Geração de Energia Elétrica

Transcrição

1 Geração de Energia Elétrica Aspectos Dinâmicos da Geração Hidroelétrica Joinville, 28 de Março de 2012

2 Escopo dos Tópicos Abordados Controle de Carga-Frequência Regulação Primária Regulação Secundária Malha de controle secundária Interligação de áreas de controle 2

3 Controle de Carga-Frequência Recapitulando: Em condições normais os Sistemas Elétricos de Potência (SEP) estão sujeitos a variações de carga; Havendo um aumento de carga: Ocorre déficit de geração que é suprido, inicialmente, pela Energia Cinética das massas girantes em conjunto com os reguladores de velocidade; 3

4 O Sistema de Regulação Primária Composto pelas representações dinâmicas do sistema de potência, da turbina e os reguladores de velocidade que podem ser do tipo: Regulador Isócrono; Regulador com queda de velocidade; Regulador com queda de velocidade e estatismo transitório Modelo genérico de uma malha Pf. 4

5 Modelagem de Reguladores de Velocidade Regulador Isócrono: É um RV com FT de um integrador: Δ ( s) k = ΔF( s) s A 2 Sua atuação só é cessada quando o desvio de frequência for NULO, daí seu nome; Não é utilizado em sistemas interligados, somente em um sistema com uma máquina (ou usina faz-se um equivalente das máquinas) atendendo a cargas; Sua operação e características resultam em operação pouco estáveis; 5

6 Modelagem de Reguladores de Velocidade Características de atuação de um Regulador Isócrono: 6

7 Modelagem de Reguladores de Velocidade Regulador com queda de velocidade: Função de transferência e diagrama de bloco. ΔA( s) ΔF( s) = 1/ R 1+ s. T 1 O parâmetro R é conhecido como constante de regulação de velocidade ou também por estatismo (se os cálculos forem feitos na base da cada máquina). 7

8 Modelagem de Reguladores de Velocidade Regulador com queda de velocidade: Resposta temporal do regulador com queda de velocidade: Pelo teorema do valor final, o desvio de frequência é: Δ f r. p. = R 8

9 Modelagem de Reguladores de Velocidade Regulador com queda de velocidade e estatismo transitório: Usado em unidades hidráulicas devido às características peculiares das mesmas; Necessitam de reguladores com características especiais de queda transitória para comportamento de controle de velocidade estável; Para desvios rápidos de frequência, o regulador apresenta alta regulação (baixo ganho), enquanto que para variações lentas e em regime permanente, o regulador apresenta uma baixa regulação (ganho elevado). Função de transferência e diagrama de blocos ΔA ΔF = R(1 + s. T (1 + g ).(1 + s. T t ) s. T t.( r / R)) 9

10 Modelagem de Reguladores de Velocidade Regulador com queda de velocidade e estatismo transitório: Resposta temporal do regulador com queda e estatismo: Pelo teorema do valor final, o desvio de frequência é: Δ f r. p. = R 10

11 Malha Pf Regulação Primária Malha de controle de velocidade primário: Respostas típicas de turbinas hidráulicas com diferentes tipos de RV Regulador isócrono; Regulador com queda de velocidade; Regulador com queda de velocidade e estatismo transitório. 11

12 Modelagem de Reguladores de Velocidade Regulador com queda de velocidade: Resposta temporal do regulador com queda de velocidade: Pelo teorema do valor final, o desvio de frequência é: Δ f r. p. = R 12

13 Resposta Devido a Regulação Primária Todas as máquinas do sistema contribuem para a resposta, independente da localização da variação de carga no sistema; Para controlar a frequência do sistema (corrigir desvios em regime permanente ) deve-se realizar atuação automática em reguladores primários de unidades pré-selecionadas do sistema. 13

14 Controle Automático de Geração A minimização/eliminação de desvios de frequência em regime permanente são realizadas pelo Controle Automático de Geração (CAG): CAG : Controle suplementar de carga-frequência Controle secundário de carga-frequência. Objetivos do CAG: Regular a frequência do sistema; Controlar intercâmbios de potência entre áreas de controle; Distribuir a variação de geração entre as unidades do sistema, a fim de minimizar custos de operação. 14

15 Controle Automático de Geração ÁREA DE CONTROLE: Duas Áreas de Controle com intercâmbio de potência 15

16 Controle Automático de Geração CAG em uma Área de Controle isolada: Diagrama de blocos para duas unidades geradoras distintas, uma delas com controle secundário de velocidade Controle suplementar integral elimina desvios de frequência em regime permanente. Obs.: É necessário haver reserva girante de potência nas usainas qua fazem parte do CAG. 16

17 Controle Automático de Geração Representação do CAG em diversas Áreas de Controle: Para estudos na malha potência-frequência, cada área é representada por uma unidade geradora equivalente, capaz de reproduzir o comportamento de todas as unidades que compõem cada uma das áreas (não interessam as oscilações entre as máquinas de cada uma das áreas); Primeira Fase: obter a unidade geradora equivalente: 17

18 Controle Automático de Geração Representação do CAG em duas Áreas de Controle: Segunda fase: interligar as áreas sistema com duas áreas: Equivalente elétrico das áreas: 18

19 Controle Automático de Geração Representação do CAG em duas Áreas de Controle: Calcular o intercâmbio de potência (P12): Efetuando a linearização: 19

20 Controle Automático de Geração Interligando as duas áreas de controle. Ainda sem a representação do CAG. Note o surgimento de Integradores devido a: 20

21 Controle Automático de Geração Para inserir a malha de controle secundário de velocidade, é necessário: Modelar e definir o Erro de Controle de Área ou ECA em inglês ACE Area Control Error, que não é objeto desta disciplina; Onde B significa Bias ou polarização e influencia diretamente como cada área de controle se comporta. 21

22 Resultando no CAG Enquanto o ECA ou ACE não forem nulos, existirão desvios de frequência e de intercâmbio no sistema. 22

23 CAG+ Despacho Econômico Diagrama de blocos para uma Área de Controle, onde existe a consideração de despacho econômico: 23