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Controle de Sistemas Interligados
Prof. Glauco Nery Taranto
Departamento de Engenharia Elétrica
POLI/UFRJ
Capacidade de Regulação dos Reservatórios
• No passado nossa capacidade de regulação já foi de 5 anos
• Hoje, a capacidade já é anual, ou seja, um ano com baixas afluências pode causar sérios problemas no ano seguinte
• O aumento da demanda devido ao crescimento econômico do país, conjugado com a escassez de novos reservatórios, faz essa capacidade de regulação diminuir.
6 Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
Hidrelétricas a fio d’água
• São usinas sem capacidade de armazenamento de água.
• Em um país cuja base de geração hidroelétrica ainda está na casa dos 80% (dados de 2013), a construção dessas usinas exige que o operador do sistema tenha cada vez mais conhecimento da previsão de precipitações.
7 Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
Hidrelétricas a fio d’água (cont.)
• Fenômenos meteorológicos e climáticos:
– El niño
– La niña
– Oscilação Madden-Julian
– Vórtices ciclônicos
• Passam a ter um papel preponderante na operação do sistema.
8 Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
Diagrama esquemático de um gerador síncrono conectado a uma rede de transmissão para estudos de transitórios
eletromecânicos
Fonte: B. Stott, Proceedings of the IEEE, 1979.
Máquina e suas malhas de controle Rede
elétrica
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 10
13
Controle Carga-Freqüência
• Regulação primária (RT) – Sem queda de freqüência (regulador isócrono)
– Com queda de freqüência (estatismo)
• Regulação secundária (CAG) – Controle da freqüência (flat frequency)
– Controle do intercâmbio (flat tie)
– Controle de ambos (TLB – Tie-line bias)
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
17
Regulador de Velocidade
Controle Automático da Geração
Xisto Vieria Filho
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
Frequency (zoom in)
0 10 20 30 40 50 60 70 8035
40
45
50
55
60
65
Tempo (segundos)
Fre
qu
ên
cia
(H
z)
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 25
Frequency (zoom in)
0 10 20 30 40 50 60 70 8035
40
45
50
55
60
65
Tempo (segundos)
Fre
qu
ên
cia
(H
z)
10 20 30 40 50 60 70 8057
57.5
58
58.5
59
59.5
60
60.5
61
Tempo (segundos)
Fre
quência
(H
z)
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 26
30
Regulador com Estatismo Permanente
P
R
s
Kf
0)(1
00 ffR
PP GG
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 33
Repartição da carga entre duas unidade geradoras
dd PP
1P
2P
1R
2R
34
Repartição da carga entre duas unidade geradoras
1
1
'
11R
fPPP
2
2
'
22R
fPPP
dPPP 21
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
35
CAG
• Controle da freqüência
– Balanço geração/carga
Área de
Controle 1
Área de
Controle 2
Carga 1
Carga 2
Pg1
Pg2
Intercâmbio Pg3
Pg4
# 1
# 2
# 3
# 4
• Controle da intercâmbio
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
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Perda de geração dentro da área de controle
Freqüência Desvio de Intercâmbio
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
37
Perda de carga dentro da área de controle
Freqüência Desvio de Intercâmbio
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
39
Possível Estrutura da Regulação Secundária
barraf
cagf
PK
s
K I
reff
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40
Representação da Regulação Primária e Secundária
R
1 mecP
GTs1
1
cagf
PK
s
K I
f
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Característica Dinâmica da Turbina Hidráulica (fase não mínima)
w
w
sT
sTsTurbina
1
2/1)(
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
46
Regulador com Estatismo Permanente e transitório
s
K
rpR
1sT
sTR
T
Tt
_
_
+
+
f P
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
47
Estatismos
• Estatismo transitório – deve ser elevado para que o sistema seja estável
• Estatismo de regime permanente – deve ser pequeno para que o sistema não tenha grandes variações de freqüência
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Diagrama esquemático de um gerador síncrono conectado a uma rede de transmissão para estudos de transitórios
eletromecânicos
Fonte: B. Stott, Proceedings of the IEEE, 1979.
Máquina e suas malhas de controle Rede
elétrica
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 49
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Sistema de Excitação
• Prover corrente contínua para o enrolamento de campo
• Funções de controle e proteção através do ajuste da tensão aplicada ao enrolamento
• Controle de tensão terminal e geração reativa e aumento da estabilidade do sistema
• Funções de proteção para limites operativos
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
53
Sistema de Excitação
REGULADOR EXCITATRIZ GERADOR
SINAL
ADICIONAL
ESTABILIZADOR
(PSS)
TRANSDUTOR
DE TENSÃO E
COMPENSADOR
DE CARGA
LIMITADORES
E CIRCUITOS
DE PROTEÇÃO
Vref
Sistema
de
Potência
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
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Sistema de Excitação Brushless
armadura
campo
excitatriz CA
armaduracampo
gerador CA
:TP
TC
regulador
CA referência
CA
N
S
campoarmadura
excitatriz piloto
CA trifásica
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto)
AVR block diagram Model RegTensao#Mdl:1oORDe)
Input
K
--------------
1 + sT
s Kf
-------------
1 + sTf
OutputVref
Vt
Vso
err
Lmx
Lmn
Efdu Efd+
-
-
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 59
Model RegTensao#Mdl:1oORDe Input
K
--------------
1 + sT
s Kf
-------------
1 + sTf
OutputVref
Vt
Vso
err
Lmx
Lmn
Efdu Efd+
-
-
60
Capacidade de Curto-Circuito
Referência: C. Taylor, “Power System Voltage Stability”, McGraw-Hill, 1994.
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 61
Capacidade de Curto-Circuito
• É uma grandeza locacional
• É o produto da corrente de curto-circuito trifásica pela tensão nominal (MVA).
• Trabalhando em pu e considerando tensão nominal no cálculo da corrente de curto, a CCC é o inverso da impedância de Thévenin no ponto do curto.
• A CCC é uma medida da robustez do ponto em relação a variações de tensão
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 62
Relação de Curto-Circuito (Short Circuit Ratio – SCR)
• É a relação da CCC pela capacidade (MVA) de um equipamento a ser localizado no sistema
• O equipamento pode ser uma carga, um conversor de uma linha HVDC, um compensador estático, etc.
• Um SCR elevado (digamos = 5) significa bom desempenho do sistema
• Um SCR baixo significa “problemas”
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 63
Regulação de Tensão
• Na engenharia, a utilização de fórmulas aproximadas muitas vezes é bem-vinda para uma análise expedita.
∆𝑉 ≅∆𝑄
𝐶𝐶𝐶
• Ou seja, a variação de tensão em uma determinada barra para uma dada injeção de potência reativa é inversamente proporcional à Capacidade de Curto-Circuito (CCC) da barra.
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 64
Regulação de Tensão
Arquivo: smec_CCC.fdx
OBS: Todos os bancos de capacitores são de 10 Mvar.
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 65
Tensões em pu
Localização do banco
Tensão Barra #1
Tensão Barra #2
Tensão Barra #3
Tensão Barra #4
Tensão Barra #5
Sem banco 1,0084 0,9911 0,9735 0,9510 0,9242
Barra #2 1,0084 0,9985 0,9817 0,9600 0,9336
Barra #3 1,0084 0,9992 0,9864 0,9650 0,9389
Barra #4 1,0084 0,9995 0,9869 0,9693 0,9434
Barra #5 1,0084 0,9995 0,9870 0,9694 0,9470
∆𝑉 % ≅0,9985 − 0,9911
0,991× 100% = 0,75%
∆𝑉 % ≅0,9470 − 0,9242
0,9242× 100% = 2,5%
Barra#2
Barra#5
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 66
Regulação de Tensão (sem uma LT 4-5)
Arquivo: smec_CCC_1LT.fdx
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 67
Tensões em pu
Localização do banco
Tensão Barra #1
Tensão Barra #2
Tensão Barra #3
Tensão Barra #4
Tensão Barra #5
Sem banco 1,0084 0,9642 0,9301 0,8925 0,8250
Barra #2 1,0084 0,9732 0,9411 0,9052 0,8399
Barra #3 1,0084 0,9746 0,9469 0,9118 0,8476
Barra #4 1,0084 0,9755 0,9483 0,9171 0,8537
Barra #5 1,0084 0,9760 0,9491 0,9182 0,8620
∆𝑉 % ≅0,9732 − 0,9642
0,9642× 100% = 0,93%
∆𝑉 % ≅0,8620 − 0,8250
0,8250× 100% = 4,48%
Barra#2
Barra#5
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 68
Dynamic Analysis of the P-V Curve (The “Nose” Curve)
Reference: S. Corsi and G. N. Taranto, “Voltage Instability – the Differents Shapes of the Nose”, IREP Symposium, Charleston, USA, 2007.
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 69
LThThLThTh
ThLTh
L QEXPXE
XQE
V 22
42
42
The Static “Nose” Curve (P-V)
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 70
“Nose” Curves – one obtained from static models (dotted), and the other three obtained from dynamic models. With AVR only (dashed), AVR+OEL (dash-dotted), and AVR+OEL+OLTC (solid).
Curso EEE612 – CSI (Prof. Glauco Taranto) 71
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