 16. OBTENCION DEL EQUIVALENTE PI,

MODELOS LEE Y CLARK CON LINE

CONST ANT S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 241

16.1 OBTENCION DEL EQUIVALENTE PI NOMINAL. . . . . . . 241

16.2 CASO PRACTICO PARA OBTENER EL EQU IVALENTE PI

NOMINAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 243

un
un
UNIVERSIOAO NACIONAL OE COLOMBIA
UNIVERSIDAD HACIOHAL DE COLOMBIA
II

INTRODUCC10N
rP!!!I
I prog rama ATP (Electromagnetic Transients Prog ram), es un
lL;I
programa para computador digital, utilizado para la
simulaci6n de transitorios electromagneticos,
electromecanicos y funciones de control en sistemas de potencia
polifas i cos.
EI ATP foe desarrollado en su versi6n inicial por el Dr. Hermann
Dommel a finales de la decada del 60 en Alemania (inicialmente con
el nombre de EMTP), quien posteriormente venderia los derechos
a la Bonneville Power Administration (BPA) de los Estados Unidos.
A pesar de ser la BPA la que coor~inara la distribuci6n del
prog rama ent re los diferentes g rupos de usuarios, muchas
unlversidades cont ribuyeron al desar rollo de los diferentes
modelos que constituyen 10 que hoy es este programa.
Del programa existen versiones para diferentes tipos .. de
computadores. La versl6n para equipo VAX y las versiones para
micros son las mas populares en nuestro pais.
Debidoa que el programa fue escrito inicialmente en Fortran IV, la
interacci6n con el usuario es mediante un rigido archivo que debe
cumplir ciertas normas de dicho lenguaje. Actualmente se hacen
esfuerzos por hacer unas interfaces graticas, que permitan un
un
UNIVER8IDAD NACIONAL DE COLOMBIA
INTRODUCCION 2 INTRODUCCION 3
trabajo mas amigable al menos para aplicaciones sencillas. Estas o Fuentes de voltaje y corriente ideales de tipoescalon,
interfaces aparecen ya en la version ATP6. A nivel regional la sinusoidal, rampa, exponencial y definidas punto a punto.
interfaz "'NATP" [3] se ha utilizado con muy buenos resultados.
o
Modelo completo para la maquina sincronica.
A pesar de que el objetivo principal del programa es la obtencion
de la respuesta en el tiempo de las diferentes variables CI Modelo universal de maquina electrica que permite
elect romecanicas del sistema bajo estudio. tambi€m se puede representar doce tipos de maquinas diferentes.
obtener la respuesta en estado estacionario para un sistema
o
alimentado con CA (respuesta fasorial). Aep resentacion de los sistemas de cont rol mediante la opcion de
los TACS (Transients Analysis Control System). A partir de la
Para la simu lacion del sistema de potencia el p rog rama posee varios varsion ATP4 existe una opcion alterna para representar la
mOdelos para una rep resentacion adecuada de los diferentes parte de control del sistema de potencia: MODELS.
elementos que 10 componen. Los modelos disponibles se pueden
clasificar as!: EI ATP es un programa que todavia esta en desarrollo, es decir
todavia hay elementos 0 efectos que no tienen un modelo en el
o
Modelos constituidos por elementos concentrados ALC. Estos prog rama. La implementacion de nuevos modelos las puede hacer
modelos pueden ser simples ramas ALC serie, circuitos PI el usuario con los TACS 0 con los MODELS.
polifasicos que pueden rep resentar lineas de t ransmision 0
t ransformadores. EI ATP permite hacer entre otros los siguientes estudios:
o o
Modelo de onda viajera para representar adecuadamente una Calculo de parametros en lineas aereas y cables subterraneos.
Iinea 0 un cable.
CI Calculo en estado estacionario sobre un sistema de potencia.
o
Impedancias de tipo no lineal: Aesistencias no lineales,
o
inductancias no lineales, resistencias variables con el tiempo. Sobrevoltajes por maniobra (suicheo).
o o
Suiches ideales controlados por tiempo. Suiches controlados Sobrevoltajes por descargas atmosfericas.
por voltaje para simu lacion de "gaps" flameos en aisladores.
Diodos y ti ristores. Suiches de acci6n estadistica.
o
Calculos de cortoci rcu ito involucrando los sistemas de retorno.
un un
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