Representação de linhas de transmissão no domínio do tempo por meio do circuito π equivalente
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Data
2022-07-22
Autores
Balestero, Juan Paulo Robles
Título da Revista
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Esse trabalho apresenta um novo modelo de linha de transmissão para simulação de transitórios eletromagnéticos diretamente no domínio do tempo. Para tanto, utiliza-se o circuito π equivalente exato, que representa a linha considerando seus parâmetros distribuídos e dependentes da frequência. As admitâncias que compõem o circuito π equivalente exato são aproximadas por funções racionais utilizando a técnica do Vector Fitting. Utilizando as respectivas frações parciais, para cada admitância, é sintetizado um circuito elétrico composto por uma associação de elementos discretos (resistor, indutor e capacitor), modelando assim a linha de transmissão por elementos de circuito. Isso possibilita seu uso na maioria dos programas de simulação de circuitos elétricos, e por consequência, permite facilmente a conexão de elementos variáveis com o tempo na simulação de linhas de transmissão. O comportamento das admitâncias que compõem o circuito π equivalente exato é analisado no domínio da frequência, levando em conta a variação do comprimento da linha. O modelo proposto é avaliado e validado, utilizando o programa ATP/ATPDraw, por meio de distintos cenários de simulação envolvendo diversos fenômenos transitórios, tais como operações de chaveamento, curtos-circuitos e até mesmo descargas atmosféricas. O novo modelo agrega as mesmas características do modelo π equivalente exato, representado diretamente no domínio do tempo, não somente em regime permanente, mas também em períodos transitórios dispensando o cálculo prévio do tempo de propagação τ e sobretudo, sem a necessidade do uso de convoluções ou de transformada inversa de Laplace ou Fourier, sendo uma alternativa para o estudo de transitórios eletromagnéticos em sistemas elétricos de energia.
This work presents a novel transmission line model for simulating electromagnetic transients directly in time domain. For that, the exact equivalent π-circuit is used, which represents the line taking into account its distributed and frequency-dependent parameters. The admittances that constitute the exact equivalent π-circuit are approximated by rational functions using the vector fitting technique. Using the respective partial fractions, for each admittance, an electrical circuit is synthesized consisting of an association of discrete elements (resistor, inductor, and capacitor) aiming at modeling the transmission line by means of circuit elements. This makes it possible to use it in any circuit simulation program, and consequently, allows the connection of non-linear elements in the simulation of transmission lines. The behavior of the admittances that make up the exact equivalent π-circuit is analyzed in the frequency domain, taking into account the variation of the line length. The proposed model is evaluated and validated through different simulation scenarios involving several transient phenomena, such as switching operations, short circuits and even lightning. The novel model aggregates the same features of the exact equivalent π-circuit directly in the time domain, not only in steady-state, but also during transients, eliminating de need of previous calculation of the delay time τ and the need to use convolutions or inverse Laplace or Fourier transform, being an alternative for the study of electromagnetic transients in power systems.
This work presents a novel transmission line model for simulating electromagnetic transients directly in time domain. For that, the exact equivalent π-circuit is used, which represents the line taking into account its distributed and frequency-dependent parameters. The admittances that constitute the exact equivalent π-circuit are approximated by rational functions using the vector fitting technique. Using the respective partial fractions, for each admittance, an electrical circuit is synthesized consisting of an association of discrete elements (resistor, inductor, and capacitor) aiming at modeling the transmission line by means of circuit elements. This makes it possible to use it in any circuit simulation program, and consequently, allows the connection of non-linear elements in the simulation of transmission lines. The behavior of the admittances that make up the exact equivalent π-circuit is analyzed in the frequency domain, taking into account the variation of the line length. The proposed model is evaluated and validated through different simulation scenarios involving several transient phenomena, such as switching operations, short circuits and even lightning. The novel model aggregates the same features of the exact equivalent π-circuit directly in the time domain, not only in steady-state, but also during transients, eliminating de need of previous calculation of the delay time τ and the need to use convolutions or inverse Laplace or Fourier transform, being an alternative for the study of electromagnetic transients in power systems.
Descrição
Palavras-chave
Modelo de linha de transmissão, Transitórios eletromagnéticos, Análise no domínio do tempo, Circuito π equivalente, Transmission line model, Electromagnetic transients, Time domain analysis, Equivalent π circuit, Vector fitting