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Análise de Metodologia para Detecção
de Perda Total de Excitação em
Geradores Síncronos sob Condições de
Perda Parcial de Campo
Code: 19.027
Alex Itczak, Arian Fagundes, Eduardo dos Santos, John
Jefferson Saldanha, Marcel Stalter, Fernando Kaheler Guarda
UNIPAMPA – Universidade Federal do Pampa
21/11/2017 1
• Estudar os problemas causados pela perda parcial de excitação em
geradores síncronos;
• Realizar simulações e análises de situações onde ocorram perdas
parciais de excitação, elencando problemas e visando solucioná-los,
afim de evitar que o sistema tenha prejuízo ou a perda do gerador;
• Analisar uma metodologia proposta para a perda total de excitação, a
partir de situações que ocorram perda parcial de excitação.
Objetivos
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• Gerador Síncrono;
• Efeitos da Perda de Excitação;
• Metodologia de Mason e Berdy.
Introdução
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• Implementação de um sistema teste (Figura 1), no DigSilent Power
Factory®, para diferentes casos onde ocorram perda parcial e total de
excitação para geradores de 390 MVA e 500 MVA.
Figura 1. Sistema Teste
Metodologia
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Filtro Morfológico de Extração de Envoltória • A detecção e diferenciação da perda de excitação e da oscilação
estável de potência é através de operadores morfológicos de dilatação
e erosão, extraindo as envoltórias dos sinais de corrente e tensão
processados;
• A distinção é dada a partir das características das envoltórias de perda
de excitação e oscilação estável de potência;
• A Figura 2 mostra fluxograma do filtro de extração das envoltórias dos
sinais de corrente e tensão
• Já a Figura 3 apresenta o fluxograma da detecção e classificação da
perda de excitação e oscilação estável de potência.
Figura 1. Sistema Teste
Metodologia
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Figura 1. Sistema Teste
Figura 2. Fluxograma do Filtro de extração das envoltórias.
FLUXOGRAMA DO FILTRO PARA A
EXTRAÇÃO DAS ENVOLTÓRIAS DOS
SINAIS DE CORRENTE E TENSÃO
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Metodologia
Figura 2. Fluxograma do Filtro de extração das envoltórias.
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FLUXOGRAMA DE DETEÇÃO E CLSASSIFICAÇÃO DA PERDA
DE EXCITAÇÃO E OSCILÃÇÃO ESTÁVEL DE POTÊNCIA
Sinais de corrente e tensão senoidal para uma perda total de excitação.
Figura 4 – Sinais de corrente e tensão para uma perda total de excitação
Resultados
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Sinais de corrente e tensão processados pelo filtro morfológico de
extração de envoltória para uma perda total de excitação.
Figura 5 – Envoltórias superior e inferior dos sinais de corrente e tensão para uma perda total de excitação
Resultados
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Diferença entre as envoltórias superior e inferior para os sinais de
corrente e tensão para uma perda total de excitação.
Figura 6 – Diferença entre as envoltórias superior e inferior dos sinais de corrente e tensão
Resultados
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Variação entre a diferença das envoltórias dos sinais de corrente e tensão
para uma perda total de excitação.
Figura 7 – Diferença entre as envoltórias superior e inferior dos sinais de corrente e tensão
Resultados
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A tabela 1 apresenta os instantes de atuação do Filtro Morfológico de
extração de Envoltória (FMEE) e das metodologias de Mason e Berdy.
Tabela 1 – Instantes de detecção e classificação da Perda total de excitação para o gerador de 390
MVA.
Resultados e Discussão
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Atuação FMEE Mason Berdy
Caso Classificação tclassificação
(s)
tatuação
(s)
tatuação
(s)
PE 0 p.u. 100% PE 0,3523 4,72 4,72
Sinais de corrente e tensão senoidal para um nível de excitação de 0.5
p.u.
Figura 8 – Sinal de corrente e tensão senoidal para um nível de excitação de 0.5 p.u.
Resultados e Discussão
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Envoltórias superior e inferior para os sinais de corrente e tensão para um
nível de excitação de 0.5 p.u.
Figura 9 – Envoltórias superior e inferior dos sinais de corrente e tensão para uma excitação de 0.5 p.u.
Resultados e Discussão
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Diferença das envoltórias para os sinais de corrente e tensão para um
nível de excitação de 0.5 p.u.
Figura 10 – Diferença das envoltórias dos sinais de corrente e tensão para uma excitação de 0.5 p.u.
Resultados e Discussão
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• Para os casos analisados para um gerador operando com 0,5 p.u. de
excitação, percebe-se, que o comportamento das envoltórias é
semelhante ao ocorrido para a perda total de excitação. Isso significa
que para os casos de perda de excitação, essas envoltórias
apresentam características bem definidas;
• Assim, o Filtro Morfológico atua corretamente, classificando o evento
como perda de excitação como é mostrado na Tabela 2.
Tabela 2 – Instantes de Detecção e Classificação da Perda Parcial de Excitação
Resultados e Discussão
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Atuação FMEE Mason Berdy
Caso Classificação tclassificação
(s)
tatuação
(s)
tatuação
(s)
PPE 0,5 p.u.
100% PE 0,3523 8,3819 8,3819
A Tabela 3 mostra de maneira resumida os instantes em que é detectada
uma possível perda de excitação, e também o instante em que o filtro
morfológico classifica o evento, para o gerador de 390 MVA;
Tabela 3 – Instantes de Detecção e Classificação da Perda Parcial de Excitação
Resultados e Discussão
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Excitação (p.u.)
Detecção de Possível PE (s)
Confirmação Após Possível Detecção (s)
Tempo Acumulado (s)
0 0,1858 0,1665 0,3523
0,2 0,1858 0,1665 0,3523
0,5 0,1858 0,1665 0,3523
0,9 0,1858 0,1665 0,3523
A Tabela 4, apresenta os instantes de detecção da perda de excitação
para as metodologias de Mason, Berdy e FMEE.
Tabela 4 – Instantes de Detecção da perda de excitação para as Metodologias de Mason,
Berdy e FMEE
Resultados e Discussão
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Excitação (p.u.)
Berdy Mason FMEE
Temporizada Instantânea
0 4,6030 4,7200 4,7200 0,3523
0,2 5,5297 5,6559 5,6559 0,3523
0,5 8,2352 8,3819 8,3819 0,3523
0,9 -- -- -- 0,3523
Oscilação estável de Potência A Figura 11 mostra os sinais de tensão e corrente para um gerador de 390 MVA
Figura 11 – Detalhe das envoltórias dos sinais de corrente e tensão para oscilação estável de potência
Resultados e Discussão
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Oscilação estável de Potência A Figura 12 apresenta o detalhamento dos sinais das variações das diferenças
entre as envoltórias de tensão e corrente para um gerador de 390 MVA
Figura 12 – Detalhe dos sinais das variações das diferenças entre as envoltórias dos sinais de corrente e
tensão para oscilação estável de potência
Resultados e Discussão
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A Tabela 5 apresenta os instantes de tempo em que uma Oscilação
estável de Potência é classificada pelo FMEE e pelas metodologias de
Mason e Berdy, para diferentes carregamentos.
Tabela 5 – Instantes de Detecção da perda de excitação para as Metodologias de Mason,
Berdy e FMEE
Resultados e Discussão
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Carga Berdy
Mason FMEE Instantânea
25% 0,751 0,751 0,7592
50% 0,7501 0,7501 0,5087
75% 0,7501 0,7501 0,7598
100% 0,7501 0,7501 0,3523
• Geradores síncronos trabalhando subexcitados podem comprometer a
estabilidade do sistemas;
• O uso de relé de admitância do tipo MHO para a perda parcial de
excitação, pode fazer com que ocorra desligamento indevido causado
por Oscilação Estável de Pôtencia;
• O Filtro Morfológico detecta e classifica corretamente a perda de
excitação da oscilação estável de potência, sendo rápida e precisa na
identificação do evento ocorrido;
Considerações Finais
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Esse trabalho teve o apoio financeiro e concessão de bolsas
da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal do Ensino
Superior (CAPES). Além disso, também teve suporte
acadêmico e recursos de pesquisa da Universidade Federal
do Pampa (UNIPAMPA) e do Programa de Pós-Graduação
em Engenharia Elétrica, da mesma Instiuição.
Agradecimentos
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