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Introdução à Engenharia Elétrica
Planejamento da Operação eControle de Sistemas de
Energia
Prof. Marcelo A. [email protected]
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Sistemas Elétricos de Energia
Conjunto de equipamentos que transformam fontes de energia primária em energia elétrica
Energia elétrica é transmitida até pontos de consumo
Pontos de consumo convertem a energia elétrica em outra forma de energia
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Sistemas Elétricos de Energia
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Como Surgiram os Sistemas Elétricos de Energia
1878: Thomas Edison funda a Edison Electric Light Company, com financiamento de J.P. Morgan e os Vanderbilt
1879: Primeira demonstração da lâmpada incandescente (substituindo o querosene)
1880: Patente do primeiro sistema de distribuição de energia, baseado em corrente contínua.
1882: Ativação da subestação de Pearl Street. 110V para 59 consumidores.
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Como Surgiram os Sistemas Elétricos de Energia
1883: Primeiro sistema de iluminação pública utilizando linhas aéreas (Roselle, New Jersey)
1884: Nikola Tesla começa trabalhar para Edison
Edison ignora as idéias de Tesla sobre máquinas CA
1886: Nikola Tesla pede demissão e funda a Tesla Electric Company
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Como Surgiram os Sistemas Elétricos de Energia
1887: Tesla inicia processo de registro de patentes do sistema CA
1888: Publica o célebre artigo entitulado “A New System of Alternate Current Motors and Transformers” (AIEE)
1888: Westinghouse Electric Company compra os direitos sobre as patentes de Tesla por $1.000.000,00 e $1,00 por HP
Tesla é contratado pela Westinghouse para aprimorar os seus projetos para a produção comercial.
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Como Surgiram os Sistemas Elétricos de Energia
Foi declarada a Batalha das Correntes
– Edison → Contínua
– Tesla → Alternada Custo desta batalha comercial e outros negócios
frustrados leva a Westinghouse a quase falência
Tesla renuncia aos royalties, possibilitando a operação da Westinghouse
1892: Motores de Tesla chegam ao mercado americano
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Como Surgiram os Sistemas Elétricos de Energia
Divisor de águas: Westinghouse ganha concorrência para iluminar a famosa feira de Chicago de 1893
12 geradores: bifásicos, 750kW, 60Hz, 2kV
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Como Surgiram os Sistemas Elétricos de Energia
1893: Westinghouse ganha a concorrência para desenvolver um sistema de potência para as cataratas do Niagara
3 Geradores: 5000HP (3,7MW), 2,2kV, bifásico, 25Hz
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Sistemas Elétricos de Energia
Sistemas Elétricos de Energia– Maiores sistemas do mundo
– Dimensões continentais
– Inúmeras interconexões regionais
Exemplo: – Sistema Interligado Nacional (SIN)
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Sistema Interligado Nacional (SIN)
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Tarefas fundamentais:– Planejamento da expansão
– Planejamento da operação
– Controle
Técnicas computacionais para solução problemas em sistemas elétricos
Sistemas Elétricos de Energia
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Perguntas: O sistema pode operar sem uma linha de
transmissão ou um gerador? (critério N-1) Qual a corrente que um disjuntor deve
suportar? Qual a melhor opção: um transformador
grande ou dois pequenos? O meu sistema é seguro? Qua foi a causa do blecaute?
Sistemas Elétricos de Energia
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Ferramentas Padrão:
Solução de circuitos de grande porte Cálculo de fluxo de potência Cálculo de curto-circuito Simulações eletromecânicas Simulações eletromagnéticas
Sistemas Elétricos de Energia
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Analizador de Transitórios em Redes Elétricas
Cornell University (1955) 128 linhas de transmissão 48 circuitos de carga
ajustáveis 18 geradores Fonte de energia:
25 kW (440Hz)
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Análise de Sistemas Elétricos de Energia
Computador de Mesa Milhares de linhas de
transmissão Milhares de cargas Milhares de geradores Além de controladores Fonte de energia:
< 300W
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Análise de Sistemas Elétricos de Energia
Conhecimento Básico– Álgebra Linear
– Cálculos I, II, III e Numérico
– Física I, II, III
– Equações Diferenciais I e II
– Programação de Computadores• Algoritmos e Linguagens
– Análise de Investimentos
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Análise de Sistemas Elétricos de Energia
Conhecimento Específico– Circuitos Lineares I e II
– Circuitos Trifásicos
– Eletromagnetismo
– Conversão Eletromecânica Energia
– Fontes Primárias: • Hidráulica, térmica, solar, eólica, química
– Teoria de Controle
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Sistemas Elétricos de Energia na UFJF
Cluster de Computação de Alto Desempenho
32 nós com 2 Quad-Core cada: 256 núcleos de processamento paralelo
2 redes de comunicação dedicada (computação e gerenciamento)
Estudos Realizados: •Problema de Planejamento Hidrotérmico de Sistemas de Energia: redução do tempo de solução de 3 dias para algumas horas
•Simulação Paralela de Sistemas de Energia de Grande Porte: aceleração de até 7 vezes com 14 processadores para um sistema de 15.000 barras
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Sistemas Elétricos de Energia na UFJF
RTDS (Real Time Digital Simulator)
Simulação de sistemas em tempo real
Interface analógica e digital
Simulação com Hardware-in-the-Loop
Equipamentos podem monitorar e/ou controlar o sistema simulado pelo RTDS
Aplicações:Testes de relés de proteçãoAjustes de controles ( ex,
reguladores de tensão e velocidade de geradores)
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Referências
[1] J. Brittain, “Electrical Engineering Hall of Fame: Nikola Tesla,” Proceedings of the IEEE, vol. 93, no. 5, pp. 1057–1059, 2005.
[2] IEEE Global History Network, “Early Electrification of Buffalo: The Beginning of Central Station Service.” [Online]. Available: IEEE GHN website
[3] C. MacKechnie Jarvis, “Nikola Tesla and the induction motor,” Electronics and Power, vol. 15, no. 12, pp. 436–440, 1969.
[4] J. Vuckovic, “Nikola Tesla: the man time forgot,” Potentials, IEEE, vol. 9, no. 3, pp. 53–54, 1990.
