Upload
manoela-garrau-sales
View
215
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Operação de Sistemas InterligadosI – Controle Primário de Freqüência
2
Razões principais:Contínua variação da carga;Eventos não previstos (contingências);Requisito de Freqüência Constante;
» Equilíbrio entre Geração e Carga a cada instante.
Principais ações de controle:Regulação Primária ou Controle de Velocidade;
» Reserva Instantânea (Girante) Disponível dentro de 10 a 20 segundos.
Regulação Secundária ou Controle Suplementar (CAG);» Reserva Rápida Disponível dentro de 1 a 10 minutos.
Controle de Freqüência - Aspectos Gerais
3
Principais Malhas de Controle Associadas a Geradores Síncronos
• Controle Primário de Velocidade;• Controle Secundário (CAG);• Controle da Excitação.
Controle Primário de Freqüência
5
Malha de Controle Primário:
6
Equação de balanço de torques:
Com a velocidade em rad/s:
Com a velocidade em pu da velocidade nominal:
7
Modelos Linearizados para Análise sem Controle Primário
Gerador alimentando carga isolada:
8
Equação de Balanço de Torques
Considerando pequenas perturbações com respeito a um dado ponto de operação:
Como o ponto de operação inicial é de regime permanente:
9
Variações das Potências Mecânica e Elétrica
Pm é resultado da ação do Regulador de Velocidade: ausência de RV Pm = 0;
Pe é a variação da potência solicitada pela carga;
Supõe-se que a potência demandada pela carga é parcialmente dependente da freqüência:
10
Variação da Velocidade
A equação de balanço de torques torna-se:
Após a aplicação da Transf. de Laplace:
11
Diagrama de Blocos
ou
12
Caso de 2 Máquinas Interligadas
onde
13
Modelo matemático para 2 máquinas interligadas - I
Linearizando-se a potência de intercâmbio em relação a um dado ponto de operação, obtêm-se:
O coeficiente de potência sincronizante é definido como:
14
Modelo matemático para 2 máquinas interligadas - II
Equações diferenciais para a 2 máquinas:
e
15
Modelo matemático para 2 máquinas interligadas - III
Aplicando-se a Transformada de Laplace:
16
Diagrama de Blocos para o Sistema de 2 Máquinas Interligadas
17
Caso Máquina – Barra Infinita Caso particular do sistema de 2 máquinas quando a
inércia de uma delas tende a ; Diagrama de blocos:
Coef. de potência sincronizante:
18
Resposta natural de cada unidade geradora às variações de cargaDeterminada pelas características do Regulador de
Velocidade:» Característica descendente – Estatismo (R);» Estatismo: inverso do ganho estático da malha de controle.
Efetiva repartição de geração entre as máquinas;Gerador deve estar disponível para aumentar ou
diminuir a geração; Carga contribui para o equilíbrio
Característica de variação da carga com a freqüência (D).
Controle de Freqüência - Regulação Primária
20
Controle de Velocidade de Turbinas Hidráulicas
Comportamento típico de Turbinas Hidráulicas: redução transitória de potência após abertura do distribuidor
Necessidade de redução transitória do ganho da malha de controle para garantir comportamento estável.
22
Implementação do Estatismo Regulador Isócrono
Não apresenta estatismo; Ilustração via implementação hidráulico-mecânica.
Regulador com queda de velocidade (turbogeradores):Realimentação rígida entre servopistão e sensor de
velocidade;Não apresenta estatismo transitório; Ilustração via implementação hidráulico-mecânica.
24
Regulador Isócrono: Diagrama de Blocos
Diagrama de blocos inicial:
Diagrama de blocos reduzido:
25
Regulador Isócrono: Característica Estática
Gerador isolado:
Dois geradores:
27
Regulador com Queda de Velocidade: Diagrama de Blocos
Diagrama de blocos inicial:
Diagrama de blocos reduzido:
28
Controle Primário usando Regulador com Queda de Velocidade
Diagrama de blocos do sistema (supõe-se D=0):
Desvio de freqüência em regime permanente após degrau de carga de amplitude L:
29
Resposta Temporal a Degrau de Carga
-R1L
-R2L
R1 < R2
30
Característica Estática
Regulação Primária deSistema Isolado
32
Regulação Primária de Sistema Isolado: Exemplo Ilustrativo
Comentário: Desvio de freqüência é limitado apenas pela redução de carga com a queda de freqüência
Desvio a um degrau de carga: Lf ( )D
Desvio a um degrau de carga: R1D
L)(f
Comentário: Desvio de freqüência limitado não só por D, mas também pelo inverso do estatismo permanente
Com Regulador
Sem Regulador
33
Regulação Primária de Sistema Isolado: Exemplo sem Regulador
» Dados: Pot. Nominal => Pn = 2000 MW» Carga Nominal => PL = 1000 MW» Constante de Inércia => M = 1/6 s» Variação Carga/freqüência => D = (1% var. carga) / (1% var. frequência)
» Incremento de carga =>
HzMWpufPnPL
D /120
160
20001000
01,0
01,0
0
puMWL 01,020
Regulador Bloqueado:
HzDLf 2,1
1201
01,0)(
Hzfff 8,582,160)()( 0
34
Regulação Primária de Sistema Isolado: Exemplo com Regulador
» Dados: Pot. Nominal => Pn = 2000 MW» Carga Nominal => PL = 1000 MW» Constante de Inércia => M = 1/6 s» Variação Carga/freqüência => D = 1/120 puMW / Hz» Estatismo => R = 4 %
» Para um incremento de carga =>
puMWHz.
puMWHz.
puMWpuHz.R 4260040040
pu01.0MW20L
Regulação Primária:
Hz0235.04.2
1120
101.0
R1D
L)(f
Hz9765.590235.060)(ff)(f 0
35
Regulação Primária de Sistema Isolado: Comentários sobre Exemplo com Regulador
O suprimento do degrau de carga é composto de 3 componentes:
» Energia tomada emprestada da energia cinética das massas girantes do sistema (Queda de velocidade);
» O aumento da geração, provocado pela ação do regulador;» A redução da carga por efeito da queda de freqüência.
Logo:
MwMwfR
Pg 6,194,2
20000235,0)(1)(
MwMwfDPD 4,0120
20000235,0)()(
LMWPPg D 204,06,19)()(
36
Interpretação Gráfica:Característica do Regulador de Velocidade
37
Interpretação Gráfica:Característica do RV + Característica da Carga
38
Interpretação Gráfica:Componentes do suprimento do incremento de carga
39
Regulação Primária - Sistema Multimáquinas
Num sistema multimáquinas, dada uma variação de carga, esta é absorvida por todas as unidades geradoras de acordo com a característica de regulação dos respectivos reguladores de velocidade das turbinas, que é descendente.
A freqüência se estabiliza em um novo valor: 01 FF
P G10 P G1 (MW)P G11
F1
F
P G20 P G21 P G31P G30P G2
F(Hz)
F
P G3
F0
tg = R 1 tg = R 2 tg = R 3(Hz / Mw)
40
Regulação Primária –Exercício com Sistema Multimáquinas
Exemplo:
41
Características de Regulação de Velocidade dos três geradores
Regulação Primária deÁreas Interligadas
43
Duas Áreas Interligadas
44
Duas Áreas Interligadas sem Regulação Primária
45
Duas Áreas Interligadas com Regulação Primária - (I)
46
Duas Áreas Interligadas com Regulação Primária - (II)
Relações em regime permanente, considerando desvios de carga em ambas as áreas:
Define-se a característica natural da área i como:
47
Característica Natural de Área
onde:
Di : Coef. de sensibilidade da carga à frequência, e
Ri : Estatismo equivalente da área i.
48
Regulação Primária –Duas Áreas Interligadas – Desvios de Freqüência e PTL em Reg. Perm.
Desvio de Freqüência face a degraus de carga PL1 e PL2 :
21
21
22
11
21
11)(
LLLL PP
RD
RD
PPF
Desvio de Potência de Intercâmbio:
21
1221
22
11
12
221
1
12,
)1()1(
)1()1(
LL
LL
TLPP
RD
RD
PR
DPR
DP
49
Mais de Duas Áreas Interligadas - I
Trabalha-se com o conceito de Intercâmbios Líquidos Globais de cada área:
50
Mais de Duas Áreas Interligadas - II Equações de balanço de potência em reg. perm.:
Considerando-se que , e definindo a característica natural do sistema como:
51
Mais de Duas Áreas Interligadas - III
Desvio de freqüência em regime permanente:
Variações nos intercâmbios líquidos globais:
52
Exemplo motivador
Considere 3 áreas interconectadas, cujas características naturais são:
Se ocorrem simultaneamente acréscimos de carga nas áreas 1 (200 MW) e 3 (100 MW), calcular:a) A nova freqüência de equilíbrio;b) As variações nos intercâmbios líquidos globais;c) O aumento de geração necessário em cada área, supondo Di = 0.
53
Conclusões sobre o exemplo A área 2, de maior característica natural, é a que mais
elevou sua geração, embora não tendo sofrido nenhuma variação de carga;
Como o termo 1/R é proporcional à capacidade de geração da área, as áreas que mais contribuem para a regulação primária são as de maiores parques geradores;
Fica claro que o sistema requer outra ação de controle, pois: Há desvio significativo de freqüência; A área 2 não pode continuar suprindo indefinidamente aumentos de
carga nas outras áreas.