Introdução à Engenharia Elétrica Planejamento da Operação e Controle de Sistemas de Energia

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1 Introdução à Engenharia Elétrica Planejamento da Operação e Controle de Sistemas de Energia Prof. Marcelo A. Tomim

2 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 2

3 Sistemas Elétricos de Energia 3

4 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 4 consumidores.

5 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 5

6 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 $ ,00 e $1,00 por HP Tesla é contratado pela Westinghouse para aprimorar os seus projetos para a produção comercial. 6

7 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 7

8 Como Surgiram os Sistemas Elétricos de Energia Divisor de águas: Westinghouse ganha concorrência para iluminar a famosa feira de Chicago de geradores: bifásicos, 750kW, 60Hz, 2kV 8

9 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 9

10 Sistemas Elétricos de Energia Sistemas Elétricos de Energia Maiores sistemas do mundo Dimensões continentais Inúmeras interconexões regionais Exemplo: Sistema Interligado Nacional (SIN) 10

11 Sistema Interligado Nacional (SIN) 11

12 Sistemas Elétricos de Energia Tarefas fundamentais: Planejamento da expansão Planejamento da operação Controle Técnicas computacionais para solução problemas em sistemas elétricos 12

13 Sistemas Elétricos de Energia 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? 13

14 Sistemas Elétricos de Energia Ferramentas Padrão: Solução de circuitos de grande porte Cálculo de fluxo de potência Cálculo de curto-circuito Simulações eletromecânicas Simulações eletromagnéticas 14

15 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) 15

16 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 16

17 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 17

18 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 18

19 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 barras 19

20 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 proteção Ajustes de controles ( ex, reguladores de tensão e velocidade de geradores) 20

21 Referências [1] J. Brittain, Electrical Engineering Hall of Fame: Nikola Tesla, Proceedings of the IEEE, vol. 93, no. 5, pp , [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 , [4] J. Vuckovic, Nikola Tesla: the man time forgot, Potentials, IEEE, vol. 9, no. 3, pp ,

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