UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LUCAS NOBREGA CANELAS COSTA GUIMARÃES

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE ESCOLA DE ENGENHARIA DEARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA LUCAS NOBREGA CANELAS COSTA GUIMARÃES ESTUDOS ARA INSERÇÃO DE UMA USINA TERMELÉTRICA A CICLO COMBINADO EM UM SISTEMA DE OTÊNCIA Nierói 013

2 ii LUCAS NOBREGA CANELAS COSTA GUIMARÃES MATRÍCULA: ESTUDOS ARA INSERÇÃO DE UMA USINA TERMELÉTRICA A CICLO COMBINADO EM UM SISTEMA DE OTÊNCIA Mngrafia ubeida a rp dene d Cur de Graduaçã e Engenharia Eléria da Univeridade Federal Fluinene, requii parial para bençã d grau de Engenheir Eleriia. Área de nenraçã: Siea Eléri de ênia. Orienadr: rf. Carl Henrique Ca Guiarãe, D.S. Nierói 013

3 iii LUCAS NOBREGA CANELAS COSTA GUIMARÃES ESTUDOS ARA INSERÇÃO DE UMA USINA TERMELÉTRICA A CICLO COMBINADO EM UM SISTEMA DE OTÊNCIA Mngrafia ubeida a rp dene d Cur de Graduaçã e Engenharia Eléria da Univeridade Federal Fluinene, requii parial para bençã d grau de Engenheir Eleriia. Área de nenraçã: Siea Eléri de ênia. Aprvada e dezebr de 013. BANCA EXAMINADORA rf. Dr. Carl Henrique Ca Guiarãe Orienadr Univeridade Federal Fluinene rf. Dr. Maru Thedr Shilling Univeridade Federal Fluinene Nierói 013

4 iv AGRADECIMENTOS A rp dene d Cur de Engenharia Eléria da UFF, pr pariipare da inha fraçã aadêia, e e epeial a prfere que direaene nribuíra na agregaçã de d nheien neeári para a elabraçã dee Trabalh de Cnluã de Cur. A eu rienadr rf. Carl Henrique Ca Guiarãe pr d upre aadêi, rienaçã e dediaçã para a realizaçã dee rabalh, epeialene pela nfiança depiada e i e pela lidifiaçã e aadureien d eu nheien. A aig que fiz durane ee in an na UFF, pela ivaçã e panheiri que e ele a difiuldade eria be aire. A eu pai, Carl Henrique e Neui, pel ineniv e prunidade que e dera de eudar, dand api e d en da inha vida.

5 v EÍGRAFE A jurney f a huand ile begin beneah ne fee. Ua jrnada de ilhare de ilha eça b pé. La-zu, filóf hinê

6 vi RESUMO A expanã de u iea eléri de pênia eá aiada a deenvlvien ienôi de u paí a lng d an. Na airia d paíe nde huve a reeruuraçã d er eléri, ea expanã e ru de fra expreiva, bjeiv de inerligar de fra egura e nfiável a ua regiõe. C ee bjeiv urge difiuldade de diver nívei de plexidade, exigind eud ada vez ai dealhad d iea. Ai, eud pré-perainai rna-e fundaenai para a verifiaçã d ipa auad pela inerçã de nva inalaçõe, prinipalene a de geraçã. O eud pré-perainai ã eud que envlve análie de regie peranene, ranióri eleragnéi e elereâni viand aegurar a peraçã erial de ua nva inalaçã, avaliand eu ipa bre iea, end bjeiv garanir a qualidade d aendien, a nfiabilidade e a egurança perainal [1]. O eud de regie peranene define eraégia para nrle de enã, de arregaen e ndiçõe para anbra e linha de raniã. Nee eud ã avaliad liie de raniã afead pela nva inalaçã. O reulad dee eud erve de bae para ur eud, ai de eabilidade elereânia e de ranióri eleragnéi. N eud de eabilidade elereânia f dee rabalh) ã realizada análie d deepenh dinâi d iea, alé de exainar efei que pa er liiane para a plena uilizaçã da rede. Ee eud avalia abé liie de raniã e regie dinâi. O eud de ranióri eleragnéi erve para analiar equipaen prveniene da nva inalaçã relaçã a fenôen ranióri eleragnéi derrene de anbra na rede eléria, rejeiçõe de arga, religaen nplare e riplare, bervand pívei uperaçõe de equipaen. A uperaçã de equipaen abé deve er bervada n eud de urirui, pi a inerçã da nva inalaçã prva auen d eu nívei, prinipalene e barraen lalizad na ua zna de influênia. alavra-have: eud pré-perainai, eabilidade elereânia, ereléria a il binad, dinâia e nrle.

7 vii ABSTRACT The expanin f an eleri pwer ye i aiaed he ieni develpen f a unry ver he year. In unrie where he reruuring f he elerial er k plae, hi expanin wa hwn be ignifian, aiing inernne he ye regin. Due hi bjeive, diffiulie in differen degree f plexiy arie, deanding even re deailed udie f he ye. Therefre, he pre-perainal udie bee eenial he verifiain f ipa aued by he inerin f new inallain, ainly pwer plan. The pre-perainal udie invlve eady-ae analyi, eleragnei and elerehanial ranien auring he iniial perain er f a new failiy, evaluaing i ipa in he ye, in rder enure he ervie qualiy, reliabiliy and perainal euriy. The eady-ae udie define raegie fr vlage nrl, raniin line lading and i wihing ndiin. In hee udie, raniin lii affeed by he new inallain are evaluaed. The reul f hee udie prvide he bai fr her udie, uh a udie f elerehanial abiliy and eleragnei ranien. In he elerehanial abiliy udie fu f hi repr) he analyi f he ye dynai perfrane i ndued, beide exaining effe ha ay lii he full newrk uage. Thee udie al ae he raniin lii in dynai ae. The eleragnei ranien udie analyze he equipen fr he new inallain, regarding he eleragnei ranien phenena due wihing in he eleri newrk, lad rejein, nplar and riplar rele, berving pible equipen verrun. The equipen verrun u al be berved in hr irui udie, beaue he inerin f a new inallain aue he rie f hr irui level, epeially in bubar laed in i influene zne. Keywrd: pre-perainal udie, elerehanial abiliy, heral pwer plan in bined yle, dynai and nrl.

8 viii SUMÁRIO 1. Inrduçã Mivaçã Objeiv Eruura d rabalh.... Siea Eléri de ênia Geradre Sínrn Dad da unidade geradra Diagraa de apaidade Curva de exiaçã Curva V Reguladr de enã e exiariz Liiadr de brexiaçã Liiadr de ubexiaçã Eabilizadr de Siea de ênia SS) Reguladr de velidade e urbina Eabilidade de Siea de ênia Eabilidade angular Eabilidade de frequênia Eabilidade de enã Validaçã d del Siea Eléri iulad Siulaçõe Degrau na referênia d Reguladr Auái de Tenã Cur-irui erda de ua unidade urbina a gá Tee liiadre de brexiaçã... 60

9 ix Tee liiadre de ubexiaçã Cnluõe Trabalh Fuur REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AÊNDICES... 7 AÊNDICE 1 Dad d Siea Eléri AÊNDICE Mdel de CDU d Reguladre AÊNDICE 3 Mdel d Geradre AÊNDICE 4 Arquiv para iulaçã dinâia d Siea Eléri... 87

10 x LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura.1 Rr de pl aliene Figura. Rr ilíndri Figura.3 Siea d rr de u geradr Figura.4 Cirui equivalene d geradr Figura.5 Cirui equivalene de ua linha de raniã Figura.6 Diagraa de apaidade ípi de u geradr ínrn Figura.7 Diagraa para a equaçõe de ilaçã elereânia Figura.8 Diagraa para a equaçõe eléria d eix dire Figura.9 Diagraa para a equaçõe eléria d eix e quadraura Figura.10 Diagraa de apaidade d geradr ubina a gá Figura.11 Diagraa de apaidade d geradr ubina a vapr Figura.1 Curva de exiaçã da unidade geradra ubina a gá Figura.13 Curva de exiaçã da unidade geradra ubina a vapr Figura.14 Curva V da unidade geradra ubina a gá Figura.15 Curva V da unidade geradra ubina a vapr Figura.16 Mdel d reguladr de enã Figura.17 Mdel d liiadr de brexiaçã Figura.18 Mdel d liiadr de ubexiaçã Figura.19 Mdel d inal eabilizadr Figura.0 Mdel d reguladr de velidade e urbina a gá Figura.1 Mdel de reguladr de velidade e urbina a vapr Figura 3.1 Claifiaçã da eabilidade e iea de pênia Figura 3. Gráfi veru e Figura 3.3 Siea Máquina-Barra Infinia Figura 3.4 Gráfi da rajeória d pn de peraçã Figura 3.5 Gráfi veru e... 4 Figura 3.6 Equaçõe iplifiada da ilaçã d rr Figura 3.7 Gráfi veru e para ur n ei da linha Figura 3.8 Equaçõe iplifiada da ilaçã d rr Figura 4.1 Siea Eléri de ênia uilizad na iulaçõe.... 5

11 xi Figura 4. Tenã erinal d geradre, e vazi Figura 4.3 Tenã de exiaçã d geradre, e vazi Figura 4.4 Crrene de exiaçã d geradre, e vazi Figura 4.5 Tenã erinal d geradre, nead a iea Figura 4.6 Tenã de exiaçã d geradre, nead a iea Figura 4.7 Crrene de exiaçã d geradre, nead a iea Figura 4.8 Tenã erinal d geradre urbina a gá Figura 4.9 Tenã erinal d geradr urbina a vapr Figura 4.10 Frequênia d geradre urbina a gá Figura 4.11 Frequênia d geradr urbina a vapr Figura 4.1 ênia aiva d geradre urbina a gá Figura 4.13 ênia aiva d geradr urbina a vapr Figura 4.14 ênia eânia n eix d geradre Figura 4.15 Tenã erinal d geradre urbina a gá Figura 4.16 Tenã erinal d geradr urbina a vapr Figura 4.17 ênia reaiva d geradre urbina a gá Figura 4.18 ênia reaiva d geradr urbina a vapr Figura 4.19 Crrene de exiaçã d geradre urbina a gá Figura 4.0 Crrene de exiaçã d geradr urbina a vapr Figura 4.1 Tenã erinal d geradre urbina a gá Figura 4. Tenã erinal d geradr urbina a vapr Figura 4.3 ênia reaiva d geradre urbina a gá Figura 4.4 ênia reaiva d geradr urbina a vapr Figura 4.5 Referênia de pênia reaiva d geradr urbina a gá Figura 4.6 Referênia de pênia reaiva d geradr urbina a vapr

12 xii LISTA DE TABELAS Tabela.1 arâer d geradre Tabela. arâer d reguladr de enã.... Tabela.3 arâer d liiadr de brexiaçã Tabela.4 arâer d liiadr de ubexiaçã Tabela.5 arâer d SS Tabela.6 arâer d reguladr de velidade e urbina a gá Tabela.7 arâer d reguladr de velidade e urbina a vapr

13 xiii LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS ANAREDE ANATEM CEEL DIT IEEE ONS I SS pu SIN UFF Análie de Rede Eléria Análie de Tranióri Elereâni Cenr de equia de Energia Eléria Deai Inalaçõe de Traniã Iniue f Elerial and Elerni Engineer Operadr Nainal d Siea Eléri rprinal-inegral wer Sye Sabilizer Grandeza pr unidade Siea Inerligad Nainal Univeridade Federal Fluinene

14 1 1. INTRODUÇÃO C reien enôi de u paí, eu iea eléri abé é brigad a reer, e aanh e plexidade, nequene auen d ri de fala de uprien de energia eléria. A deregulaenaçã d er eléri na grande airia d paíe indurializad ve frçand ua peiçã enôia pel erad de energia eléria, fazend que a ua peraçã fique ada vez ai próxia d eu liie de eabilidade []. Na expanã de u iea eléri e-e a inrduçã de nva inalaçõe, ai : uina geradra, linha de raniã, ubeaçõe, equipaen de nrle e preçã, e. Sepre que ua nva inalaçã é lada e peraçã, ane e deve avaliar ipa dela n iea, aravé de reulad de iulaçõe de pívei rrênia. O f dee rabalh é apreenar a iulaçõe d praen dinâi de u iea eléri pare inegrane d eud pré-perainai que deve er realizad, aendend predien de rede d Operadr Nainal d Siea Eléri ONS, n que diz repei à enrada e peraçã erial de ua nva uina ereléria e il binad MOTIVAÇÃO A grande ivaçã para a realizaçã dee rabalh eá fada na neeidade de realizaçã de eud da rede eléria que eá e nane expanã. Devid a ea expanã, nva inalaçõe de geraçã ã neeária. O Siea Inerligad Nainal SIN) é u exepl que paa pr grande expanã, i, eá end neeária a realizaçã de inúer eud pré-perainai para a verifiaçã d ipa que ea nva inalaçõe prva n iea. C i, nee rabalh é apreenad que deve er fei para que

15 nva inalaçõe de geraçã pa enrar e peraçã erial prvand íni de ipa, b pn de via da anuençã d inrni da áquina, nfiabilidade e egurança u d. 1.. OBJETIVO O bjeiv dee Trabalh de Cnluã de Cur é apreenar, aravé de iulaçõe realizada prgraa ANAREDE [3] e ANATEM [4], de prpriedade d CEEL, ipa b pn de via da eabilidade elereânia que a inerçã de ua nva uina ereléria a il binad prva e u iea eléri hipéi de 4 barra 1 uina geradra, viand realizar apena ua da pare d eud pré-perainai neeári para a ua enrada e peraçã erial ESTRUTURA DO TRABALHO Ee rabalh eá dividid e 5 apíul, referênia bibligráfia e apêndie. O apíul 1 apreena ua breve inrduçã bre a neeidade da expanã d er eléri de u paí e a iprânia da exeuçã d eud pré-perainai. Nee apíul abé ã apreenad a ivaçã, bjeiv d rabalh e a ua eruura. O apíul abrda ua breve deriçã bre iea eléri de pênia dand ênfae n del d geradre ínrn uilizad. Tabé ã apreenad del de reguladre de enã e exiariz, reguladre de velidade e urbina, liiadre e eabilizadre uilizad para elhrar areien da ilaçõe elereânia d geradre da uina ereléria a il binad, apreenand valre d parâer uilizad para del adad na repreenaçã da unidade geradra urbina a gá e a vapr. O apíul 3 abrda nei e laifiaçõe da eabilidade de iea de pênia. Tabé nee apíul é apreenad riéri da área iguai, riginad da funçõe de energia de Lyapunv. O apíul 4 apreena a validaçã d del d iea eléri uilizad na iulaçõe dee rabalh, álul da rede e regie peranene uilizand prgraa

16 3 ANAREDE e a iulaçõe e regie dinâi aravé d prgraa ANATEM, nde é rad praen d iea para vári a. O apíul 5 apreena a nluõe dee rabalh, enand reulad bid aravé da iulaçõe. r fi, ã feia prpa de deenvlvien de rabalh fuur ugeõe para a ninuidade dee rabalh.

17 4. SISTEMAS ELÉTRICOS DE OTÊNCIA U iea eléri de pênia englba da a adeia de energia eléria, dede a geraçã, paand pela raniã e diribuiçã a enr nuidre. A geraçã de energia eléria pui divera fra de fne de prduçã. A fra ai uilizada n Brail é prveniene d aprveiaen da energia hidráulia d ri, nde a água é repreada e a ua energia penial é ranfrada e energia eânia na pá da urbina e, enã, é ranfrada e energia eléria, aravé de induçã eleragnéia. A egunda fra ai uilizada é a prveniene da energia éria, nde algun ip de urbina ã uad, end aplada a eix d geradr eléri. Turbina a vapr ã uada e ereléria nde buível para prduçã d alr é óle u urâni enriqueid. Uina ereléria ai derna uiliza urbina a gá naural e njun urbina a vapr, para auenar a ua efiiênia energéia, end deninada pr il binad. Oura fne de energia eã ganhand frça gradaivaene, uand a energia d ven u a energia d lar. A raniã é repnável pr levar a energia eléria da uina aé enr nuidre, nde pue pare indurial, erial e reidenial. Quand a energia raniida é e grande eala, eleva-e a enã de peraçã, pr queõe enôia e fíia, e pde er feia e rrene nínua u alernada. A rrene alernada é a ai uilizada pr er ai baraa, pré a rrene nínua rna-e ai peiiva para raniã a lnga diânia. A eleriidade é ranprada aravé de ab aére, fixad e grande rre eália. Tabé a raniã englba ur equipaen, ranfradre elevadre e equipaen de ediçã, nrle e preçã da rede eléria. Chegand a grande enr, a enã de peraçã é reduzida para que a energia pa er diribuída egurança a nuidre. A diribuiçã e araeriza pela enrega da energia a u uuári final de enr eala e, pr ee iv, é ui raifiada, end feia pr ab aére uprad pr

18 pe u pr ab uberrâne e du. Ai na raniã, a diribuiçã pui ranfradre abaixadre da enã e equipaen de ediçã, nrle e preçã GERADORES SÍNCRONOS O geradre ínrn ã áquina nverra de energia. Ele nvere energia eânia e energia eléria. E njun a áquina priária, haada de urbina, fra a unidade geradra. U geradr ínrn é p pr dua pare, rr e ear. O rr é p pr u núle de aerial ferragnéi, lidári a eix da áquina e envl pr enrlaen ndure. O ear, abé niuíd de aerial ferragnéi, é a pare fixa da áquina, nada a redr d rr e envla pr enrlaen ndure. O rr e ear da áquina ã lainad para iniizar a perda prduzida pr rrene de fuga e rrene paraia, riunda da variaçã d flux agnéi prduzid pel enrlaen d rr [5]. O rr d geradre ínrn pde er niuíd pr pl aliene, variaçã d enreferr, u pr ua fra ilíndria, e variaçã d enreferr. A Figura.1 e a Figura. apreena ee di ip de rr, repeivaene. Figura.1 Rr de pl aliene.

19 6 Figura. Rr ilíndri. O geradr ínrn pui di ip de enrlaen: enrlaen de ap uualene lalizad n rr) e enrlaen de aradura nralene lad n ear). O enrlaen de ap é alienad e rrene nínua gerada a parir de ua fne exerna e é repnável pr gerar ap agnéi que induz enã n enrlaen da aradura. N enrlaen de aradura é prduzida rrene alernada, uj valr depende da arga alienada. O enrlaen de aradura é repnável pr inerligar a unidade geradra a rede eléria. ara áquina rifáia, predinaneene uilizada na geraçã de energia, exie rê enrlaen de aradura diin, diribuíd n ear. O enrlaen ã piinad, defaad de 10º, epaialene e eleriaene, de fra a gerar grandeza eléria equilibrada. O geradr é di ínrn, quand a velidade eléria d rr é a ea que a frequênia d ear/rede eléria, e regie peranene. C i, ap agnéi aiad a ab enrlaen e viena na ea velidade, haada de velidade ínrna, nã havend vien relaiv enre ele e regie peranene. A frça envlvida n pre de geraçã de energia aua n rr d geradr, nfre é rad na Figura.3. O rque eâni prvé da frça riz, repnável pr girar a urbina e vienar ap agnéi d rr. A arga é repnável pr gerar rque eléri que deve e igualar a rque eâni e ead de regie peranene [].

20 7 Figura.3 Siea d rr de u geradr. Onde: T rque eâni, e pu; T e rque eléri, e pu; T d rque de areien, e pu; velidade angular d rr, e pu; aeleraçã angular d rr, e pu; ângul de arga d geradr, e rad. A energia eânia que é raniida a eix d geradr é prduzida pr ua frça riz apliada na urbina. O vien de raçã prduzid pela energia eânia faz girar ap agnéi gerad pela rrene de exiaçã, lalizada n enrlaen de ap. A ineraçã dee ap ap agnéi prduzid n ear, gera ua variaçã de flux agnéi e, nequeneene, ua enã induzida n erinai d enrlaen de aradura. Ea enã é equainada pela Lei de Faraday [6], a eguir: e ind d N 1) d

21 8 Onde: e ind enã induzida, e Vl; N núer de epira d enrlaen; flux agnéi, e Weber. O inal negaiv da equaçã deve-e a fa da enã induzida e pr à variaçã de flux agnéi, bervad pela Lei de Lenz [6]. A enã induzida n inerir da áquina nã é a enã dipnível n erinai da ea. I e deve, prieiraene, à reaçã da aradura, que rre quand a rrene flui n enrlaen de aradura gerand u ap agnéi que alera a enã induzida. Our far que nribui para a aleraçã da enã é a induânia própria d enrlaen de aradura [6]. Lg, é prei niderar ee fenôen para analiar praen u geradr. Ea análie pde er feia a parir d irui equivalene repreenad pela Figura.4. Figura.4 Cirui equivalene d geradr. ara a pênia gerada pela áquina pde uilizar a equaçã de flux de pênia e u ra de raniã [7], rad na Figura.5. Figura.5 Cirui equivalene de ua linha de raniã.

22 9 ik V i g k i g ik ) V V i k g ik ik b ik en ) ik Onde: ik pênia aiva que flui d nó i para nó k; V i ódul da enã d nó i; V k ódul da enã d nó k; ik diferença enre a fae da enã d nó i e d n k; g ik nduânia lngiudinal d ndure; b ik k g i k b i uepânia lngiudinal. Repreena efei eleragnéi gerad pela linha; nduânia ranveral. Repreena a perda pr rrene de fuga e pr efei rna; uepânia ranveral. Repreena efei apaiiv gerad na linha. C n geradr eleen ranverai e a reiênia da aradura ã deprezívei, a equaçã d irui equivalene d geradr fia: e Ei Ven ) X Onde: e pênia eléria frneida pel geradr, e pu; E i enã inerna d geradr, e pu; V enã erinal d geradr, e pu; ângul de arga d geradr, e rad; X reaânia ínrna d geradr, e pu. A enã induzida e fra enidal, pran, pui ua frequênia eléria. C exie liiaçõe fíia para a velidade angular d rr, para e aingir a frequênia eléria d ear é neeári que e faça ua penaçã aravé d auen d núer de pl d rr [6]. Send ai, a velidade de raçã eânia pde er exprea pela equaçã a eguir:

23 10 n 10 f p e Onde: n velidade ínrna de raçã d rr, e rp; f e frequênia eléria n ear, e Hz; p núer de pl d rr. U iea eléri é p pr divera áquina, pran, para que haja inrni enre ela, a frequênia eléria deve er únia para d iea. N Brail, a frequênia definida é de 60 Hz. Na Eurpa e na airia d paíe da Aéria d Sul a frequênia de peraçã é de 50 Hz. Cada pnene de u iea eléri é prjead para auir deerinada funçõe e ndiçõe peraiva egura. N a d geradre, exie eleen de preçã que preerva, anend a inegridade fíia d enrlaen e inrni iea eléri. O eleen de preçã d geradr eã relainad à liiaçõe de áxia e ínia rrene de ap, liie de eabilidade, liie de áxia rrene n ear e preervand a relaçã V/Hz enlae de flux agnéi) denr de deerinad liie []. A áxia rrene de ap eá aiada a áxia eperaura que enrlaen de ap pde aingir. Quand ee liie é ulrapaad aerial pde perder a ua araeríia fíia e enrlaen d rr fia ujei à queia. Nee liie, geradre eã na ndiçã áxia de geraçã de pênia reaiva, perdend a apaidade de nrle de auenar a enã. A ínia rrene de ap eá aiada liie íni de exiaçã da áquina, rrepndend à áxia abrçã de pênia reaiva periida. Nee liie geradre abé perde a apaidade de nrle de abaixar a enã. O liie de eabilidade pde er aingid quand geradr eá abrvend pênia reaiva d iea alé da ua apaidade, pdend rnar-e inável elereaniaene, aarreand e pível perda de inrni.

24 11 A áxia rrene d ear eá relainada a apaidade d geradr n aendien a deanda. U auen da pênia gerada aarrea nua elevaçã da rrene d ear e, e ee liie fr ulrapaad, enrlaen d ear rna-e ueívei à queia. O liiadr V/Hz ede enlae de flux agnéi. É definid pela relaçã enre a enã erinal e a frequênia de peraçã d geradr. É uilizad para prevenir a diperã de flux agnéi, eviand breaqueien d aerial ferragnéi, an d própri geradr d eu ranfradr elevadr, pdend e prpagar para enrlaen e prvar dan à pinura e nequene rrã []. C ee liiadre é pível riar diagraa de apaidade d geradr, que eabelee a regiã egura e que geradr pde perar. C d liie envlvid varia a enã, diagraa de apaidade abé é alerad de ard a enã. Na práia, diagraa de apaidade é fei niderand a enã erinal nane. C é u diagraa para peraçã egura e regie peranene, a enã e a frequênia nã varia e, pran, nã englba liiadr V/Hz. Onde: Figura.6 Diagraa de apaidade ípi de u geradr ínrn. X d X q reaânia ínrna de eix dire, e pu; reaânia ínrna de eix e quadraura, e pu;

25 1 S n V pênia aparene ninal, e pu; enã erinal, e pu; far de pênia ninal, adieninal; ângul de arga da áquina, e radian. O eud da dinâia d geradr requere a luçã de equaçõe algébridifereniai que ineiza fenôen fíi que rre na áquina. ara realizar ee eud prgraa ANATEM pde er uilizad. O prgraa dá a pibilidade de repreenaçã d iea de nrle aravé da uilizaçã de diagraa e bl frad pr ua funçõe de ranferênia n díni da frequênia. O iea algébri-diferenial que dela iea de pênia é relvid pel éd de inegraçã rapezidal iplíi enrelaçad. A repreenaçã d geradr ínrn fi feia aravé d del MD03 d ANATEM. Ee é del de áquina ínrna de rr ilíndri, repreenad pr u enrlaen de ap e di enrlaen areedre. A Figura.7 ra diagraa da equaçõe de ilaçã d rr, a Figura.8 apreena a equaçõe eléria d eix dire e a Figura.9 apreena diagraa para equaçõe eléria d eix e quadraura. Figura.7 Diagraa para a equaçõe de ilaçã elereânia. Onde: H nane de inéria d grup geradr-urbina, e MW./MVA. Repreena a relaçã enre a energia inéia arazenada na inéria girane, à velidade ínrna, e a pênia aparene ninal d geradr;

26 13 D nane de areien, e pu/pu. Repreena a relaçã enre a pênia de areien devid à arga e à variaçã de velidade d rr; T e njugad eléri aiad à pênia aiva gerada, e pu; T njugad eâni n eix, e pu; T a njugad de aeleraçã, e pu; devi da velidade angular, e pu; velidade ínrna, e rad/; ângul de arga da áquina, e radian. Onde: Figura.8 Diagraa para a equaçõe eléria d eix dire. L d induânia ínrna nã aurada de eix dire, e pu; L ' d induânia raniória nã aurada de eix dire, e pu; L " d induânia ubraniória nã aurada de eix dire, e pu; L l induânia de diperã da aradura, e pu; T ' d nane de ep raniória de eix dire e irui aber, e egund; T " d nane de ep ubraniória de eix dire e irui aber, e egund;

27 14 E fd enã de ap, e pu; I fd rrene de ap, e pu; E q enã prprinal a rrene de ap, e pu; E ' q enã raniória prjeada n eix e quadraura, e pu; E " q enã ubraniória prjeada n eix e quadraura, e pu; I d rrene da aradura prjeada n eix dire, e pu; Sa d parela da auraçã d geradr prjeada n eix dire, e pu; E " ódul da enã ubraniória, e pu; enlae de flux agnéi, e pu. Figura.9 Diagraa para a equaçõe eléria d eix e quadraura.

28 15 Onde: L q induânia ínrna nã aurada de eix e quadraura, e pu; L ' q induânia raniória nã aurada de eix e quadraura, e pu; L " q induânia ubraniória nã aurada de eix e quadraura, e pu; L l induânia de diperã da aradura, e pu; T ' q nane de ep raniória de eix e quadraura e irui aber, e ; T " q nane de ep ubraniória de eix e quadraura e irui aber, e ; E " d enã ubraniória prjeada n eix dire, e pu; I q rrene da aradura prjeada n eix e quadraura, e pu; Sa q parela da auraçã d geradr prjeada n eix e quadraura, e pu; E " ódul da enã ubraniória, e pu; enlae de flux agnéi, e pu Dad da unidade geradra A Tabela.1 apreena dad d geradre a gá e a vapr. Tabela.1 arâer d geradre. arâer Gá Vapr Far de ênia 0,85 0,85 ênia Ninal MVA) 14,0 30,0 Tenã Ninal kv) 15,0 15,0 Frequênia Ninal Hz) Reaânia Sínrna Eix Dire Xd) %) 193,0 07,0 Reaânia Traniória Eix Dire X d) %) 4,0 6,0 Reaânia Subraniória Eix Dire X d) %) 18,0 19,0 Reaânia Sínrna Eix Quadraura Xq) %) 18,0 195,0 Reaânia Traniória Eix Quadraura X q) %) 43,5 45,5 Reaânia de Diperã Xl) %) 13,5 14,5 Reiênia de Aradura Ra) %) 0,7 0,9 Ce. de Tep Subraniória Eix Dire T d) ) 0,04 0,04 Ce. de Tep Traniória Eix Dire T d) ) 7,0 7,0 Ce. de Tep Subraniória Eix Quadraura T q) ) 0,081 0,079 Ce. de Tep Traniória Eix Quadraura T q) ) 0,56 0,57 Cnane de Inéria H) MW./MVA) 5,319 4,659 arâer da Curva de Sauraçã Ag) pu) 0, , arâer da Curva de Sauraçã Bg) pu) 1, ,73857 Cnane de Areien D) pu/pu) Valr nervaiv para eud de eabilidade elereânia

29 Diagraa de apaidade A Figura.10 e a Figura.11 apreena diagraa de apaidade d geradre a gá e a vapr, repeivaene. Ele fra elabrad auxíli de u prgraa puainal elabrad pel rf. Carl Henrique Ca Guiarãe. Figura.10 Diagraa de apaidade d geradr urbina a gá. Figura.11 Diagraa de apaidade d geradr urbina a vapr.

30 Curva de exiaçã O parâer da urva de exiaçã fra alulad bae na infraçõe frneida pel fabriane da áquina. Ea infraçõe ã bida aravé de ee de ap a áquina perand e vazi. A Figura.1 apreena reulad da urva de exiaçã e vazi da unidade geradra vida pr urbina a gá, ajuada para a bae de álul, uja funçã expnenial é dada pr y A e g B g x0, 8, A g = 0, e B g = 1,54118 para del d prgraa ANATEM. Figura.1 Curva de exiaçã da unidade geradra urbina a gá. A Figura.13 apreena reulad da urva de exiaçã e vazi da unidade geradra vida pr urbina a vapr, ajuada para a bae de álul, uja funçã expnenial é dada pr ANATEM. y A e g B g x0, 8, Ag = 0, e Bg = 11,73857 para del d prgraa

31 18 Figura.13 Curva de exiaçã da unidade geradra urbina a vapr Curva V A Figura.14 e a Figura.15 ra a urva V d geradre a gá e a vapr, repeivaene. Ela apreena praen da rrene d geradr de ard diver nívei de pênia aiva, para enã de 1 pu. É pível bervar diagraa de apaidade d geradr raejad) n gráfi. Figura.14 Curva V da unidade geradra urbina a gá.

32 19 Figura.15 Curva V da unidade geradra urbina a vapr... REGULADOR DE TENSÃO E EXCITATRIZ O reguladre de enã auena a eabilidade elereânia d geradr, pi nrland a enã, nrla efiiene de pênia inrnizane da áquina d iea. ara nrlar a enã reguladr pui u valr de referênia ajuad e eleva u reduz auaiaene a rrene de ap d geradr para aner a enã nee valr de referênia. É neeári que ee reguladre aue rapidaene e deve er ajuad para divera ndiçõe de arregaen []. A Figura.16 apreena del d reguladr de enã e iea de exiaçã uilizad n geradre. Traa-e d del Tip ST4B padrnizad pel IEEE [8].

33 Figura.16 Mdel d reguladr de enã. 0

34 1 Onde: V OEL inal d liiadr de brexiaçã, e pu; V UEL inal d liiadr de ubexiaçã, e pu; V SS inal d eabilizadr de iea de pênia, e pu; V ref valr de referênia d reguladr de enã, e pu; V Rin enã ínia de aída d reguladr de enã, e pu; V Rax enã áxia de aída d reguladr de enã, e pu; K IR ganh inegral d reguladr, e pu; K R ganh prprinal d reguladr, e pu; K ganh, e grau -1 ; K C T A ganh, e pu; nane de ep d auadr, e egund; K IM ganh inegral d auadr, e pu; K M ganh prprinal d auadr, e pu; K G ganh, e pu/pu.; V Min liie íni d auadr, e pu; V Max liie áxi d auadr, e pu; V Bax liie áxi da exiariz, e pu; V T V R V M V B V E E fd I fd I N enã erinal, e pu; inal de aída d reguladr de enã, e pu; inal de aída d auadr, e pu; inal de aída da exiariz, e pu; inal de enrada para a exiariz, e pu; enã de exiaçã, e pu; rrene de exiaçã, e pu; inal de enrada para a funçã de regulaçã d reifiadr, e pu; F EX inal de aída da funçã de regulaçã d reifiadr, e pu. A Tabela. apreena valre d parâer d reguladre de enã da unidade geradra urbina a gá e a vapr.

35 Tabela. arâer d reguladr de enã. arâer Gá Vapr K IR,07 1,95 K R,07 1,95 V Rin -0,8-0,8 V Rax 1,0 1,0 T A 0,01 0,01 K IM 0,0 0,0 K M 1,0 1,0 V Min -0,8-0,8 V Max 1,0 1,0 K G 0,0 0,0 K 9,68 10,5 K C 0, 0, V Bax 1,1 1,81.3. LIMITADOR DE SOBREXCITAÇÃO O liiadr de brexiaçã é uilizad para eviar brearga n enrlaen de ap d geradr. A funçã de u liiadr é eviar deligaen da áquina pr auaçã da preçã e jaai deve ubiuir a funçã d relé de preçã []. A Figura.17 apreena del d liiadr de brexiaçã ípi apliad n iea de exiaçã da unidade geradra, quar nívei, a repeiva eprizaçõe diina arbirada.

36 Figura.17 Mdel d liiadr de brexiaçã. 3

37 4 Onde: I fdn rrene de exiaçã ninal, e pu; I fd rrene de exiaçã, e pu; I OEL inal de referênia da rrene de exiaçã, e pu; OEI 1 prieir nível para a referênia da rrene de exiaçã, e pu; OEI egund nível para a referênia da rrene de exiaçã, e pu; OEI 3 ereir nível para a referênia da rrene de exiaçã, e pu; OEI 4 quar nível para a referênia da rrene de exiaçã, e pu; OET 1 eprizaçã para prieir nível de referênia da rrene de exiaçã, e egund; OET eprizaçã para egund nível de referênia da rrene de exiaçã, e egund; OET 3 eprizaçã para ereir nível de referênia da rrene de exiaçã, e egund; K i K i inver da nane de ep d quar nível para a referênia da rrene de exiaçã, e pu; ganh inegral d nrladr I, e pu; K p ganh prprinal d nrladr I, e pu; T nane de ep d nrladr I, e egund; V ref valr de referênia d reguladr de enã, e pu; ree inal de ree, adieninal; ini valr de ree, adieninal; ep eprizaçã, egund; pa de inegraçã, e egund; V OEL inal de aída d liiadr de brexiaçã, e pu; A Tabela.3 apreena valre d parâer d liiadre de brexiaçã apliad n iea de exiaçã da unidade geradra urbina a gá e a vapr.

38 5 Tabela.3 arâer d liiadr de brexiaçã. arâer Gá Vapr IFN 1,5674 1,5507 OEI1,19436,17098 OEI 1, ,86084 OEI3 1,7414 1,70577 OEI4 1, , OET1,0,0 OET 5,0 5,0 OET3 10,0 10,0 K i,0,0 K i 1,0 1,0 K p 1,5 1,5 T 10,0 10,0.4. LIMITADOR DE SUBEXCITAÇÃO A Figura.18 apreena del d liiadr de ubexiaçã ípi apliad n iea de exiaçã da unidade geradra. A funçã dada pr pn repreena a pare d diagraa de apaidade da áquina que englba liie de ínia exiaçã e liie de eabilidade para a enã erinal de 1 pu. ran, há neeidade de e fazer a rreçã dee liie a enã, uj reulad erve de referênia para a pênia reaiva gerada. Onde: Figura.18 Mdel d liiadr de ubexiaçã. e Q e V pênia aiva gerada, e pu; pênia reaiva gerada, e pu; enã erinal, e pu; V UEL inal de aída d liiadr de ubexiaçã, e pu;

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