W książce przedstawiono metody zmierzające do komputerowej symulacji stanów przejściowych w sieciach elektrycznych. Zagadnienie to stało się aktualne z chwilą pojawienia się łatwo dostępnych i dostatecznie zaawansowanych komputerów w połowie lat 60. ubiegłego wieku. Działania w tym kierunku zostały wymuszone przez konieczność analizowania szybkozmiennych procesów przejściowych związanych z różnymi zakłóceniami w złożonych sieciach elektroenergetycznych. Gromadzenie informacji na temat przebiegu takich zakłóceń w naturalnym obiekcie jest drogie i niezmiernie utrudnione ze względu na losowy charakter zachodzących zdarzeń. Sprawny i wiarygodny symulator dawał nadzieję na postęp w tej dziedzinie.
Klasyczna praca z zakresu cyfrowych metod modelowania stanów przejściowych w sieciach elektrycznych z obiektami reprezentowanymi za pomocą modeli o parametrach skupionych i rozłożonych, autorstwa prof. H. Dommela, została opublikowana w 1969 r. Utworzona przez niego grupa badawcza, złożona ze specjalistów z zakresu elektroenergetyki, metod numerycznych i technik komputerowych, stworzyła podwaliny pod dobrze znany pakiet programowy „ElectroMagnetic Transients Program (EMTP)”. Na podstawie sformułowanych wówczas metod powstało wiele różnych wersji programu. Większość z nich, to obecnie profesjonalne programy komercyjne z rozbudowanym interfejsem użytkownika, co ułatwia ich obsługę oraz analizę uzyskanych wyników. Na bazie tego podejścia powstały również symulatory pracujące w czasie rzeczywistym, które pozwalają analizować zjawiska elektromagnetyczne w sieci, odtwarzając je w tempie zachodzącego procesu fizycznego – wymagają one jednak zastosowania specjalistycznego, drogiego sprzętu komputerowego.
Materiał książki jest podzielony na dwie części. W pierwszej z nich znajduje się omówienie podstawowych metod, które mają zastosowanie w modelowaniu elementów obwodów elektrycznych, oraz omówienie sposobów modelowanie podstawowych elementów trójfazowej sieci elektroenergetycznej: linii transformatorów oraz wirujących maszyn elektrycznych.
Drugą część stanowią Dodatki, gdzie zamieszczono podstawowe informacje na temat struktury i obsługi programu w wersji ATP – EMTP oraz wiele przykładów praktycznego wykorzystania tego programu. Program ten jest wciąż rozbudowywany przez międzynarodową społeczność specjalistów, którzy są zorganizowani w Regionalne Grupy Użytkowników. Jest to w pełni profesjonalny program, którego licencje można otrzymać za symboliczną , drobną opłatę. Dzięki temu jest on szczególnie rozpowszechniony w środowisku akademickim, chociaż jest także stosowany w profesjonalnym zakresie.
Przykłady zamieszczone w Dodatku C mają na celu pogłębioną ilustrację materiału prezentowanego w pierwszej części książki. Pełnią one także funkcję praktycznego przewodnika w zakresie posługiwania się programem, zwłaszcza przy tworzeniu własnych modeli. Realizacja tego ostatniego zadania wymagała zamieszczenia zaawansowanych modeli samych obiektów, jak również modeli odpowiednich układów automatyki. Analiza tych przykładów wymaga niekiedy od Czytelnika posiadania bardziej zaawansowanej wiedzy w zakresie omawianych zagadnień. Mam jednak nadzieję, że Czytelnik nie będzie się tym zrażał – tego typu programy są w końcu przeznaczone dla profesjonalistów. Każdy ma szansę nim zostać po pokonaniu wstępnych trudności.
Dokonany przeze mnie wybór bazy programowej w postaci pakietu ATP – EMTP faworyzuje użytkowników tego właśnie programu. Mam jednak nadzieję, że również zwolennicy innych wersji programu z rodziny EMTP znajdą w tej książce wiele pożytecznych informacji. Wiadomo bowiem, że większość dostępnego obecnie oprogramowania do analizy omawianych tu zagadnień ma wspólną bazę, a kody danych wejściowych różnią się w niewielkim stopniu. Pomocny tu może być wykaz stron internetowych podstawowych producentów i ważniejszych grup użytkowników tego oprogramowania, który zamieściłem w końcowej części spisu literatury.
Książkę tą pisałem przede wszystkim z myślą o moich studentach i doktorantach z kierunków: elektrotechnika oraz automatyka i robotyka. Mam nadzieje, że publikacja ta będzie także pomocna dla szerokiego grona specjalistów zajmujących się projektowaniem i eksploatacją urządzeń automatyki i pomiarów w elektrotechnice.
Uzupełnieniem ksiązki są programy komputerowe z numerycznymi obliczeniami związanymi z wybranymi przykładami z głównego tekstu - w większości są to procedury napisane w programie MATLAB oraz programy do wszystkich przykładów zamieszczonych w Dodatku C. Te ostatnie zostały opracowane w programie ATP – EMTP z edytorem graficznym ATPDraw w wersji 5.5. Są one dostępne na stronie internetowej http://www.rose.pwr.wroc.pl/przyklady_D/. Mam nadzieje, że ten dodatkowy materiał będzie dobrym wprowadzeniem do poruszanych zagadnień i zachęci Czytelników do samodzielnego doskonalenia umiejętności w tym zakresie.

Spis treści
1.    Dyskretne liniowe modele sieci elektrycznych
1.    Wprowadzenie
2.    Dyskretna reprezentacja równań różniczkowych
1.    Wybrane algorytmy
2.    Dokładność i stabilność rozwiązania
3.    Modele cyfrowe liniowych elementów obwodu elektrycznego
1.    Rezystancja
2.    Indukcyjność
3.    Pojemność
4.    Gałęzie założone
5.    Źródła sterowane
6.    Linia długa
7.    Właściwości częstotliwościowe modeli cyfrowych
4.    Metoda potencjałów węzłowych
1.    Tworzenie równań
2.    Rozwiązywanie równań potencjałów węzłowych
3.    Algorytm symulacji
4.    Określanie warunków początkowych
5.    Stabilność modeli cyfrowych
1.    Numeryczne oscylacje podczas symulacji stanu przejściowego
2.    Tłumienie oscylacji za pomocą dodatkowej rezystancji
3.    Tłumienie oscylacji przez zmianę metody całkowania
4.    Metoda dopasowania transmitancji
Zadania
2.    Modele elementów nieliniowych i zależnych od czasu
1.    Metody rozwiązywania równań nieliniowych
1.    Metoda iteracji prostej
2.    Metoda Newtona
3.    Metoda siecznych
4.    Metoda Aitkena
5.    Metoda Newtona – Raphsona
2.    Modele elementów nieliniowych obwodu elektrycznego
1.    Rezystancja
2.    Indukcyjność
3.    Pojemność
3.    Modele sieci nieliniowej i zależnej od czasu
1.    Obwód z elementami nieliniowymi i zależnymi od czasu
2.    Metoda kompensacji
3.    Metoda odcinkowo – liniowej aproksymacji charakterystyki nieliniowej
Zadania
3.    Metoda zmiennych stanu
1.    Wprowadzenie
2.    Formułowanie równań stanu
3.    Rozwiązywanie równań stanu
1.    Układy liniowe
2.    Układy nieliniowe
4.    Podsumowanie
Zadania
4.    Model linii elektroenergetycznej
1.    Linia jednofazowa
1.    Parametry linii
2.    Uwzględnienie zależności parametrów od częstotliwości
2.    Linia wielofazowa
1.    Model o parametrach skupionych
2.    Model o parametrach rozłożonych
Zadania
5.    Model transformatora
1.    Wprowadzenie
2.    Transformator jednofazowy
1.    Schemat zastępczy
2.    Model transformatora dwuuzwojeniowego
3.    Model transformatora trójuzwojeniowego
4.    Model autotransformatora
5.    Modele obwodu magnetycznego
3.    Transformator trójfazowy
1.    Transformator dwuuzwojeniowny
2.    Transformator wielouzwojeniowy
3.    Transformator z uzwojeniem Z
Zadania
6.    Modelowanie wirujących maszyn elektrycznych
1.    Maszyna synchroniczna
1.    Model w składowych 0dq
2.    Model w składowych fazowych
2.    Maszyna indukcyjna
1.    Uwagi ogólne
2.    Model matematyczny
3.    Model elektromechaniczny
4.    Modele cyfrowe
5.    Model wektorowy
3.    Maszyna uniwersalna
Zadania
Uwagi końcowe
Dodatek A. ATP-EMTP: struktura programu
A.1. Wprowadzenie
A.2. Struktura pakietu ATP-EMTP
A.2.1. Edytor danych wejściowych
A.2.2. Struktura programu ATP-EMTP
A.2.3. Procesor wyników symulacji
Dodatek B. Przygotowanie danych
B.1. Wprowadzenie
B.2. Edytor tekstowy
B.2.1. Struktura pliku danych wejściowych
B.2.2. Nagłówek zbioru danych
B.2.3. Dane o modelach układu sterowania
B.2.4. Dane o gałęziach modelu sieci
B.2.5. Dane o wyłącznikach
B.2.6. Dane o źródłach
B.3. Edytor graficzny ATPDraw
Dodatek C. Przykłady
C.1. Tworzenie modułów danych
C.1.1. Struktura modułu
C.1.2. Tworzenie modułów w trybie wsadowym
C.1.3. Tworzenie modułów w edytorze graficznym ATPDraw
C.1.4. Zastosowanie modułów w edytorze ATPDraw
C.2. Transformator trójfazowy do symulacji zwarć wewnętrznych
C.3. Model analogowego filtru odcinającego
C.4. Model zabezpieczenia różnicowego transformatora
C.4.1. Wprowadzenie
C.4.2. Zabezpieczenie różnicowe transformatora
C.4.3. Model przekaźnika różnicowego
C.4.4. Badanie zabezpieczenia
C.5. Analiza rozruchu silnika indukcyjnego
C.5.1. Wprowadzenie
C.5.2. Model matematyczny silnika indukcyjnego
C.5.3. Analiza rozruchu silnika
C.5.4. Analiza rozruchu i zmiany obciążenia silnika
C.6. Modelowanie generatora indukcyjnego dwustronne zasilanego
C.6.1. Wprowadzenie
C.6.2. Struktura elektrowni wodnej
C.6.3. Model matematyczny generatora z układem sterującym
C.6.4. Model ATP – EMTP
C.6.5. Warunki początkowe
C.6.6. Wyniki symulacji
C.6.7. Podsumowanie
C.7. Symulacyjna analiza zwarć łukowych w linii elektroenergetycznej
C.7.1. Wprowadzenie
C.7.2. Model matematyczny łuku zwarciowego
C.7.3. Model ATP – EMTP
C.7.4. Wyniki symulacji
C.7.5. Podsumowanie
C.8. Statyczna kompensacja mocy biernej
C.8.1. Wprowadzenie
C.8.2. Statyczny kompensator mocy biernej