introdução e conceitos básicos de programação no atp” · 09/24/2004 3 principal objetivo do...

09/24/2004 1

“ Introdução e Conceitos Básicos de Programação no ATP”

Ministrado por : Eng.Francisco A. Reis Filho(Pesquisador Doutor)Realizado :CPFL de 13 a 17 de setembro de 2004.

09/24/2004 2

Principais Tópicos :Introdução e Estrutura do ATP.Circuitos a Paramêtros concentrados (Fontes e circuitos RLC).Manobra de Bancos de Capacitores.Linhas de Transmissão.Elementos não Lineares ( Trafos e Para-Raios).Introdução a Subrotina MODELS.Casos Complementares.

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Principal Objetivo do Curso :

Reduzir em 10 % o tempo de Leitura do Manual extremamente amigável do ATP e da MODELS !!!!!!

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1-Introdução e Estrutura do ATP:1-Introdução e Estrutura do ATP:

IntroduçãoPorque nós usamos o ATP?Simulação Transitória de Problemas.

BásicoSolução Transitória.Correta representação de componentes e circuitos.Soluções Práticas de problemas.

IntroduçãoPorque nós usamos o ATP?Simulação Transitória de Problemas.

BásicoSolução Transitória.Correta representação de componentes e circuitos.Soluções Práticas de problemas.

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1-Introdução e Estruturado ATP:1-Introdução e Estruturado ATP:

Estudos ConvencionaisAnálise de Regime Permanente.

Fluxo de Potência e Curto-Circuito.

Estudos ConvencionaisAnálise de Regime Permanente.

Fluxo de Potência e Curto-Circuito.

Rs Xs Rf Xf

Es

Vf

If

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Análise DinâmicaEstudos de Estabilidade.

Turbina

Gov. ω

AVR

Vt

LOAD

Análise DinâmicaEstudos de Estabilidade.

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Análise Transitória• Harmônicas e Não Linearidades.

Xm

Steam

Gov. ω

AVR

Vt

Z

Análise Transitória• Harmônicas e Não Linearidades.

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Diversas Versões :EMTDC, EMTP, ATP, MORGAT …….

Principais Características :Uso amigávelUtilização de Gráficos e Programasauxiliares.Biblioteca de Funções da MODELS.Interface com outros Softwares..

Diversas Versões :EMTDC, EMTP, ATP, MORGAT …….

Principais Características :Uso amigávelUtilização de Gráficos e Programasauxiliares.Biblioteca de Funções da MODELS.Interface com outros Softwares..

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1)1(*1 vdtidLe +=

22*21 vRiv +=

dtvdCi )2(*22 =

1121 Rvii +=

e v1 v2

L1

R1

R12

C2

i2

i1

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Modelo de Indutância Modelo de Indutância

)/( , dtdiLv mkkm =

ik,m(t)

vkm(t)k mL

∫∆−

+∆−=t

Tt

kmmkmk dtvL

ttiti )(1)()( ,,

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Integração Numérica Integração Numérica

v

vk,m (t)

vk,m(t-∆T)

(t-∆T)

Saldo/valor

v

t Tempo

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Modelamento da IndutânciaModelamento da Indutância

)]()()[2/()()( ,, TtvktvLTTtiti mkmmkmk ∆−+∆+∆−=)()]()[2/()( ,, TtItvLTti mkkmmk ∆−+∆=

)]()[2/()()( ,, TtvLTTtiTtI kmmkmk ∆−∆+∆−=∆−

k m

vkm(t)ik,m(t) 2L/∆T

Ik,m(t-∆T)

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Modelo de Capacitância Modelo de Capacitância

k m

vkm(t)ik,m(t) ∆T/2C

Ik,m(t-∆T)

ik,m(t)

vkm(t)k m

C

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Modelo de Resistência Modelo de Resistência

vkm(t)

ik,m(t) Rk m

i t R v tk m km, ( ) ( )= 1

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Representação do Circuito :Representação do Circuito :

e(t) v1(t) v2(t)R1

R12

IL1

2L1/∆T

∆T/2C2

IC2

112

21

1

111

))()(()()/2/()]()([ LIRtvtv

RtvTLtetv =

−++∆−

22

2

12

12

)2/()()]()([

CICTtv

Rtvtv

=∆

+−

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Representação do Circuito :Representação do Circuito :

∆+−

−++∆

)2/(111

111)/2(

1

21212

121211

CTRR

RRRTL v t

v t

1

2

( )

( )

=

∆+

2

11

)/2(

)(

C

L

ITL

teI

[ ][ ] [ ] [ ]ItitvY −= )()(

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Chaveamento :Chaveamento :

Vamos considerar R12 como huma chave :

e v1 v2

L1

R1

R12

C2

i2

i1

Vamos considerar R12 como huma chave :

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Mudanças na Matrix de Condutâncias:

Ω= 000,1001R

Mudanças na Matrix de Condutâncias:

∆+−

−++∆

)2/(111

111)/2(

1

21212

121211

CTRR

RRRTL v t

v t

1

2

( )

( )

=

∆+

2

11

)/2()(

C

L

ITL

teI

FC µ05.02 =HL 0.11 =

Ω=∆ 502/ 2CTΩ=∆ 000,400)/2( 1 TL

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Efeito do Chavemento :Tensão através do Capacitor

0,000,200,400,600,801,00

1,201,401,601,802,00

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,029 0,034 0,039 0,044 0,049

Tempo

Ten

são

Efeito do Chavemento :

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Intervalo de Tempo :Intervalo de Tempo :

O periodo da frequência natural é aproximadamente1.5 msO periodo da frequência natural é aproximadamente1.5 ms

HL 0.11 = Ω= 000,1001R FC µ05.02 =Ω= 005.012R

e v1 v2

L1

R1

R12

C2

i2

i1

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Intervalo de Integração :Intervalo de Integração :

Passo de 1.0 ms

0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,802,00

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

Tempo (s)

Passo de 1.0 ms

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Intervalo de Integração:Intervalo de Integração:

Passo de 5 micro -segundos

0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,802,00

0 0,007 0,014 0,021 0,028 0,035 0,042 0,049

Tempo

Passo de 5 micro -segundos

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Intervalo de Integração:Intervalo de Integração:

Passo de 70 micro-segundos

0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,802,00

0 0,007 0,014 0,021 0,028 0,035 0,042 0,049

Tempo

Passo de 70 micro-segundos

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Outros Componentes :Outros Componentes :

Elementos Não Lineares e variáveis com o tempo.Linhas de Transmissão.Acoplamento Mútuo.Redes multifásicas.

Elementos Não Lineares e variáveis com o tempo.Linhas de Transmissão.Acoplamento Mútuo.Redes multifásicas.

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Solução das Equações :Solução das Equações :

Precisão e Estabilidade dos Cálculos:Regra Trapezoidal.

Fatorização Triangular e Esparsidade:Reduz tempo de computação e memória.Subsistemas :Reduz o tempo de simulação e simplifica oscálculos.

Precisão e Estabilidade dos Cálculos:Regra Trapezoidal.

Fatorização Triangular e Esparsidade:Reduz tempo de computação e memória.Subsistemas :Reduz o tempo de simulação e simplifica oscálculos.

Modelamento de Linhas de Transmissão

Modelos de Linhas de Transmissão no EMTP

Temas a serem abordados :

Quais os modelos disponíveis.Aplicação de cada modelo para estudos de regime e transitórios.Vantagens e desvantagens de cadamodelo.

Modelos para estudos de Regime :

Regime Permanente :

Modelo exato PI.Modelo de PI Nominal.

Modelo PI Exato -1

Modelo PI ExatoModelo de Parametro Concentrado.Este modelo inclui correções hiperbólicas.Parametros Independentes da Frequência.É o melhor modelo para estudos de regime permanente.

Modelo PI Exato -2

Modelo Multi-Phase da Linhas e levaem consideração :

Efeito SkinCorreções de Retorno pela terra.Circuitos no mesmo caminho.

Não muito preciso para estudos de transitórios.

Modelo PI - Nominal

Derivado do Modelo Anterior. Ignora as correções hiperbólicas.

Toma em consideração :Efeito Skin. Retorno pela terra.

Modelo PI Nominal -1

Linhas Multifásicas.Parametros Independentes da Frequência.Sem limitação de passo de integração.Não muito preciso para estudos de transitórios.Pode usar multiplas seções PI Nominal em série.

Modelo PI Nominal - 2Limitações do Modelo :

Não pode ser usado para modelar linhasLongas. Limitado a linhas de comprimento < 150 km em60 Hz.Limitado a linhas com comprimento < 5km em 2 kHz.

Modelos de Linhas paraSimulação de Transitórios -1

Principais Modelos :PI Nominal.Modelo distribuido com parametrosindependentes da Frequência.Modelo distribuido com Parametrosdependentes da Frequência.

Modelos para Estudos de Transitórios -2

O Modelo PI NominalNão recomendado para estudos de transitórios.Produz reflexões nos pontos das conexões em série.Alta carga computacional.Para hum modelamento mais preciso as seções devem ser tomadas em distânciasmuita pequenas 5-10 km para frequências até2 kHz

Modelos para Estudos deTransitórios -3

Modelo de Parametro Distribuido

O modelo assume que R’, L’, & C’ sãoconstantes.L’ & C’ são distribuidos e as perdas R’*l sãoconcentradas em três lugares.As perdas shunt são ignoradas.

Modelos para Estudos deTransitórios -4

Parametros Independente e dependentes daFrequência :

Usa a solução por Ondas Trafegantes e é válidopara huma grande faixa de frequências.Requer transformações entre os dominios do tempo e modal.Mantém o trajeto das ondas Modais paradiferentes velocidades.

Modelo de Transformadores

Parte I

Modelamento de Transformadores

Os mesmos podem ser modelados de trêsformas diferentes :

O Transformador Ideal.O Transformador Saturável.Modelo baseado no acoplamento mútuoentre enrolamentos.

Modelamento de Transformadores

O Transformador Ideal :

Ignora o fluxo assumindo que o mesmo está confinado ao núcleo.Despreza a Corrente de Magnetização.

Tranformador Monofásico:

+

-

+

-

i1

Ac

V1

i2

V2

N1

N2

Equações do Transformador Ideal :

V Nddt1 1=ϕ V

VNN

1

2

1

2=

V Nddt2 2=ϕ I

INN

1

2

2

1=

Transformador Saturável :

Usa a representação de circuito estrela.O usuário pode incluir os dados de saturação.Boa representação para transformadores monofásicos.

Transformador Saturável :

Esse modelamento requer no minimoas seguintes informações :

A tensão de cada enrolamento.A impedãncia de dispersão de cadaenrolamento.O esquema de conexão do transformador.

Modelamento do Transformador.Zhl

Zht Zlt

Zh Zl

Zt

Zhl

Zht

Zlt

Zh

Zl

Zt

1/2

1 1 -1

1 -1 1

-1 1 1

09/24/2004 46

TransformadorTransformador Ideal :Ideal :

RpRp LpLp

n:1n:1

LsLsRsLmLm Rs

Modelamento do Transformador :

Rmag

R1 R2X1 X2H1

H2

H3

H0

X1

X2

X3

Xmag

Modelamento da Saturação do Transformador :

Só deve ser considerada quando o fluxo for exceder a região linear da curva poraproximadamente 1.05 p.u.

09/24/2004 49

CaracteristicasCaracteristicas dada CurvaCurva VV--I:I:

Tens

ãoTe

nsão

RegiãoRegião LinearLinear

CurvaCurva de de SaturaçãoSaturação

PontoPonto de de OperaçãoOperação para para Transformadores Transformadores de de Tensão Tensão for for

PontoPonto dede Operação para Operação para

TransformadoresTransformadores de de CorrenteCorrente..

RegiãoRegião NãoNão LinearLinearPontoPonto de de JoelhoJoelho dada CurvaCurva

Corrente Corrente

Modelamento da Saturação doTransformador :

A mesma deve ser considerada para :

Estudos de Rejeição de Cargas.Chaveamento de Transformadores emterminais de Linhas de Transmissão.Estudos de Ferroresonância.Energização de Transformadores.

09/24/2004 51

ELEMENTOS NÃO LINEARESELEMENTOS NÃO LINEARES

09/24/2004 52

FundamentosFundamentos do do ModelamentoModelamento de de Elementos Elementos Não LinearesNão Lineares ::

11. Para. Para--RaiosRaios..

2. 2. ElementosElementos FusíveisFusíveis..

09/24/2004 53

ParaPara--RaiosRaios

09/24/2004 54

CurvaCurva CaracterísticaCaracterística VV--I :I :

Tens

ão

Tens

ão

vvvvpp==iirefref

qq

Corrente Corrente

09/24/2004 55

vvvvpp==iirefref

qq

11qipv =

pp11=173780=173780

pp11=40000=40000

pp11=80000=80000

pp11=120000=120000

00

5050

100100

150150

200200

250250Te

nsão

Tens

ão[k

V]

[kV

]q1=1/30q1=1/30

00 55 1010 1515 2020 2525 3030CorrenteCorrente [kA][kA]

09/24/2004 56

ModelamentoModelamento dos dos Transformadores Transformadores de de CorrenteCorrente e dos e dos Divisores Divisores

CapacitivosCapacitivos de de PotencialPotencial

09/24/2004 57

npnp CargaCarga do TCdo TC(Burden)(Burden)

nsns

ipip

isis

09/24/2004 58

CargaRamo de Magnetização

ip Rp Lp LsRs is

TC Ideal

09/24/2004 59

ip’ Rp Lp LsRs isEs

imimr imx

LmRmRl

09/24/2004 60

ip’ isEs

im

LmRb

Fonte deCorrente

09/24/2004 61

])sin()[sin()( 1Tt

peak etIti−

−+−+= ϕαϕαω

2πϕα =−

)]cos([)( 1 teIti Tt

peak ω−=−

CorrenteCorrente de de CurtoCurto--CircuitoCircuito

09/24/2004 62

--11

00

11

22

TempoTempo

Cor

rent

eC

orre

nte

Simulações

09/24/2004 63

00 2020 4040--11

00

11

22

Tempo[ms]Tempo[ms]

Cor

rent

eC

orre

nte

09/24/2004 64

00 0.010.01 0.020.02 0.030.03 0.040.04 0.050.05

Tempo[s]Tempo[s]

Cor

rent

eC

orre

nte [

A]

[A]

SimétricaSimétrica

AssimétricaAssimétrica

--150150

--100100

--5050

5050

100100

150150

200200

00

09/24/2004 65

00 0.020.02 0.040.04 0.060.06 0.080.08 0.10.100

2020

4040

6060

8080

100100

Tempo[s]Tempo[s]

Cor

rent

eC

orre

nte [

A]

[A]

SimétricaSimétrica

AssimétricaAssimétrica

09/24/2004 66

1010

100100

10001000

Erro de Relaçãodo TC

600/5 A, C100 CTCom 1.5 Ω de Carga

TC Ideal

10 100 1000Corrente Primária do TC [A] ( Referida ao Secundário)

Cor

rent

e Se

cund

ária

C

orre

nte

Secu

ndár

ia d

o T

C [A

]do

TC

[A]

SaturaçãoSaturação do TC Para do TC Para FaltasFaltas SimétricasSimétricas

0.1 1 10 10010

100

Corrente de Excitação [A]

Ten

são

[V]

1523

35 48

7

09/24/2004 67

LmLm é um é um IndutorIndutor NãoNão Linear. Linear. specified in piecewise linear form specified in piecewise linear form

A A CurvaCurva ΨΨ--I I não costuma não costuma a a estar disponívelestar disponível..

O ATPO ATP possuipossui a a subrotinasubrotina SATURATIONSATURATION que que ConverteConverte a a curva curva VVrmsrms--IIrmsrms parapara a a curvacurva ΨΨ--I.I.

09/24/2004 68

ModelamentoModelamento Digital do Divisor Digital do Divisor CapacitivoCapacitivo de de PotencialPotencial

09/24/2004 69

ConexãoConexão BásicaBásica de um CCVTde um CCVT

SDTLCC

C

PLC

HV Bus Bar

1

2

dL

FSCLP ZB

09/24/2004 70

CircuitoCircuito CompletoCompleto do CCVTdo CCVT

HV

C

C1

2

L

R

GG C

R RLL

R

G RC

LR

C

L

y

y

R

y

Z

1

2d1

d1

d1

1

2

ps

p

r

2

s

3

b

h

T

F

FF3

a

a

Cp

d1 C C p

pR

C

L

Cs

s

x

x

x

R

1

3

138kV

5kV/115V/66.4V

SW1

09/24/2004 71

CircuitoCircuito Para Para ModelamentoModelamento do CCVTdo CCVT

2

1

C

CHV

CC C

p

p p

m m

C

C

RL RL

L R bRFSC

09/24/2004 72

101 102 103 104

Frequency [Hz]

Cchigher

Cphigher

Cpsmaller

Cehigher smaller

Ccsmaller

Gai

n [d

b]

Cc & Cp neglected

RespostaResposta emem FrequênciaFrequência do CCVT do CCVT

2

1

C

C

HVC

C C

p

p p

m m

C

C

RL RL

L R bRFSC

09/24/2004 73

a) b) c)

A) A) DiagramaDiagrama do do CircuitoCircuito FSC.FSC.B) B) ModeloModelo Digital (Lf Digital (Lf representadorepresentado comocomo IndutorIndutor) ) C) C) ModeloModelo Digital (Lf Digital (Lf representadorepresentado comocomo TransformadorTransformador) )

Cf

Lf

Rf

Cf

Lf

Rf

Cf Lf

Rf

09/24/2004 74

0

100

200

300

400

500

600

700

IImpe

dânc

iade

FSC

[Ω]

10 100 1000Frequência [Hz]

A

Cf

Lf

Rf

CircuitoCircuito de [A]de [A]

09/24/2004 75

0

100

200

300

400

500

600

700

Impe

dânc

iade

FSC

[Ω]


A

B

Cf

Lf

Rf

CircuitoCircuito de [B] de [B]

09/24/2004 76

0

100

200

300

400

500

600

700

Impe

dânc

iade

FSC

[Ω]


AC

Cf Lf

Rf

CircuitoCircuito de [C]de [C]

09/24/2004 77

Table 1. CCVT DataPCA-5 CD-31B

C1 [pF] 5000 5000C2 [pF] 80000 80000Lc [H] 58.35 69Cc [pF] 130 250Rc [Ω] 228 685Lp [H] 2.8 8.9Cp [pF] 140 100Rp [Ω] 400 830Lm [kH] 51.4 46.6Rm [MΩ] 1 1LF [H] 0.7 0.88CF [µF] 9.6 8RF [Ω] 37.5 40Rb [Ω] 100 100

09/24/2004 78

10 100 1000 10000-80

-60

-40

-20

0

20G

anho

[db]

Frequência [HZ]

EMTP

Medido

RespostaResposta emem FrequênciaFrequência do CCVT do CCVT ((MedidoMedido x x SimulaçãoSimulação no ATP)no ATP)

09/24/2004 79

2

1

C

C

HVC

C C

p

p p

m m

C

C

RL RL

L R bRFSC

C ABB PCA-5 CCVTC FERRORESONANCE SUPPRESSION CIRCUIT MIDDLE 40. NDOTB COMMON 3620.CC STEP-DOWN TRANSF. MODELING TRANSFORMER FD. 1 . 035 9999.C TRANSFORMER WINDINGS01COMMONMIDDLE . 02 . 02 1. 9802MIDDLENDOTB . 01 . 01 1.CCC COUPLING CAPACITOR KINGB FRMIDB 37. 7CC COMPENSATING REACTOR FRMIDBFRINDB 228. 22. E3 FRMIDBFRINDB . 0377CC STEP-DOWN TRANSF. MODELING FRINDB . 0565 TRANSFORMER FRIDNB 1. E+60. 001421 13. 7867 9999.C TRANSFORMER WINDINGS01FRINDB 400. 1130. 4658.02NDOTB . 001 . 001 115.C

09/24/2004 80

SUBROTINA MODELS

Parte I

09/24/2004 81

1- Principais Tópicos :

Introdução Teórica da MODELS.

Exemplos de Aplicação.

Utilização em Esquemas de Proteção Diferencial e de Distância.

09/24/2004 82

2 – Aspectos Importantes :

Formatação Livre.Estabelecer um “link”correto com o ATP.Uma vez feito o mesmo trata-se a amostra como em qualquer outro software.

09/24/2004 83

Principais Instruções da MODELS :Parte IBEGIN NEW DATA CASE Instruções Iniciais do ATP Instruções Opcionais Instruções Miscelâneas Etc.... MODELS Instruções Iniciais da MODELS MODEL Instruções do Grupo MODEL ENDMODEL USE Instruções do GRUPO USE ENDUSE RECORD Instruções do Grupo RECORD ENDMODELS

09/24/2004 84

Principais Instruções da MODELS :Parte II

M O D E L ( N o m e d o M o d e lo ) C o m e n tá r io s D A T A D e fin iç ã o d a s V a r iá v e is E n t ra d a d e V a lo re s C O N S T D e fin iç ã o d a s V a r iá v e is E n t ra d a d e V a lo re s H I S T O R Y D e fin iç ã o d a s V a r iá v e is E n t ra d a d e V a lo re s D E L A Y C E L L S D e fin iç ã o d a s V a r iá v e is E n t ra d a d e V a lo re s V A R D e fin iç ã o d a s V a r iá v e is E n t ra d a d e V a lo re s I N I T D e fin iç ã o d a s V a r iá v e is E n t ra d a d e V a lo re s E N D M O D E L

09/24/2004 85

Diagrama Básico :

09/24/2004 86

1 – Exemplo :

09/24/2004 87

2 – Definições :

VAR Vin, Vout, Vdel, tcount, delayVin - Sinal de InputVout - Sinal de OuputVdel - Sinal de Output com RetardoDelay - Retardo no sinal de Ouputtcount - Contador para o trem de

Pulsos

09/24/2004 88

09/24/2004 89

Diagrama de Blocos 2 :

09/24/2004 90

Modelagem para o diagrama de Blocos 2 :M O D E L D A T A K G a i n d f l t : 5 0 K f d d f l t : 0 . 0 2 C O N S T T e v a l : 0 . 5 T f d v a l : 1 . 2 V A R S e r r o r , S i n , S r e f , S f e e d , S e d , S o u t H I S T O R Y S e r r o r d f l t : 0 S f e e d d f l t : 0 S e d d f l t : 0 I N I T S i n : = 1 . 0 S o u t : = 0 . E N D I N I T E X E C S e r r o r : = s u m ( 1 | S r e f + 1 | S i n – 1 | S f e e d ) C l a p l a c e ( S e d / S e r r o r ) : = ( K g a i n | S o / ( 1 | S o + T e | S 1 ) C l a p l a c e ( S F e e d / S e d ) : = ( K f d | S 1 / ( 1 | S o + T f d | S 1 ) S o u t : = S e d m a x : 0 . 0 5 m i n : - 0 . 0 5 E N D E X E C E N D M O D E L

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Geração do Arco Elétrico :

FR

aV

FV

cci

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Forma de Onda do Curto e do Arco Elétrico :

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Forma de Onda de Tensão no Terminal :

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Diagrama de Blocos do Algoritmo :Entrada de

Tensão

Filtro Fourier01 ciclo

aV 3.cos aV sen3.

aV 5 .cos aV sen5 .

aV 7.cos aV sen7.

aV 9 .cos aV sen9 .

[ ]hK = 1 340 0 576 0 385 0 221 0 094. . . . .

a ak hV V K= •

aV V> limCurto sem

ArcoN

S

Curto comArco

VA, VB, VC

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Interligação do ATP e Models para o Segundo Exemplo :

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Sistema de Excitação – IEEE 1:

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Sistema de Controle de Velocidade Típico :

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Tensões Sem e Com Regulação :

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Tensão de Saída do Regulador :

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Esquema típico de Proteção :

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The END !!!!!

introdução e conceitos básicos de programação no atp” · 09/24/2004 3 principal objetivo do...

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