simulación de sistemas eléctricos con atp-emtp aplicaciones

SIMULACIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS CON ATP-EMTP
APLICACIONES
CONTENIDOS
1.Sistema trifásico y bloques de control...............................................................................................2
2.Energetización de una línea aérea.....................................................................................................5
3.Corriente de magnetización de un transformador..............................................................................8
4.Corriente de arranque de un motor asíncrono.................................................................................10
Notas:
La primera aplicación se muestra junto con la valoración de los resultados.
Los valores teóricos aproximados se muetran entre paréntesis a continuación de los resultados
de la simulación.
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Simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia con ATP-EMTP (S. Añó)
1. Sistema trifásico y bloques de control
OBJETIVOS
Simular en régimen estacionario senoidal (RES) un Sistema trifásico.
Medir, o calcular, y representar:
— Potencia instantánea monofásica y trifásica.
— Potencia reactiva instantánea trifásica.
— Valor eficaz real.
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
Principales componentes del Sistema trifásico: Generador en estrella + Línea + Carga en
estrella.
Modo de funcionamiento: RES.
Aplica TACS para:
— Cálculo del valor eficaz real de la intensidad IA(t) mediante bloque avanzado.
— Cálculo de la potencia instantánea trifásica PC_ABC(t) mediante bloques básicos.
— Cálculo de la potencia reactiva instantánea trifásica QC_ABC(t) mediante sentencia
Fortran.
ESQUEMA ELÉCTRICO
c u r r e n t t o s i g n a l
G E N E R A T O R L I N E L O A D
T
T
T
2 0 k V
V G
V
R + L R + L
V C I
V
R
I
L
R M S
6 6
I A _ R M S
T
T T T
v o l t a g e t o s i g n a l
V C A
I A
V C B
I B
*
*
P C _ A
P C _ B
T
T
+
+
+
+
P C _ A B C
T
F
Q C _ A B C
T
V C C
I C
*
P C _ C
T
A C T I V E P O W E R
R E A C T I V E P O W E R
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Simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia con ATP-EMTP (S. Añó)
RESULTADOS Y VALORACIÓN
2 0
G E N E R A T O R a n d L O A D V O L T A G E S ( V ) - L O A D C U R R E N T ( m A )
1 5
1 0
5
0
- 5
- 1 0
- 1 5
- 2 0
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 * 1 0 - 3 8 0
( f i l e P r a c t _ 1 . p l 4 ; x - v a r t ) v : V G A v : I A c : V C A - I A
f a c t o r s :
1
1
1
1 0 0 0
o f f s e t s :
0 , 0 0 E + 0 0 0 , 0 0 E + 0 0 0 , 0 0 E + 0 0 , 0 0 E + 0 0
Tensión en la fase A de la carga IA 1 :
— Periodo = 20 ms (50 Hz).
— Amplitud = 16,04 kV (sqrt(2)* 20 kV/ sqrt(3) = 16,33 kV).
Corriente en la fase A de la carga VCA-IA:
— Amplitud = 3,262 A, Ángulo = -12,6 o (carga inductiva) (sqrt(2)* 80 kW/ (sqrt(3)* 20 kV*
cos(+12,6))= 3,286 A).
1 Este nombre también se emplea para la señal de corriente de la fase A en la carga.
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Simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia con ATP-EMTP (S. Añó)
L O A D P H A S E P O W E R a n d 3 - P H A S E A C T I V E a n d R E A C T I V E P O W E R S ( W a n d V A r )
9 0
7 0
5 0
3 0
1 0
- 1 0
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 * 1 0 - 3 8 0
( f i l e P r a c t _ 1 . p l 4 ; x - v a r t ) t : P C _ A t : P C _ A B C t : Q C _ A B C
Potencia instantánea en la fase A de la carga PC_A(t):
— Periodo = 10 ms (100 Hz).
Potencia instantánea en la carga PC_ABC(t) =
— Valor constante.
— Amplitud = 77,20 kW (80 kW* (16,04/16,33) 2 = 77,18 kW).
Potencia instantánea reactiva en la carga QC_ABC(t) = 14,47 kVAr (15 kW* (16,04/16,33) 2 =
14,47 kVAr).
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Simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia con ATP-EMTP (S. Añó)
2. Energetización de una línea aérea
OBJETIVOS
Modelar una línea eléctrica aérea de parámetros distribuidos.
Simular el transitorio durante la energetización de una línea aérea.
Comparar el resultado entre distintos modelos de la línea.
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
Principales componentes del Sistema trifásico: Generador en estrella + Interruptor + Línea
aérea.
Modo de funcionamiento: transitorio después de un estado inicial en RES (en t = 0).
La línea eléctrica aérea de 150 km se modela mediante el componente LCC que necesita los
datos geométricos de la línea y las características de los materiales.
Los distintos modelos de línea empleados se muestran en el esquema eléctrico. El modelo en
PI es de parámetros concentrados.
ESQUEMA ELÉCTRICO
v o l t a g e
T T T
c u r r e n t
T T T
V E
V
V
B e r g e r o n 5 0 H z
L C C V
V S I
V E N D 1
3 8 0 k V
3 0 m s
R
L
V I N
I O U T
B e r g e r o n 5 0 0 H z
L C C V
V E N D 2
F
F
P
Q
T
T
R
L
J M a r t i 1 0 - 1 0 0 0 H z
L C C V
V E N D 3
F
S
T
R
L
P I 5 0 H z
L C C V
V E N D 4
R
L
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Simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia con ATP-EMTP (S. Añó)
RESULTADOS
8 0 0
ID E A L S O U R C E a n d E N D O F L IN E V O L T A G E S ( V )
6 0 0
4 0 0
2 0 0
0
- 2 0 0
- 4 0 0
- 6 0 0
- 8 0 0
0 , 0 0 0 , 0 5 0 , 1 0 0 , 1 5 0 , 2 0 0 , 2 5 0 , 3 0
( f i l e P r a c t _ 2 . p l 4 ; x - v a r t ) v : V E A v : V E N D 1 A
8 0 0
ID E A L S O U R C E a n d E N D O F L IN E V O L T A G E S ( V )
6 0 0
4 0 0
2 0 0
0
- 2 0 0
- 4 0 0
- 6 0 0
- 8 0 0
0 , 0 2 0 , 0 3 0 , 0 4 0 , 0 5 0 , 0 6 0 , 0 7 0 , 0 8 0 , 0 9 0 , 1 0
( f i l e P r a c t _ 2 . p l 4 ; x - v a r t ) v : V E A v : V E N D 1 A
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Simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia con ATP-EMTP (S. Añó)
8 0 0
ID E A L S O U R C E a n d E N D O F L IN E V O L T A G E S ( V )
6 0 0
4 0 0
2 0 0
0
- 2 0 0
- 4 0 0
- 6 0 0
- 8 0 0
2 9 3 1 3 3 3 5 3 7 3 9 4 1 4 3 * 1 0 - 3 4 5
( f i l e P r a c t _ 2 . p l 4 ; x - v a r t ) v : V E A v : V E N D 1 A v : V E N D 2 A v : V E N D 3 A v : V E N D 4 A
7 5 0
* 1 0 3 I D E A L S O U R C E V O L T A G E ( V ) a n d C U R R E N T ( m A ) - E N D O F L I N E V O L T A G E ( V )
5 0 0
2 5 0
0
- 2 5 0
- 5 0 0
- 7 5 0
0 , 2 6 0 0 , 2 6 5 0 , 2 7 0 0 , 2 7 5 0 , 2 8 0 0 , 2 8 5 0 , 2 9 0 0 , 2 9 5 0 , 3 0 0
( f i l e P r a c t _ 2 . p l 4 ; x - v a r t )
f a c t o r s :
1
o f f s e t s :
0 , 0 0 E + 0 0
v : V E A
1
0 , 0 0 E + 0 0
v : V E N D 1 A
1
0 , 0 0 E + 0 0
c : V I N A - I O U T A
1 0 0 0
0 , 0 0 E + 0 0
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I
Simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia con ATP-EMTP (S. Añó)
3. Corriente de magnetización de un transformador
OBJETIVOS
Modelar un transformador trifásico saturable.
Simular la corriente de magnetización inicial de un transformador.
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
Carga de 20 MW alimentada a través de un transformador que se conecta a la red usando un
interruptor.
Transformador trifásico de tres devanados, saturable, de 126/50/15,7 kV y 50/40/20 MVA.
El transformador se modela mediante el componente BCTRAN a partir de las características
del tranformador y de los ensayos de vacío y de cortocircuito.
La saturación del circuito magnético se modela mediante una inductancia saturable adicional 2 .
Condensadores de 10 pF para referir a tierra las tensiones de los devanados en triángulo.
ESQUEMA ELÉCTRICO
V
T
1 0 p F
V
E
V
0 . 1 p u
V G
3 0 m s
I
V
V
H
V
Y
B C T
Y
V
V
L
1 2 6 k V
5 0 H z
4 0 M V A
2 0 M W
2 ATP_Draw la puede añadir automáticamente.
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Simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia con ATP-EMTP (S. Añó)
RESULTADOS Y VALORACIÓN
1 0 0
T R A N S F O R M E R V O L T A G E S ( V )
7 5
5 0
2 5
0
- 2 5
- 5 0
- 7 5
- 1 0 0
0 , 0 2 0 , 0 3 0 , 0 4 0 , 0 5 0 , 0 6 0 , 0 7 0 , 0 8 0 , 0 9 0 , 1 0
( f i l e P r a c t _ 3 . p l 4 ; x - v a r t ) v : V H A v : V L A v : V T A
5 0 0
C U R R E N T S a t H V ( A )
3 7 5
2 5 0
1 2 5
0
- 1 2 5
- 2 5 0
- 3 7 5
- 5 0 0
0 , 0 2 0 , 0 3 0 , 0 4 0 , 0 5 0 , 0 6 0 , 0 7 0 , 0 8 0 , 0 9 0 , 1 0
( f i l e P r a c t _ 3 . p l 4 ; x - v a r t ) c : V G A - V H A c : V G B - V H B c : V G C - V H C
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Simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia con ATP-EMTP (S. Añó)
4. Corriente de arranque de un motor asíncrono
OBJETIVOS
Modelar una máquina asíncrona.
Simular la corriente de arranque de la máquina.
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
Conexión directa a la red de una máquina asíncrona de jaula de ardilla y 300 kW 3,3 kV 60
Hz, con dos pares de polos.
La máquina asíncrona se modela utilizando la máquina universal (UM type 3) de ATP. No se
tiene en cuenta la saturación del circuito magnético.
El sistema mecánico se modela mediante un equivalente eléctrico.
ESQUEMA ELÉCTRICO
v o l t a g e t o s i g n a l c u r r e n t t o s i g n a l
T T T
T T T
5 M o h m
U M - 3
I M
M O T
V
O M G
ω
M O T
B U S
3 . 3 k V 6 0 H z
T Q
F r i c t i o n
I n e r t i a T o r q u e
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Simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia con ATP-EMTP (S. Añó)
RESULTADOS Y VALORACIÓN
5 0 0
A R M A T U R E C U R R E N T ( A )
3 7 5
2 5 0
1 2 5
0
- 1 2 5
- 2 5 0
- 3 7 5
- 5 0 0
0 , 0 0 , 5 1 , 0 1 , 5 2 , 0 2 , 5 3 , 0 3 , 5 4 , 0
( f i l e P r a c t _ 4 . p l 4 ; x - v a r t ) u 1 : I P A
A C T IV E , R E A C T IV E , a n d A P P A R E N T P O W E R S ( W , V A r , V A )
2 , 0
* 1 0 6
1 , 6
1 , 2
0 , 8
0 , 4
0 , 0
0 , 0 0 , 5 1 , 0 1 , 5 2 , 0 2 , 5 3 , 0 3 , 5 4 , 0
( f i l e P r a c t _ 4 . p l 4 ; x - v a r t ) t : P t : Q t : S
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Simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia con ATP-EMTP (S. Añó)
T O R Q U E ( k N . m )
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0 1 8 0 0
r o t o r s p e e d ( r p m )
Si se representa el par frente a la velocidad (lila) el resultado es muy similar al que se obtiene
a partir del modelo simplificado de la máquina asíncrona en régimen estacionario senoidal
(azul). En verde se muestra el par nominal: 1619 N.m si se utiliza el deslizamiento nominal de
1,7 %. Un valor aproximado 3 es 300 kW/ (60 Hz * 2π/ 2) = 1592 N·m.
3 Sin tener en cuenta el deslizamiento.
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