SIMULACIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS CON ATP-EMTP APLICACIONES
CONTENIDOS
1.Sistema trifásico y bloques de control...................................................... control............................................................................. .........................................2 ..................2 2.Energetización de una línea aérea................................................. aérea........................................................................ ................................... ........................ .................5 .....5 3.Corriente de magnetización de un transformador............................. transformador.................................................... .............................................. ..........................8 ...8 4.Corriente de arranque de un motor asíncrono................................... asíncrono......................................................................... ..............................................10 ........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 to s ig n a l T
G E N E R A TO R V
V G
T
T
L IN E
R +L
LO A D
R +L
V C
V
I
R M S
I
T
IA_RMS
66
20 kV
R T
T
L
T
v o l ta g e t o s i g n a l V C A IA
*
*
V C C IC
T
+
*
P C _ B
P C _ C
P C _ A B C
+ +
V C B IB
P C _ A
T
+
T
F
Q C _ A B C
T
T
R E A C T IV E P O W E R
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
20 *1 0 15
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 ) 3
10 5 0 -5 -1 0 -1 5 -2 0 0
10
20
( f ile P r a c t _ 1 . p l4 ; x - v a r t ) v : V G A factors : o f fs e t s :
1 0,00E+0 0
30 v : IA
40 c:VC A
50
60
7 0 *1 0
-3
80
-IA
1 1 1000 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 IA1: — 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: o — Amplitud = 3,262 A, Ángulo = -12,6 (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. Página 3
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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 IV E a n d R E A C T IV E P O W E R S ( W
a n d V A r)
90 *1 0
3
70
50
30
10
-1 0 0
10
20
( f ile P r a c t _ 1 . p l4 ; x - v a r t ) t : P C _ A
30
40
t: P C _ A B C
50
60
7 0 *1 0
-3
80
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. 2 — Amplitud = 77,20 kW (80 kW* (16,04/16,33) = 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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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 voltage T
T
current T
T
T
T
B e r g e ro n 5 0 H z V E
V
V
V S
380 kV
3 0 m s
R L
V I N
LC C
V E N D 1
I
V
I O U T B e r g e ro n 5 0 0 H z LC C
V E N D 2 P
T
Q
T
S
T
V
R L
F
J M a r ti 1 0 - 1 0 0 0 H z LC C
V E N D 3
F
V
R L
F
PI 50 H z LC C
V E N D 4 R L
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V
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RESULTADOS 800 *1 0 600
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 ) 3
400 200 0 -200 -400 -600 -800 0 ,0 0
0 ,0 5
0 ,1 0
( f ile P r a c t _ 2 . p l4 ; x - v a r t ) v : V E A
800 *1 0 600
0 ,1 5
0 ,2 0
0 ,2 5
0 ,3 0
v : V E N D 1 A
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 ) 3
400 200 0 -200 -400 -600 -800 0 ,0 2
0 ,0 3
0 ,0 4
( f ile P r a c t _ 2 . p l4 ; x - v a r t ) v : V E A
0 ,0 5
0 ,0 6
v : V E N D 1 A
Página 6
0 ,0 7
0 ,0 8
0 ,0 9
0 ,1 0
Simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia con ATP-EMTP (S. Añó)
800 *1 0 600
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 ) 3
400 200 0 -200 -400 -600 -800 29
31
33
( f ile P r a c t _ 2 . p l4 ; x - v a r t ) v : V E A
35
37
v : V E N D 1 A
39
v : V E N D 2 A
41 v : V E N D 3 A
4 3 *1 0
-3
45
v : V E N D 4 A
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 IN E V O L T A G E ( V )
750 *1 0
3
500
250
0
-250
-500
-750 0 ,2 6 0
0 ,2 6 5
0 ,2 7 0
( f ile P r a c t _ 2 . p l4 ; x - v a r t ) v : V E A factors : o f fs e t s :
1 0,00E+0 0
0 ,2 7 5
0 ,2 8 0
v : V E N D 1 A
1 1 0,00E+0 0 0,00E+0 0
c :V I N A
0 ,2 8 5 -IO U T A
1000 0 ,0 0 E + 0 0
Página 7
0 ,2 9 0
0 ,2 9 5
0 ,3 0 0
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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 10 pF
V T V
V E
V
0 .1 p u
30 m s V G
V
I
B C T
V H
Y
Y
V
V L I
126 kV
2 0 M W
5 0 H z 40 MVA
2 ATP_Draw la puede añadir automáticamente. Página 8
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RESULTADOS Y VALORACIÓN 100 *1 0 75
T RA N S F O R M ER V O L T A G ES (V ) 3
50 25 0 -2 5 -5 0 -7 5 -100 0 ,0 2
0 ,0 3
0 ,0 4
( f ile P r a c t _ 3 . p l4 ; x - v a r t ) v : V H A
0 ,0 5 v:VLA
0 ,0 6
0 ,0 7
0 ,0 8
0 ,0 9
0 ,1 0
0 ,0 8
0 ,0 9
0 ,1 0
v:VTA
C U R R E N T S a t H V (A )
500 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0 ,0 2
0 ,0 3
0 ,0 4
( f ile P r a c t _ 3 . p l4 ; x - v a r t ) c : V G A
0 ,0 5 -V H A
0 ,0 6 c :V G B
-V H B
Página 9
0 ,0 7 c :V G C
-V H C
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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 lt a g e t o s ig n a l T
T
c u rr e n t to s ig n a l
T
T
T
T
5 Mohm UM-3
M O T
V
IM
O M G
M O T
ω
TQ F r ic t io n
I n e r ti a
T o rq u e
Página 10
B U S
3 .3 k V 6 0 H z
Simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia con ATP-EMTP (S. Añó)
RESULTADOS Y VALORACIÓN A R M A T U R E C U R R EN T (A )
500 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0 ,0
0 ,5
1 ,0
1 ,5
2 ,0
2 ,5
3 ,0
3 ,5
4 ,0
( f ile P r a c t _ 4 . p l4 ; 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
( f ile P r a c t _ 4 . p l4 ; x - v a r t ) t : P
1 ,5 t: Q
2 ,0
t: S
Página 11
2 ,5
3 ,0
3 ,5
4 ,0
Simulación de Sistemas Eléctricos de Potencia con ATP-EMTP (S. Añó)
T O R Q U E (kN .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
ro t o r sp e e d (rp 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. Página 12
