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metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Análise do desempenho de geradores síncronos distribuídos com controladores dotados de modos de operação comutáveis
metadata.dc.creator: Silva, Antonio Manoel Batista da
metadata.dc.contributor.advisor1: Guimarães, Geraldo Caixeta
metadata.dc.contributor.advisor2: Chaves, Marcelo Lynce Ribeiro
metadata.dc.contributor.referee1: Morais, Adelio Jose de
metadata.dc.contributor.referee2: Moura, Fabricio Augusto Matheus
metadata.dc.contributor.referee3: Paschoareli Júnior, Dionizio
metadata.dc.description.resumo: Geradores síncronos de plantas industriais com cogeração, operando em paralelo com o sistema de energia, normalmente são equipados com controladores de excitação que atuam no modo regulador de fator de potência constante e com controladores de velocidade que operam no modo droop. Embora essas estratégias de controle sejam adequadas na condição de regime permanente, de outra maneira, impedem a ação dessas máquinas síncronas, em resposta a eventuais perturbações, implicando em risco de perda de estabilidade desses sistemas elétricos: sistema elétrico de energia e sistema elétrico industrial. Esse risco se divide em possível perda de estabilidade de tensão, refletindo em afundamentos de tensão em seus barramentos e em presumível perda da estabilidade rotórica, associada a oscilações eletromecânicas que podem resultar em assincronismo e desligamento dos geradores. Desta forma, em situações em que afundamentos de tensão se fazem presentes nas barras do sistema, os controladores de excitação dos geradores deveriam operar no modo regulador de tensão no intento de permitir que as máquinas síncronas contribuissem para a recuperação da tensão. E nos casos de isolamento da planta em relação a rede principal, além do fornecimento de energia reativa para ajuste da tensão em seus terminais - controladores de excitação operando no modo regulador de tensão - as máquinas devem fornecer o máximo factível de potência ativa para permanecerem operando em sincronismo e alimentando a maior quantidade possível de carga, o que exige que os controladores de velocidade das turbinas opere no modo isócrono. Em consonância com esta perspectiva, essa questão foi investigada neste trabalho, mediante simulação computacional empregando-se o ATP (Alternative Transients Program) com o objetivo de possibilitar a análise do comportamento dos geradores quando submetidos a essas perturbações. Nos casos simulados, o controlador de velocidade da maior máquina comuta automaticamente para o modo isócrono, se o sistema industrial perde conexão com a rede de distribuição da concessionária de energia. E os controladores de excitação, também automaticamente, mudam ao modo regulador de tensão, tanto para esse tipo de ocorrência, como para aquela, na qual, por sobrecarga, as barras do sistema de energia sofrem afundamentos de tensão. Os resultados obtidos mostram que o desempenho desejável dos geradores síncronos quanto a estabilidade é assegurado com essa ampliação de estratégia de operação dos modos dos controladores. O que significa dizer, que os sistemas industriais podem contribuir para estabilidade de tensão do sistema de energia, e de outro modo, suas máquinas mantêm o sincronismo quando perdem conexão com a rede de distribuição, ao se mudarem os modos de operação dos controladores. A conclusão obtida aponta que os controladores de velocidade, com aptidão de automaticamente mudar do modo droop para o modo isócrono, e sistemas de controle de excitação com habilidade de mudar, também automaticamente, de reguladores de fator de potência para reguladores de tensão, deveriam ser normatizados para equipar quaisquer geradores distribuídos, por causa da flexibilidade oferecida por essa estratégia híbrida de atuação, que é muito útil para conduzilos perante aos inerentes distúrbios que acometem os sistemas elétricos.
Abstract: Synchronous generators from industrial plants with co-generation, which operate in parallel with the power system, are normally equipped with an excitation and speed controller. The excitation controller functions in the constant power factor regulator mode,while the speed controller operates in droop mode. Although these strategies are adequate under steady state, in other ways, they impede the function of these synchronous machines in response to eventual disturbances, which implies the risk of stability loss of these electric systems, those being the electric energy system and industrial electric system. This risk is divided into possible loss of voltage stability which is reflected through voltage sag on the bars and in presumed loss of rotor stability, associated with the electromechanical oscillations that may result in asynchrony and the shutdown of the generators. In this manner, in those situations where voltage sag is present on the system bus, the excitation controllers of the generators should operate in the voltage regulation mode, under the intent of allowing the synchronous machines to contribute to voltage recuperation. When faced with the situation of plant isolation in relation to the main network, besides the supply of reactive energy for adjusting the voltage on its terminals, which is the excitation controllers, operating in regulator voltage mode, the machines should supply the maximum feasible active power in order to continue operating synchronously, and supply the highest possible quantity of load. This demands that the turbine speed controller operates in isochronous mode. In line with this perspective, this question was investigated as part of this work, by computer simulations using the ATP (Alternative Transients Program) with the aim of analysing the behaviour of the generators when submitted to these disturbances. In the simulated cases, the speed controller automatically switches to the isochronous mode, should the industrial system lose its connection with the distribution network from the power utility. In addition, the excitation controllers automatically change to the voltage regulator mode, for this type of occurrence as well as in those situations, due to overvoltage, where the power system suffers voltage sag. The obtained results show that the desired performance of the synchronous generators, in terms of stability is assured through this operation strategy expansion for the controller modes. This means that the industrial systems can contribute to the voltage stability of the power system; on the other hand, the machines maintain synchronism when they lose their connection with the distribution network, while changing the operational modes of the controllers. The conclusion reached, points out that speed controllers with the capacity to automatically change from droop mode to isochronous mode and excitation control systems, also with the ability to change automatically from power factor regulators to voltage regulators, should be standardized to equip any distributed generator. This being due to the flexibility offered by this actuated hybrid strategy, which is very useful for conducting these controllers when faced with inherent disturbances that occur on electrical systems.
Keywords: Engenharia elétrica
Máquinas elétricas síncronas
Controladores elétricos
Dínamos - Corrente alternada
Máquina síncrona
Controlador de velocidade
Modo droop
Modo isócrono
Sistema de controle de excitação
Regulador de fator de potência
Regulador de tensão
Synchronous machine
Speed governor
Droop mode
Isochronous mode
Excitation control system
Power factor regulator
Voltage regulator
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Citation: SILVA, Antonio Manoel Batista da. Análise do desempenho de geradores síncronos distribuídos com controladores dotados de modos de operação comutáveis. 2016. 231 f. Tese (Doutorado em Ciências) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/18076
Issue Date: 26-Aug-2016
Appears in Collections:TESE - Engenharia Elétrica

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