Controle de Sistemas Interligados. Prof. Glauco Nery Taranto Departamento de Engenharia Elétrica POLI/UFRJ

Transcrição

1 Controle de Sistemas Interligados Prof. Glauco Nery Taranto Departamento de Engenharia Elétrica POLI/UFRJ

2 Sistema de Transmissão 2

3 Bacias Hidrográficas Brasileiras 3

4 Bacias Hidrográficas 4

5 Bacias Hidrográficas 5

6 Capacidade de Regulação dos Reservatórios No passado nossa capacidade de regulação já foi de 5 anos Hoje, a capacidade já é anual, ou seja, um ano com baixas afluências pode causar sérios problemas no ano seguinte O aumento da demanda devido ao crescimento econômico do país, conjugado com a escassez de novos reservatórios, faz essa capacidade de regulação diminuir. 6

7 Hidrelétricas a fio d água São usinas sem capacidade de armazenamento de água. Em um país cuja base de geração hidroelétrica ainda está na casa dos 80% (dados de 2013), a construção dessas usinas exige que o operador do sistema tenha cada vez mais conhecimento da previsão de precipitações. 7

8 Hidrelétricas a fio d água (cont.) Fenômenos meteorológicos e climáticos: El niño La niña Oscilação Madden-Julian Vórtices ciclônicos Passam a ter um papel preponderante na operação do sistema. 8

9 Regulação de Velocidade Controle Carga-Freqüência 9

10 Diagrama esquemático de um gerador síncrono conectado a uma rede de transmissão para estudos de transitórios eletromecânicos Fonte: B. Stott, Proceedings of the IEEE, Máquina e suas malhas de controle Rede elétrica 10

11 Malhas de Controle nos Geradores 11

12 Regulador Integrado de Tensão e de Velocidade 12

13 Controle Carga-Freqüência Regulação primária (RT) Sem queda de freqüência (regulador isócrono) Com queda de freqüência (estatismo) Regulação secundária (CAG) Controle da freqüência (flat frequency) Controle do intercâmbio (flat tie) Controle de ambos (TLB Tie-line bias) 13

14 Curva Típica da Carga 14

15 Freqüência 15

16 Malhas de controle 16

17 Regulador de Velocidade Controle Automático da Geração Xisto Vieria Filho 17

18 Pêndulo de Watt 18

19 Regulador de Velocidade 19

20 Islanding Example (file: smec.fdx) 20

21 Islanding Example (file: smec.fdx) 21

22 Islanding Example (file: smec.fdx) 22

23 Electrical x Mechanical Powers 23

24 Electrica x Mechanical Powers 24

25 Frequency (zoom in) Frequência (Hz) Tempo (segundos) 25

26 Frequency (zoom in) Frequência (Hz) Frequência (Hz) Tempo Tempo (segundos) 26

27 Aproximação da variação da carga com a freqüência 27

28 Regulador Isócrono f K s P 28

29 Característica f x P f f0 0 Pg0 Pg 29

30 Regulador com Estatismo Permanente f K P s R P G P G 1 0 ( f f0) R 0 30

31 Característica f x P 31

32 Regulador com Estatismo 32

33 Repartição da carga entre duas unidade geradoras P 1 R 1 R 2 P d P d P 2 33

34 34 Repartição da carga entre duas unidade geradoras 1 1 ' 1 1 R f P P P 2 2 ' 2 2 R f P P P P d P P 2 1

35 CAG Controle da freqüência Balanço geração/carga Controle da intercâmbio # 2 Pg2 # 1 Pg1 Área de Controle 1 Intercâmbio # 3 Pg3 Carga 1 Área de Controle 2 Pg4 # 4 Carga 2 35

36 Perda de geração dentro da área de controle Freqüência Desvio de Intercâmbio 36

37 Perda de carga dentro da área de controle Freqüência Desvio de Intercâmbio 37

38 Regulação Secundária (CAG) f ref f cag f 1 R 1 1 s T G P mec 38

39 Possível Estrutura da Regulação Secundária f barra K I s f cag f ref K P 39

40 Representação da Regulação Primária e Secundária f 1 mec R 1 s T G 1 P K I s f cag K P 40

41 Característica f x P com regulação secundária 41

42 Característica Dinâmica da Turbina Hidráulica (fase não mínima) Turbina( s) 1 stw / 2 1 st w 42

43 Turbinas Hidráulicas Pelton Kaplan Francis 43

44 Turbina Francis com Eixo Horizontal PCH de 5 MVA 44

45 45

46 Regulador com Estatismo Permanente e transitório f K s P + + R rp R t TT s T s 1 T 46

47 Estatismos Estatismo transitório deve ser elevado para que o sistema seja estável Estatismo de regime permanente deve ser pequeno para que o sistema não tenha grandes variações de freqüência 47

48 Regulação de Tensão 48

49 Diagrama esquemático de um gerador síncrono conectado a uma rede de transmissão para estudos de transitórios eletromecânicos Fonte: B. Stott, Proceedings of the IEEE, Máquina e suas malhas de controle Rede elétrica 49

50 Malhas de Controle nos Geradores 50

51 Regulador Integrado de Tensão e de Velocidade 51

52 Sistema de Excitação Prover corrente contínua para o enrolamento de campo Funções de controle e proteção através do ajuste da tensão aplicada ao enrolamento Controle de tensão terminal e geração reativa e aumento da estabilidade do sistema Funções de proteção para limites operativos 52

53 Sistema de Excitação LIMITADORES E CIRCUITOS DE PROTEÇÃO TRANSDUTOR DE TENSÃO E COMPENSADOR DE CARGA V ref REGULADOR EXCITATRIZ GERADOR Sistema de Potência SINAL ADICIONAL ESTABILIZADOR (PSS) 53

54 Sistema de Excitação Brushless excitatriz piloto armadura campo N excitatriz CA armadura gerador CA campo armadura TC S campo : TP CA trifásica regulador CA referência CA 54

55 55

56 56

57 Smib system (Three-Phase Short- Circuit) 57

58 Smib system (Three-Phase Short- Circuit) 58

59 AVR block diagram Model RegTensao#Mdl:1oORDe) Input Vt Lmx Vref err K st Efdu Efd Output Lmn Vso s Kf stf 59

60 Model RegTensao#Mdl:1oORDe Input Lmx Vt Vref err K st Efdu Efd Output Lmn Vso s Kf stf 60

61 Capacidade de Curto-Circuito Referência: C. Taylor, Power System Voltage Stability, McGraw-Hill,

62 Capacidade de Curto-Circuito É uma grandeza locacional É o produto da corrente de curto-circuito trifásica pela tensão nominal (MVA). Trabalhando em pu e considerando tensão nominal no cálculo da corrente de curto, a CCC é o inverso da impedância de Thévenin no ponto do curto. A CCC é uma medida da robustez do ponto em relação a variações de tensão 62

63 Relação de Curto-Circuito (Short Circuit Ratio SCR) É a relação da CCC pela capacidade (MVA) de um equipamento a ser localizado no sistema O equipamento pode ser uma carga, um conversor de uma linha HVDC, um compensador estático, etc. Um SCR elevado (digamos = 5) significa bom desempenho do sistema Um SCR baixo significa problemas 63

64 Regulação de Tensão Na engenharia, a utilização de fórmulas aproximadas muitas vezes é bem-vinda para uma análise expedita. V Q CCC Ou seja, a variação de tensão em uma determinada barra para uma dada injeção de potência reativa é inversamente proporcional à Capacidade de Curto-Circuito (CCC) da barra. 64

65 Regulação de Tensão OBS: Todos os bancos de capacitores são de 10 Mvar. Arquivo: smec_ccc.fdx 65

66 Tensões em pu Localização do banco Tensão Barra #1 Tensão Barra #2 Tensão Barra #3 Tensão Barra #4 Tensão Barra #5 Sem banco 1,0084 0,9911 0,9735 0,9510 0,9242 Barra #2 1,0084 0,9985 0,9817 0,9600 0,9336 Barra #3 1,0084 0,9992 0,9864 0,9650 0,9389 Barra #4 1,0084 0,9995 0,9869 0,9693 0,9434 Barra #5 1,0084 0,9995 0,9870 0,9694 0,9470 Barra#2 V % 0,9985 0,9911 0, % = 0,75% Barra#5 V % 0,9470 0,9242 0, % = 2,5% 66

67 Regulação de Tensão (sem uma LT 4-5) Arquivo: smec_ccc_1lt.fdx 67

68 Tensões em pu Localização do banco Tensão Barra #1 Tensão Barra #2 Tensão Barra #3 Tensão Barra #4 Tensão Barra #5 Sem banco 1,0084 0,9642 0,9301 0,8925 0,8250 Barra #2 1,0084 0,9732 0,9411 0,9052 0,8399 Barra #3 1,0084 0,9746 0,9469 0,9118 0,8476 Barra #4 1,0084 0,9755 0,9483 0,9171 0,8537 Barra #5 1,0084 0,9760 0,9491 0,9182 0,8620 Barra#2 V % 0,9732 0,9642 0, % = 0,93% Barra#5 V % 0,8620 0,8250 0, % = 4,48% 68

69 Dynamic Analysis of the P-V Curve (The Nose Curve) Reference: S. Corsi and G. N. Taranto, Voltage Instability the Differents Shapes of the Nose, IREP Symposium, Charleston, USA,

70 The Static Nose Curve (P-V) V L 2 Th E 2 Q L X Th 4 Th E 4 X 2 Th P 2 L X Th E Th Q L 70

71 Nose Curves one obtained from static models (dotted), and the other three obtained from dynamic models. With AVR only (dashed), AVR+OEL (dash-dotted), and AVR+OEL+OLTC (solid). 71

72 Test System 72

73 Bus #4 73

74 Bus #5 74

75 Voltage Regulator + Exciter Speed Regulator + Turbine 75