Análise de Metodologia para Detecção de Perda Total de Excitação em Geradores Síncronos sob Condições de Perda Parcial de Campo

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1 Análise de Metodologia para Detecção de Perda Total de Excitação em Geradores Síncronos sob Condições de Perda Parcial de Campo Code: Alex Itczak, Arian Fagundes, Eduardo dos Santos, John Jefferson Saldanha, Marcel Stalter, Fernando Kaheler Guarda UNIPAMPA Universidade Federal do Pampa 21/11/2017 1

2 Objetivos 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. 21/11/2017 2

3 Introdução Gerador Síncrono; Efeitos da Perda de Excitação; Metodologia de Mason e Berdy. 21/11/2017 3

4 Metodologia 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 21/11/2017 4

5 Metodologia 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. 21/11/2017 5

6 FLUXOGRAMA DO FILTRO PARA A EXTRAÇÃO DAS ENVOLTÓRIAS DOS SINAIS DE CORRENTE E TENSÃO Figura 1. Sistema Teste Figura 2. Fluxograma do Filtro de extração das envoltórias. 6

7 FLUXOGRAMA DE DETEÇÃO E CLSASSIFICAÇÃO DA PERDA DE EXCITAÇÃO E OSCILÃÇÃO ESTÁVEL DE POTÊNCIA Metodologia Figura 2. Fluxograma do Filtro de extração das envoltórias. 21/11/2017 7

8 Resultados 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 21/11/2017 8

9 Resultados 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 21/11/2017 9

10 Resultados 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 21/11/

11 Resultados 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 21/11/

12 Resultados e Discussão A tabela 1 apresenta os instantes de atuação do Filtro Morfológico de extração de Envoltória (FMEE) e das metodologias de Mason e Berdy. Atuação FMEE Mason Berdy Caso Classificação t classificação (s) t atuação (s) t atuação (s) PE 0 p.u. 100% PE 0,3523 4,72 4,72 MVA. Tabela 1 Instantes de detecção e classificação da Perda total de excitação para o gerador de /11/

13 Resultados e Discussão 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. 21/11/

14 Resultados e Discussão 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. 21/11/

15 Resultados e Discussão 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. 21/11/

16 Resultados e Discussão 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. Atuação FMEE Mason Berdy Caso PPE 0,5 p.u. 100% Classificação t classificação (s) t atuação (s) t atuação (s) PE 0,3523 8,3819 8,3819 Tabela 2 Instantes de Detecção e Classificação da Perda Parcial de Excitação 21/11/

17 Resultados e Discussão 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; 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 Tabela 3 Instantes de Detecção e Classificação da Perda Parcial de Excitação 21/11/

18 Resultados e Discussão A Tabela 4, apresenta os instantes de detecção da perda de excitação para as metodologias de Mason, Berdy e FMEE. Excitação (p.u.) Temporizada Berdy Instantânea Mason FMEE 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, ,3523 Tabela 4 Instantes de Detecção da perda de excitação para as Metodologias de Mason, Berdy e FMEE 21/11/

19 Resultados e Discussão 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 21/11/

20 Resultados e Discussão 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 21/11/

21 Resultados e Discussão 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. Berdy e FMEE Carga Berdy Instantânea Mason FMEE 25% 0,751 0,751 0, % 0,7501 0,7501 0, % 0,7501 0,7501 0, % 0,7501 0,7501 0,3523 Tabela 5 Instantes de Detecção da perda de excitação para as Metodologias de Mason, 21/11/

22 Considerações Finais 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; 21/11/

23 Agradecimentos 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. 21/11/

24 Obrigado! Apresentador: Arian Rodrigues Fagundes Autor: Alex Itczak 21/11/