c9 Apendice Atp-Emtp

Energa Solar Fotovoltaica
Apndice A
ATP-EMTP
A.1 Qu es ATP?.
El Programa de Transitorios Alternativo (Alternative Transients Program, ATP) es considerado un programa informtico universal para la simulacin de fenmenos electromagnticos transitorios y de naturaleza electromecnica en sistemas elctricos de potencia. Complejas redes elctricas y sistemas de control pueden ser de esta manera simulados. El Programa de Transitorios Electromagntico (Electromagnetic Transients Program, EMTP) fue desarrollado en el dominio pblico de la Administracin de Energa Bonneville (Bonneville Power Administration, BPA) de Portland, Oregon, como paso previo a su comercializacin en 1984 por el Grupo de Coordinacin de Desarrollo del EMTP (EMTP Developmet Coordination Group) y el Instituto de Investigacin de Energa Elctrica (Electric Power Research Institute, EPRI) de Palo Alto, California. Varios expertos en todo el mundo, sin embargo, han contribuido a su posterior desarrollo y mejora en aos posteriores. Protegido por las leyes de Estados Unidos, ATP puede ser adquirido bajo licencia, expedida y garantizada por los propietarios del material.
A.2 Requerimientos de hardware y software para ATP.

ATP est disponible para la mayora de plataformas PC basadas en Intel: DOS, Windows 3.1/9x/NT, OS/2, Linux, etc., y para otras computadoras (Digital Unix y VMS, Apple Macs, etc.) Un Pentium PC con una configuracin mnima de 128 Mb de memoria RAM, 20 Mb de espacio libre en disco duro y VGA grficos es suficiente para ejecutar ATP bajo MS-Windows.
Trabajo Fin de Mster
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Juan Antonio Rodrguez Gonzlez
Las versiones ms populares de compiladores son las siguientes: MS-Windows 9x/NT/2000/XP: 32 bit GNU-Mingw32 y Watcom ATP. MS-DOS, MS-Windows 3x/95/98: 32 bit Salford ATP (requiere DBOS/486). Linux: Versin GNU de ATP.
A.3 Licencia de ATP.

Para bajar el programa de internet ha de obtenerse el permiso o licencia del Grupo de Usuarios de EMTP Canad/Amrica (Canadian/American EMTP User Group) o un grupo de usuarios regional autorizado. Mayor informacin al respecto puede encontrarse en la pgina web www.emtp.org . A continuacin se muestra la localizacin geogrfica de los distintos grupos de usuarios de ATP-EMTP y de detalles de contacto:
Figura. Localizacin de grupos de usuarios de ATP-EMTP.
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Nombre Canadian/American EMTP User Group Eurpean EMTP-ATP Users Group (EEUG) Japanese ATP User Group (JAUG) Latin American EMTP User Group (CLAUE) Argentinian EMTP User Group (CAUE) Australian EMTP User Group (AEUG) Korean EMTP User Group (KEUG) Republic of China EMTP User Group Indian EMTP User Group (IEUG) South African ATP User Group (SAAUG)
E-mail y direccin www canam@emtp.org eeug@emtp.org, www.eeug.org jaug@emtp.org, www.jaug.jp/~atp/index-e.htm claue@emtp.org, www.furnas.gov.br/atp caue@emtp.org http://iitree.ing.unlp.edu.ar/estudios/caue/caue.html aeug@emtp.org keug@emtp.org d023@taipower.com.tw malathi@bom4.vsnl.net.in j.vancoller@ee.wits.ac.za, www.ee.wits.ac.za/~atp
Tabla. Direcciones email y pginas web de grupos de usuarios de ATP-EMTP.
A.4 Capacidades del programa.

La siguiente tabla muestra los lmites mximos de algunos componentes que se pueden utilizar en la simulacin de un circuito de potencia:
Lneas Elementos lineales Interruptores Fuentes Elementos no lineales Mquinas sncronas
6000 10000 1200 900 2250 90
A.5 Descripcin del entorno de trabajo.

A fin de facilitar su uso, ATP-EMTP permite la integracin de una serie de programas complementarios: editores de texto, un editor grfico de circuitos elctricos y aplicaciones especficas para la visualizacin grfica de los resultados obtenidos. Se accede a dichos programas a travs del gestor del entorno, ATPCC.
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De esta manera, la simulacin de un sistema elctrico o electromecnico puede iniciarse con la creacin del modelo en el editor grfico (fichero de extensin .adp o .cir). La ejecucin (run ATP) del modelo en el mismo editor genera el fichero .atp y los ficheros de salida .lis y .pl4, stos ltimos registran los resultados de la simulacin efectuada. En un editor grfico puede visualizarse a partir del fichero de extensin .pl4 los resultados obtenidos de esta manera.
Figura. Interaccin entre los programas de ATP-EMTP.
A.5.1 Gestor del entorno: ATPCC.

Como se ha mencionado, ATP Control Center (ATPCC) facilita el acceso al conjunto de programas que pueden formar parte del paquete ATP-EMTP (el editor grfico ATPDraw, el editor de textos PFE32, los programas de representacin de resultados PCPlot, PlotXY y GTPPlot) o ejecutar directamente el propio ATP. Se ha de hacer notar que permite el acceso o integracin de hasta diez programas adicionales, as como la posibilidad de trabajar con dos versiones de ATP.
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A.5.1.1 Pantalla principal.

Al ejecutar ATPCC aparece la pantalla principal del programa. Se muestra en la figura siguiente:
Figura. Pantalla principal del programa ATPCC.
A.5.1.2 Configuracin de los programas principales.

La configuracin de los programas principales (ATP, ATPDraw, PCPlot y el Editor) se realiza a travs de la opcin Main Programs Settings del submen Options. Se muestra de esta manera la siguiente ventana de dilogo, compuesta por dos pestaas. La primera de las cuales hace referencia a las dos versiones del programa ATP que posteriormente se podrn ejecutar desde ATPCC:
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Figura. Ventana de dilogo para configuracin de programas principales: ATP. Las opciones por defecto indican los siguientes aspectos: Save on: salvar los resultados obtenidos en un fichero de extensin .lis (disk) o presentarlos tambin en la pantalla (both). Output Parameters: *:se marca esta casilla cuando se desea que el nombre del fichero de salida coincida con el nombre del fichero .atp utilizado como entrada. En caso contrario se especifica el nombre del fichero de salida (incluyendo su extensin .lis o .out).
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-R:se selecciona esta opcin si se quiere que, cuando ya exista un fichero .lis correspondiente al fichero .atp utilizado como entrada, el resultado de una nueva simulacin se sobreescriba en ese mismo fichero. En la pestaa correspondiente al resto de programas principales se acta de un modo similar:
Figura. Ventana de dilogo para la configuracin del resto de los programas principales.
A.5.1.3 Configuracin de programas adicionales.

Para aadir, modificar o eliminar programas adicionales se selecciona, en la lnea de mens, la opcin Options Additional Programs. Al hacerlo, se presenta una ventana de dilogo compuesta de tres pestaas.
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Figura. Incorporacin de programas adicionales. Las siguientes opciones adicionales equivalen a: Cut extension of input file: elimina la extensin de los ficheros de entrada, antes de ejecutarlos con el programa adicional. Default PLOT: se utiliza cuando se pretende que el programa adicional aadido (por ejemplo: GTPPLOT o PlotXY) acte como programa grfico por defecto. En este caso, la extensin de los ficheros de entrada debe estar definida como .pl4.
A.5.1.4 Configuracin de parmetros generales.

Desde la opcin Settings del submen Options pueden considerarse una serie de parmetros de carcter general.
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Figura. Configuracin de parmetros generales.
ATP Control Center Working Directory: permite definir el directorio de trabajo del programa ATPCC. Log file. Permite definir el nmero de eventos a recordar en la ventana de ltimos comandos utilizados. Save last window position. Permite guardar la posicin y el tamao de la ventana del programa para la prxima ocasin en que se utilice.
A.6 Compilador: ATP.

Este programa constituye el ncleo fundamental de la aplicacin y se trata del compilador que permite procesar los datos del circuito objeto de estudio. Maneja ficheros de tipo de texto de extensin .dat o .atp. Las dos versiones de compiladores ATP ms habituales son: Watcom ATP. Admite nombres de ficheros de gran longitud, ficheros de datos de ms de 150.000 lneas y puede ejecutar simultneamente varios casos. GNU ATP. Permite utilizar nombres largos para ficheros, proporciona un arranque rpido y requiere menos memoria.
En el esquema de la siguiente figura se muestran los mdulos de simulacin disponibles en ATP, las subrutinas de apoyo y la interaccin entre ellos. Con todos estos elementos se pueden crear modelos de menor a mayor complejidad, que representan los diferentes equipos y componentes encontrados en los sistemas elctricos. Trabajo Fin de Mster 365 Juan Antonio Rodrguez Gonzlez
Figura. Componentes de ATP.
A.7 Editor de textos: PFE32.

El desarrollo del procesador grfico ATPDraw ha simplificado enormemente la creacin de los ficheros que son compilados posteriormente con ATP. Sin embargo, para los usuarios expertos sigue siendo necesario el empleo de un editor de textos que permita trabajar, entre otros, con los ficheros de entrada a ATP (.atp o .dat) o de salida del mismo (.lis). Conviene sealar que la estructura de los ficheros .atp es muy rgida, ya que toda la informacin del sistema elctrico a simular debe ocupar una posicin especfica en cada fila del fichero. Para facilitar la escritura de los datos en el fichero se incluye una serie de plantillas (template). Adems, resulta indispensable tener a mano el manual de usuario ATP-EMTP Rule Book.
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A.7.1 Estructura general de un fichero .atp o .dat.

El fichero comienza con una primera lnea denominada BEGIN NEW DATA CASE. A continuacin le siguen dos lneas MISCELLANEUS DATA CARDS, donde se permite especificar el paso de integracin, tiempo mximo de la simulacin, cada cunto tiempo almacena puntos para su posterior representacin, etc. Tal y como se ha comentado, puede adjuntarse una plantilla al editor de textos PFE32. Ello puede hacerse mediante la opcin Template Attach File. Una vez adjuntada, se puede utilizar sin ms insertndola en el fichero sobre el que se est trabajando, con la opcin Template Edit.
Figura. Insercin de plantillas. Precediendo a las lneas MISCELLANEUS pueden utilizarse una serie de rdenes que permiten la realizacin de clculos especiales, como, por ejemplo: flujos de carga, clculo de armnicos, etc. stas pueden ser: CABLE CONSTANT DATA BASE MODULE FREQUENCY SCAN HARMONIC FREQUENCY SCAN HYSTERESIS LINE CONSTANT 367 Juan Antonio Rodrguez Gonzlez
SATURATION XFORMER ZNO FITTER FIX SOURCE (esta opcin permite calcular un flujo de cargas)
Una fila de comentarios empieza con la letra C. Por otra parte, en cualquier lnea del programa pueden especificarse las siguientes tarjetas especiales: $OPEN $ENABLE $LISTON $COMMENT $PUNCH $CLOSE $NEW EPSLIN, EPS $VINATGE, M $DEBUG $ERASE $SWIDTH $MONITOR $STOP $UNITS $SETUP, file name $DISABLE $LISTOFF $WATCH $UNITS $INCLUDE
La estructura general de un fichero .dat (o de un fichero .atp) es la siguiente: BEGIN NEW DATA CASE Miscellaneus Data Cards (2 lneas) /TACS (si existen) /MODELS (si existen) (Sistemas de control) BLANK TACS ENDMODELS /BRANCH (R, L, C, Z en general, transformadores, lneas) /SWITCH (Interruptores) /SOURCE (Fuentes de V/I ideales: rampa, escaln, sinusoidal, mquina sncrona, motores) /OUTPUT (Variables de salida a representar y que se incluirn en el fichero .pl4) BLANK BRANCH BLANK SWITCH BLANK SOURCE BLANK OUTPUT BEGIN NEW DATA CASE BLANK A continuacin se muestra un ejemplo, el cual ha sido generado por el editor grfico ATPDraw del circuito elctrico que se muestra a continuacin:
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BEGIN NEW DATA CASE C -------------------------------------------------------C Generated by ATPDRAW marzo, jueves 11, 2010 C A Bonneville Power Administration program C Programmed by H. K. Hidalen at SEfAS - NORWAY 1994-98 C -------------------------------------------------------C Example 1 C Your first circuit C Rectifier bridge C Miscellaneous Data Card .... C dT >< Tmax >< Xopt >< Copt > 5.E-5 .05 500 1 1 1 1 0 0 1 0 C 1 2 3 4 5 6 7 8 C 345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 /BRANCH C < n 1>< n 2><ref1><ref2>< R >< L >< C > C < n 1>< n 2><ref1><ref2>< R >< A >< B ><Leng><><>0 VA XX0002 33. 1. 0 XX0002 33. 1. 0 XX0021VA 33. 1. 0 XX0021 33. 1. 0 XX0002POS .01 1 POS XX0021 1.E3 3 XX0021POS 20. 3 VS XX0025 1. 0 VS XX0025 300. 0 /SWITCH C < n 1>< n 2>< Tclose ><Top/Tde >< Ie ><Vf/CLOP >< type > 11VA XX0002 0 11 XX0002 0 11XX0021VA 0 11XX0021 0 XX0025VA MEASURING 1 /SOURCE C < n 1><>< Ampl. >< Freq. ><Phase/T0>< A1 >< T1 >< TSTART >< TSTOP > 14VS 0 167.7 60. -90. -1. 1. BLANK BRANCH BLANK SWITCH BLANK SOURCE 2POS 7.500000E+0001 2XX0021-7.500000E+0001 3POS XX0021 1.500000E+0002 VS BLANK OUTPUT BLANK PLOT BEGIN NEW DATA CASE BLANK
Figura. Circuito elctrico. Trabajo Fin de Mster 369 Juan Antonio Rodrguez Gonzlez
A.7.2 Subrutinas de apoyo.

De forma similar, la estructura tpica para las subrutinas de apoyo es la siguiente: BEGIN NEW DATA CASE Palabra especial que define la subrutina de apoyo Datos especficos del equipo $PUNCH BLANK CARD BEGIN NEW DATA CASE BLANK Ejemplo de palabras especiales son: XFORMER, BCTRAN, SATURA, HYSDAT, LINE CONSTANTS, CABLE CONSTANTS, DATA BASE MODULE, etc. A continuacin se muestra un ejemplo de DATA MODULARIZATION. El elemento creado ser una resistencia.
Figura. Esquema de una resistencia. Fichero 1R.DAT:

BEGIN NEW DATA CASE --NOSORT-C Module for a resistor C USAGE: INCLUDE, 1R,FRNODE,TONODE,VALUER,H DATA BASE MODULE $ERASE ARG, FRNODE, TONODE, ARG, VALUER, H NUM, VALUER, H DUM, /BRANCH C<Bus M<Bus k<Bus 3<Bus 4<---- R<---- L<---- C<----------------------->0 FRNODETONODE VALUER H C . .^ . . ^ . . ^ . . ^ . . ^ . . ^xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx^
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BEGIN NEW DATA CASE C Just one comment card only, since the KASEND in startup file is 1. $PUNCH BEGIN NEW DATA CASE BLANK
El comando $ERASE clarifica el buffer donde se guardar el fichero .pch obtenido. DUM denota el nombre de los nodos internos del componente (en este caso no hay). La compilacin del fichero anterior genera el siguiente fichero 1R.PCH:
KARD 3 3 3 3 KARG 1 2 3 4 KBEG 3 9 27 80 KEND 8 14 32 80 KTEX 1 1 0 0 $ERASE /BRANCH C<Bus M<Bus k<Bus 3<Bus 4<----R<---- L<---- C<----------------------->0 FRNODETONODE VALUER H C . .^ . . ^ . . ^ . . ^ . . ^ . . ^xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx^ $EOF User-supplied header cards follow. ARG,FRNODE,TONODE, ARG,VALUER,H NUM,VALUER,H DUM, 27-Aug-97 14.55.19
El fichero punch contiene los punteros numricos de todos los argumentos usados en la plantilla. Igualmente puede obtenerse un fichero de extensin .lib si se escribe en el fichero .dat $PUNCH
name.lib.
El elemento creado, en este caso una resistencia, puede ser utilizado en la simulacin de un circuito elctrico (.dat) haciendo uso de la orden $INCLUDE. En este caso sera: $INCLUDE, 1R,FRNODE,TONODE,VALUER,H FRNODE, TONODE y VALUER pueden tener um mximo de 6 caracteres. H determina el tipo de salida: 0 para no hay salida, 1 para la corriente que circula por el elemento, 2 para la diferencia de potencial entre los terminales del elemento, 3 para disponer de ambas magnitudes (intensidad y tensin) y 4 para el consumo de potencia y energa.
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A.7.3 Mdulos de simulacin integrada. A.7.3.1 TACS.

El mdulo TACS (Transient Analysis of Control Systems) se puede usar para simular el control de convertidores HVDC, sistemas de excitacin de mquinas sncronas, funciones de limitacin de intensidad de pararrayos, cebado de arcos en interruptores y, en general, aquellos dispositivos o fenmenos que no se pueden modelizar con los componentes elctricos existentes en ATP. La programacin con TACS se emplea para resolver las ecuaciones diferenciales y algebraicas asociadas. Para ello, se utiliza en ATPDraw una representacin basada en diagramas de bloques. Adicionalmente, cualquier seal obtenida con el mdulo TACS se puede utilizar dentro de la red elctrica simulada, incorporndola como una fuente de tensin o intensidad, o como una seal que controle la interruptor, vlvula o diodo.
A.7.3.2 MODELS.
Es un lenguaje de programacin que se usa en ATP-EMTP para simular variables dependientes del tiempo con caractersticas especiales. Los ficheros MODELS se crean de forma independiente al programa principal y se pueden llamar desde cualquier programa cuantas veces se desee. Su estructura es muy similar a la de otros lenguajes de programacin, como por ejemplo FORTRAN, con sentencias del tipo FOR, IF, WHILE, etctera. Han de especificarse las siguientes declaraciones:
MODEL DEFAULT INPUT -- Name of input variables. Variable names separated by ',' or CR
OUTPUT -- Name of output variables DATA VAR -- Name of data variables -- Name of local+output variables
HISTORY -- Default values of variables and expressions {DFLT:n} INIT -- Initialization
ENDINIT EXEC -- Execution
ENDEXEC ENDMODEL
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Energa Solar Fotovoltaica Cada uso de un fichero MODEL se introduce con el comando USE, especificando las entradas y salidas correspondientes a esa llamada. Los nombres de los elementos definidos en un fichero MODEL no son visibles desde el exterior y se pueden elegir sin tener en cuenta las posibles coincidencias con nombres usados fuera de este fichero MODEL.
A.8 EDITOR GRFICO: ATPDraw.

ATP-EMTP incluye una aplicacin grfica, denominada ATPDraw, capaz de crear y editar sistemas elctricos para poder simularlos de forma interactiva. La opcin Edit Commands (ver figura a continuacin) permite el uso y ejecucin de otros programas de ATP en el entorno grfico de ATPDraw.
Figura. Edit Commands.
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Figura. Interaccin entre ATPDraw y otros programas de ATP.
A.8.1 ENTORNO DE TRABAJO.

La pantalla principal de este programa ofrece el aspecto habitual de las aplicaciones desarrolladas en entorno Windows.
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Figura. Pantalla principal de ATPDraw con el menu de seleccin de componentes.
A.8.3 CREAR UN CIRCUITO NUEVO.

Seleccionando el comando New en el men de ficheros (File menu) o pinchando en el smbolo de pgina en blanco de la barra de herramientas, aparece una nueva ventana para la construccin de un circuito nuevo. Una vez construido el circuito, el paso final es dar nombre a los nodos del mismo. ATPDraw puede automticamente dar nombre a todos los nodos, sin embargo el usuario puede asimismo hacerlo, ATP Make Names, o dar nombre solo a los nodos de especial inters. Esto ltimo se realiza simplemente haciendo click con el botn derecho del ratn en el nodo a nombrar.
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Energa Solar Fotovoltaica Antes de crear el fichero de entrada ATP o ejecutar la simulacin, se han de especificar los parmetros de la simulacin (parameters miscellaneus), que se encuentran en el men ATP Settings
Figura. Opciones de simulacin. Donde: Delta T: Paso de tiempo en segundos. Tmax: Tiempo mximo de simulacin. Xopt=0: Incuctancias en mH. Copt=0: Condensadores en uF.
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Figura. Opciones de salida. En la figura anterior se muestra el contenido de la pestaa Integer, donde: Print freq: un valor de 500 significa que cada 500 pasos de simulacin, se escribir en el fichero .lis. Plot freq: un valor de 5 significa que cada 5 pasos de simulacin, se escribir en el fichero .pl4.
Las variables declaradas en el lenguaje de programacin MODELS en la seccin VAR aparecen en la pestaa Record en la seccin Variable. Para grabar una variable (su evolucin podr observarse en el visualizador grfico PCPlot) ha de seleccionarse sta y presionar el botn Add. Igualmente se procede para su eliminacin, presionando en este caso el botn Remove.
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Figura. Pestaa Record. La opcin ATP Make File del men principal genera un fichero ATP del circuito. Podr guardarse en el directorio que deseemos. Finalmente se procede a su ejecucin mediante la opcin run ATP del men ATP.
A.8.4 COMPONENTES DEFINIDOS POR EL USUARIO.

Adems de todos los componentes estndar que contiene el editor grfico, el usuario puede definir sus propios modelos mediante ficheros de texto. La estructura de estos ficheros puede ser mediante MODELS o DATA BASE MODULE. Estos modelos definidos por el usuario se guardan, por defecto, en los subdirectorios Mod y Usp. El primer paso para la creacin de un nuevo modelo es la generacin del fichero de texto donde se describe el nuevo elemento que se quiere modelizar. Este fichero de texto se puede desarrollar mediante una de las siguientes opciones: Utilizando las plantillas que incluye el editor de textos PFE32. Escribiendo directamente desde el editor de texto, con la ayuda del ATP-EMTP Rule Book para definir correctamente la estructura del fichero. Utilizando la opcin Data Base Module (DBM), se quiere que tenga parmetros variables. Trabajo Fin de Mster 378 Juan Antonio Rodrguez Gonzlez
Energa Solar Fotovoltaica El fichero de texto creado se tiene que compilar mediante alguna de las versiones de ATP, de modo que se obtenga otro fichero con la extensin .lib. Este ltimo fichero es el que se almacena en el directorio Usp de ATPDraw. Por otro lado, tambin hay que definir un icono y una ventana que representen el nuevo modelo de componente creado mediante el fichero .lib. Para ello, con la opcin Objects User Specified New sup-file se crea un nuevo componente, cuya extensin es .sup.
Figura. Opcin New sup-file. En la ventana que aparece a continuacin hay que indicar los datos que definen dicho componente y el nmero de nudos disponibles para su conexin externa.
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Figura. Definicin de los datos y nudos del nuevo modelo. El nmero de nodos y datos debe coincidir con las declaraciones ARG y NUM del fichero escrito mediante Data Base Module. Permite la introduccin de hasta 36 datos, siendo el nmero mximo de nodos 12. Kind: Nodo MODELS: 0: nodo de salida. 1: nodo de entrada de intensidad. 2: nodo de entrada de tensin. 3: nodo de entrada de estado de un interruptor. 4: nodo de entrada de una variable de una mquina. 5: variable TACS. 6: nodo de tensin de la parte imaginaria de estado-fijo (imssv). 7: nodo de intensidad de la parte imaginaria de estado-fijo (imssi). 8: salida de otro model. Nodo TACS: 0: nodo de salida. 1: nodo de entrada de suma positiva. 2: nodo de entrada de suma negativa. 3: nodo de entrada desconectado.
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Energa Solar Fotovoltaica En la ventana aparecen dos botones. Pulsando el botn donde aparece una lmpara elctrica, se abre un editor de iconos que permite disear el icono con el que representar el nuevo componente creado. Mediante el botn en el que aparece un interrogante, se accede a un editor de ayuda donde se puede escribir el texto que se desea mostrar, cuando se solicite ayuda desde la ventana de dilogo correspondiente a este componente. Tras definir todos los datos, se pulsa la opcin save as y se guarda el fichero con extensin .sup en el subdirectorio Usp, con lo que queda definido el nuevo componente. Para poder utilizar este nuevo modelo como un componente ms del circuito elctrico a disear, se hace uso de la opcin User specified Files y se selecciona el fichero .sup correspondiente al componente.
Figura. Insercin de un elemento del usuario. Para la creacin de un modelo mediante el lenguaje de programacin MODELS se accede a la opcin New mod-file del men Objects (ver figura a continuacin), donde se muestra la estructura a seguir (presentada en un apartado anterior) para la implementacin del modelo. El manual MODELS IN ATP-Language ofrece al lector interesado detallada informacin acerca de este lenguaje de programacin.
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Figura. Opcin para crear un modelo mediante MODELS. Ejemplo de fichero .mod:
MODEL FLASH_1 comment **************************************************************** * * * Function: set or cancel the gap firing control signal * * Inputs : voltage and current across ZnO resistor * * Output : the firing signal to the electrical ZnO component * * * ************************************************************* endcomment INPUT V1 V2 iczn Pset Eset fdel fdur power trip energy tfire vcap trip INTEGRAL(power) {DFLT:0} ------------Voltage on positive side of ZNO Voltage of negative side of ZNO ZNO current power setting energy setting firing delay firing duration power into ZnO resistor gap firing control signal energy into ZnO resistor time at which the gap was last fired voltage difference across series caps [V] [V] [Amps] [Megajoules/msec] [Megajoules] [msec] [msec] [Watts] [0 or 1] [Joules] [sec] [Volts]
DATA
VAR
OUTPUT HISTORY
INIT trip:=0 tfire:=0 ENDINIT
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EXEC -----------------------------------------------------------------vcap:=V1-V2 power:=vcap*iczn energy:=INTEGRAL(power) -----------------------------------------------------------------IF trip>0 -- is already firing AND t-tfire>fdur*1.e-3 -- has exceeded firing duration THEN trip:=0 -- cancel the firing signal tfire:=0 -- null the firing time ENDIF -----------------------------------------------------------------IF trip=0 -- is not signaling to fire AND tfire=0 -- firing condition not yet detected AND ( power >= Pset * 1.e9 -- power setting exceeded OR energy >= Eset * 1.e6 ) -- energy setting exceeded THEN tfire:=t -- set the firing detection time ENDIF -----------------------------------------------------------------IF trip=0 -- is not signaling to fire AND tfire>0 -- firing condition has been detected AND t-tfire>=fdel*1.e-3 -- firing delay exceeded THEN trip:=1 -- set the firing signal ENDIF -----------------------------------------------------------------ENDEXEC ENDMODEL
Igualmente ha de definirse un fichero .sup, asociado a dicho modelo, tal y como se mostr anteriormente. El nombre de los nodos ha de coincidir con las variables especificadas en las secciones INPUT y OUTPUT del fichero .mod. Ambos ficheros habrn de almacenarse en la carpeta /MOD.
A.8.5 COMPONENTES EN ATPDRAW.

Para mostrar el men de seleccin de componentes basta con pinchar en un espacio vaco de la ventana del circuito con el botn derecho del ratn.
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Figura. Men de seleccin de componentes.
A.8.5.1 PROBES & 3-PHASE.
Figura. Men Probes & 3-phase.
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Probe Volt
Mide la tensin a tierra de un nodo.
Probe Branch volt.
Mide la tensin entre dos nodos.
Probe Curr
Mide la intensidad entre dos nodos.
Probe Tacs
Mide una seal de tipo TACS.
Splitter
Permite la transformacin de un nodo monofsico a un nodo trifsico.
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A.8.5.2 BRANCH LINEAR.
Figura. Men Branch Linear.
Tabla. Branch linear. Trabajo Fin de Mster 386 Juan Antonio Rodrguez Gonzlez
A.8.5.3 BRANCH NONLINEAR.
Figura. Men Branch Nonlinear.
Tabla. Branch Nonlinear.
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A.8.5.4 LINE LUMPED.
Figura. Men Line Lumped.
Tabla. Line Lumped. Trabajo Fin de Mster 388 Juan Antonio Rodrguez Gonzlez
A.8.5.5 LINE DISTRIBUTED.
Figura. Men Line Distributed.
T abla. Line Distributed. Trabajo Fin de Mster 389 Juan Antonio Rodrguez Gonzlez
A.8.5.6 SWITCHES.
Figura. Men Switches.
Tabla. Switches. Trabajo Fin de Mster 390 Juan Antonio Rodrguez Gonzlez
A.8.5.7 SOURCES.
Figura. Men Sources.
Tabla. Sources. Trabajo Fin de Mster 391 Juan Antonio Rodrguez Gonzlez
A.8.5.8 MACHINES.
Figura. Men machines.
Tabla. Machines.
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A.8.5.9 TRANSFORMERS.
Figure. Men Transformers.
Tabla. Transformers.
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A.8.5.10 TACS.
Coupling to circuit
Figura. Acoplamiento de un nodo elctrico trifsico a TACS. Trabajo Fin de Mster 394 Juan Antonio Rodrguez Gonzlez
TACS sources
Tabla. TACS sources.
TACS transfer function
Tabla. TACS transfer function.
Fortran statement
Tabla. Fortran statement.
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TACS devices
Tabla. TACS devices.
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A.8.5.11 Frequency comp.
Figura. Men Frequency comp.
Tabla. Frequency comp.
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A.9 Visualizador grfico: PCPlot.

El programa PCPlot permite la visualizacin interactiva de los resultados guardados en los ficheros de extensin .pl4 que genera ATP. Al abrir un nuevo fichero aparece la ventana de dilogo de la figura, donde se eligen las variables a representar y el tipo de representacin deseado. Las variables escogidas se pueden dibujar en funcin del tiempo o en funcin de una de ellas, segn se seleccione la opcin correspondiente. En el segundo caso, la primera de las variables seleccionada constituye el eje x y aparece sealizada con una X a su izquierda.
A.10 Visualizador grfico: PlotXY.

Permite representar hasta ocho curvas en la misma grfica, realizar la transformada de Fourier de una seal, representar en la misma hoja curvas de tres ficheros diferentes, representar las curvas en funcin del tiempo o hacer una representacin X-Y, hacer un escalado automtico de ejes, acceder al valor instantneo de forma numrica, exportar datos, etc.
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A.11 Oscilaciones numricas. A.11.1 Causas de las oscilaciones numricas.

El programa EMTP de transitorios electromagnticos usa el mtodo de integracin numrica denominado regla trapezoidal. La regla trapezoidal es una tcnica de integracin numrica de segundo orden que es simple de implementar, estable y rpido. Sin embargo, es tambin susceptible de oscilaciones numricas cuando se diferencian tensiones o corrientes respecto al tiempo de paso. Ello es comn cuando se considera el paso de corriente a travs de una inductancia o la tensin entre los terminales de un condensador.
Tensin en una inductancia:
v = L i =C
di dt dv dt
Corriente en un condensador:
Las oscilaciones numricas se hacen presentes cuando se da una variacin de corriente respecto del tiempo demasiado elevada a travs de una inductancia o, igualmente, cuando aparece una diferencia de tensin significativamente alta entre los terminales de un condensador. Una posible solucin consistira en la realizacin de un circuito ms exacto, incluyendo condensadores parsitos y resistencias internas.
A.11.2 Representacin matemtica.

El problema puede ser representado considerando la ecuacin
x= dy dt
usando la regla trapezoidal. Podemos integrar ambos lados de la ecuacin,

t
y (t ) =
t t
xdt + y(t t )
A continuacin reescribimos la ecuacin usando la regla trapezoidal. Se ha de hacer notar que estamos buscando una aproximacin trapezoidal de la frontera formada por x, t y t-t.
y (t ) = y (t t ) + t ( x(t ) + x(t t )) 2
400
Se resuelve por consiguiente esta ecuacin para x(t), que puede representar la intensidad a travs de un condensador o la diferencia de potencial entre los terminales de una inductancia.
x(t ) = x(t t ) + 2 ( y (t ) y (t t )) t
El resultado esperado habra de ser el mostrado en la siguiente figura:
Figura. Representacin esperada de x(t) e y(t) para el caso de ejemplo. As, para el primer paso de tiempo se obtiene:
x(t ) = 2 t
401
Energa Solar Fotovoltaica El siguiente paso, x(t-t), sera:

x(t + t ) = 2 2 2 + (1.0 1.0) = t t t
Un nuevo paso, sin embargo, resultara:

x(t + 2t ) = 2 t
Se aprecia en este caso la existencia de una oscilacin, como aparece en la siguiente figura. El valor medio de x(t) corresponde a la forma de onda deseada.
Figura. Actual x(t) con oscilaciones numricas. Trabajo Fin de Mster

402
Energa Solar Fotovoltaica Una transicin de y(t) de dos pasos de tiempo en lugar de uno resolvera esta situacin, como se muestra a travs del siguiente conjunto de ecuaciones. Se asume en este caso y(t-t)=0, y(t)=0.5 e y(t+t)=1.0.
x(t ) = 0.5
2 1 = t t 2 2 + (1.0 0.5) = 0.0 t t 2 (1.0 1.0) = 0.0 t
x(t + t ) = 0.5
x(t + 2t ) = 0.0 + x(t + 3t ) = 0.0

...
En la siguiente figura se ilustra los valores de x(t) e y(t) en consideracin de estas ecuaciones:
Figura. Representacin de y(t) y x(t) con tiempo de subida ms lento.
403
Energa Solar Fotovoltaica De todo ello, se deduce que reducir el paso de tiempo permite en algunos casos paliar o eliminar la aparicin de oscilaciones numricas. Se debe sealar sin embargo que la aparicin de oscilaciones debidas a operaciones de conmutacin no se vern reducidas de esta manera, ya que el interruptor ideal siempre cambiar en un paso de tiempo.
A.11.3 Ejemplos. A.11.3.1 Intensidad a travs de una inductancia.
Figura. Circuito de ejemplo.
Figura. Tensin en el nodo 1.
404
Figura. Zoom de la tensin en el nodo 1.
A.11.3.2 Tensin a travs de un condensador.
Figura. Circuito de ejemplo.
405
Figura. Intensidad suministrada al circuito pi.
Figura. Zoom de la intensidad suministrada al circuito pi.
406
A.11.4 Opciones para eliminar las oscilaciones numricas. A.11.4.1 Aadiendo elementos al circuito.
El modelo del sistema elctrico puede carecer de ciertos detalles que den lugar a oscilaciones numricas. Por ejemplo, podra tenerse en cuenta la impedancia de arco de un interruptor en su apertura. Sin embargo, modelar una impedancia de arco es claramente complejo. En este sentido, puede optarse por incluir un condensador parsito como se ilustra en la siguiente figura. En lugar de oscilaciones numricas tendrn lugar oscilaciones LC que podrn ocurrir en la prctica. Igualmente, la diferencia de potencial acaecida entre los terminales de un condensador obvia la resistencia serie efectiva del condensador. Su consideracin introduce un trmino de amortiguamiento.
Figura. Interruptor en serie sin y con un condensador parsito.
407
Figura. Simulacin con un condensador parsito aadido.
A.11.4.2 Rama snubber.

Sin embargo, no siempre es prctico introducir estos elementos parsitos adicionales. Este es el caso de ciertos dispositivos electrnicos de potencia. En ellos, la rama paralela o snubber, proporciona un camino alternativo a la gran corriente inductiva generada por la carga, tenindose as un circuito RLC de amortiguamiento. La corriente decrece a cero cuando el condensador est cargado. De esta manera, adems, se eliminan o reducen los problemas relacionados con oscilaciones numricas. Interruptores electrnicos de potencias con grandes reas de seguridad (Safe Operating Area, SOA) tales como IGBTs y MOSFETs no necesitan snubbers. En estos casos el usuario del programa puede aadir snubbers numricos. El valor del condensador puede estar comprendido entre 1 y 2 nF, si no se considera la resistencia. Por el contrario, si se considera una rama RC snubber, como se muestra en la figura siguiente, la constante de tiempo =RC habr de ser 2 3 veces el tiempo de paso elegido para la simulacin. Ntese, sin embargo, que los valores de R y C podrn variar segn el sistema elctrico a simular.
408
Figura. Opciones snubber. Llegados a este punto se considera la simulacin del paso de corriente a travs de una inductancia presentado anteriormente teniendo en cuenta una rama snubber. En la siguiente figura se muestra los resultados de tensin e intensidad obtenidos, donde se aprecia la ausencia de oscilaciones.
Figura. Ejemplo de la corriente a travs de la inductancia con snubber aadida. Trabajo Fin de Mster
409
A.11.4.3 Disminuir el tiempo de paso.

Un tiempo de paso pequeo puede eliminar o paliar en algunos casos las oscilaciones numricas presentes en la simulacin. Ello depende de la topologa del circuito y de la presencia de resistencias en el mismo. Se ha de sealar que el tiempo de paso requerido puede estar lejos de una simulacin prctica. Adems, debido a que la amplitud de la oscilacin vara con 1/t, un tiempo de paso pequeo puede aumentar la misma.
A.11.4.4 Amortiguamiento.
Alternativamente, puede considerarse la introduccin de resistencias de amortiguamiento en el circuito elctrico. En el caso de una inductancia, la resistencia habra de disponerse en paralelo con la misma, como se muestra en la siguiente figura, proporcionando un camino alternativo a la intensidad cuando el interruptor se abre. La intensidad en el circuito RL decaer as con el tiempo. Se ha de considerar con cuidado el valor de la resistencia. La constante de tiempo RL es:
L Rd
En una primera aproximacin, podemos elegir la constante de tiempo en relacin con el tiempo de paso t, como sigue:
Rd =
L t
donde es el factor de amortiguamiento. Un valor de 0.15 para puede suponer un buen compromiso entre amortiguamiento y exactitud.
Figura. Inductancia con resistencia de amortiguamiento.
410
Igualmente puede considerarse para el caso del condensador. En este caso la resistencia se coloca en serie con el condensador, como se muestra en la siguiente figura. Para la eleccin de la constante de tiempo puede considerarse la siguiente expresin:
Ks t 2C
Rd =
Se recomienda Ks entre 0.15 y 13.34
Figura. Condensador con resistencia de amortiguamiento.
A.11.4.5 Interpolacin.
El esquema de interpolacin detecta el cambio de paso de la intensidad y la tensin cuando se presentan oscilaciones. Entonces considera el tiempo anterior a la misma y realiza una interpolacin lineal a la intensidad cero o en la operacin del interruptor. Las ecuaciones diferenciales se resuelven en este punto y se comienza de nuevo en el siguiente tiempo de paso. Netomac fue probablemente el primero de los programas EMTP que incluyeron interpolacin. Tambin se considera interpolacin para el uso de modelos de lneas de transmisin y pulsos de disparo en dispositivos electrnicos de potencia.
A.11.4.6 Cambiando el mtodo de integracin.

La versin de EMTP de DCG-EPRI (EMTP version 3.0, tambin conocida como EMTP96), elimina el problema de las oscilaciones numricas ejecutando dos pasos de tiempo mediante el mtodo de integracin Backward Euler. El usuario invoca el mtodo de integracin escribiendo CDA (Critical Damping Adjustment) a continuacin del BEGIN NEW DATA CASE.
411

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