Controlador de tensão e frequência em geradores sincronos Trabalho realizado por: João Rodrigues nº49367 Nuno Costa nº49441 Pedro Lopes nº49465
Objectivos do Trabalho: O porquê da necessidade do controlo e automação no gerador: Motivação Problemas causados pela perda de sincronismo com a rede Relação entre grandezas do sistema a controlar Cadeias de regulação e modos de controlo efectuados (AVR e ALFC) Aplicação do Controlo no mundo real Telecontrolo 2
Necessidade do controlo e automação Aumento da fiabilidade do sistema Permite ajustamento preciso e rápido das grandezas a controlar Evita erros provocados pela acção humana Garantir sincronismo entre gerador e rede (muito importante) Tensão gerador = Tensão rede Freq. gerador = Freq. rede Controlar TENSÃO e FREQUÊNCIA na saída do gerador 3
Problemas da perda de sincronismo Tensão e frequência do gerador diferente da rede Desacoplamento entre geradores e rede eléctrica Causa danos materiais na central e gerador Causa problemas de fornecimento de energia aos utilizadores Caso mais grave Pode provocar BLACKOUT Controlo a efectuar tem de ser preciso e rigoroso 4
Relação entre grandezas do sistema Controlo de Potência Activa e Frequência Controlo de Potência Reactiva e Tensão Frequencia e tensão desacopladas Controlo efectuado individualmente 5
(cont.) Se a potência activa gerada for maior (menor) do que as cargas necessitam, os geradores vão acelerar (travar) com o consequente aumento (redução) da frequência Na prática o controlo de frequência é sinónimo de controlo de velocidade f = N p 60 Se a potência reactiva consumida pela carga aumentar (diminuir) a tensão de saída do gerador vai diminuir (aumentar) O controlo da tensão de saída do gerador é feito actuando na corrente de excitação 6
Cadeias de regulação Controlador de tensão AVR Controlador de frequência e velocidade ALFC 7
Modos de Controlo AVR Automatic Voltage Regulator G( s) A f.t. em cadeia aberta = K K (1 + st )(1 + st )(1 + st ' ) ; A E do = K A K C K F T A T E T' d0 [ 0. 02s ; 01. s] [ 0. 5s ; 1s] [ 1s ; 5s] 8
(cont.) Características pretendidas: - Regulação da tensão V, com mínimo de erro possível 1 Erro : ε = K + 1 Ex.:Se e = 1% 100 Ganho : K > 1, ε erro(%) ε - Resposta rápida e estável às perturbações A velocidade da resposta do sistema depende das constantes de tempo associadas ao pólos dominantes Malha AVR estável implica que todos os pólos estão no plano esquerdo Para um dado valor de ganho K sist. INSTÁVEL 9
Modos de Controlo ALFC Automatic Load-Frequency Control Regula potência (MW) de saída e frequência (velocidade) do gerador Apenas efectua regulação durante mudanças normais (pequenas e lentas) na frequência - Variações elevadas de potência sistema ALFC ineficaz Possui duas malhas de controlo: - Malha primária resposta rápida à variação de frequência - Malha secundária resposta lenta, ajustamento preciso 10
(cont.) Sistema de controlo primário Controlando a posição X E do controlo da válvula, podemos controlar o fluxo de entrada na turbina 11
12 (cont.) Malha de controlo primário ALFC com retroacção Apenas tem controlador proporcional, 1/R Erro estático não nulo ( ) ( ) s T s T s G s T K s G W W T H H H + = + = 2 1 1 1 IST Automação de Processos Industriais
(cont.) Análise da resposta do sistema Erro estático de frequência não nulo 13
(cont.) SOLUÇÃO incluir controlador Integral permite eliminar erro estático impôr malha de controlo secundária Loop secundário efectua a média da frequência durante um período de tempo P = K f dt ref I 14
(cont) Controlo secundário permite obter um erro estático nulo de frequência. Malha secundária é insensível a rápidas variações de frequência O controlo secundário não é de uso generalizado 15
(cont) Malhas AVR e ALFC aplicadas ao gerador 16
IST Automação e Processos Industriais Aplicação ao mundo real D-ALFC Blocos de controlo (Toshiba) D-AVR 17
(cont.) Sistema de controlo e supervisão D-AVR D-ALFC 18
(cont.) Avanços permitidos pela supervisão: - Sistema distribuído de aquisição e tratamento da informação de processo. -Tecnologia digital de processamento e comunicação. - Redundância na comunicação, processamento e alimentação eléctrica. - Elevado nível de automatização e segurança. - Operação e monitorização por via de terminais vídeo e grande ecrã. - Disponibilização de informação de processo para a rede de dados externos TELEPERM XP da SIEMENS 19
IST Automação e Processos Industriais Telecontrolo Passado Presente Evolução Torna possível um controlo exacto e funcional sem a necessidade de uma deslocação ao local Questões económicas: Permite reduzir custos de manutenção, (dispensa a permanêncial de pessoal operador na central 20
(cont.) Interface para telecomando Comunicação baseada numa comunicação Homem-máquina Uso de consolas de programação através de programas intuitivos Monitorizaçao em grandes vídeos e monitores 21
FIM 22
IST Automação e Processos Industriais Bibliografia - O.I. Elgerd, Electric energy systems theory, McGraw-Hill, 2ª edição, 1982 - Weedy, B.M. e B.J. Cory. Electric Power Systems. Edição J. Wiley & Sons. - Folhetos descritivos de centrais termoelétricas - Pesquisa na Web: http://www3.toshiba.co.jp/power/index3.htm http://www.siemenswestinghouse.com http://www.gepower.com http://omni.isr.ist.utl.pt/~pjcro/cadeiras/api0304/api0304.html 23