Projeto coordenado das malhas de controle de VAR/FP e de amortecimento suplementar de geradores síncronos distribuídos
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Data
2019Autor
Moraes, Carla Eduarda Orlando de, 1991-
Metadata
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Resumo: Os controladores automaticos de potencia reativa ou fator de potencia (var/fp) aparecem nas especificacoes de usinas de energia eletrica empregadas no contexto de geracao distribuida. Alguns estudos reforcam, por sua vez, que a utilizacao destes controladores em geradores sincronos distribuidos (GSDs) pode levar a problemas de qualidade de tensao e de amortecimento de oscilacoes associadas aos modos eletromecanicos. Segue, portanto, como possivel alternativa para minimizar os efeitos adversos de tais modos oscilatorios em situacoes operativas envolvendo o uso destes controladores, o projeto conjunto das malhas de controle de var/fp e de controle suplementar de amortecimento, tambem chamado de estabilizador de sistemas de potencia (ESP). Neste contexto, este trabalho apresenta uma metodologia de sintonia de ESP e de controlador do tipo var/fp para GSDs, sendo esta baseada na otimizacao de indices de desempenho dinamico, empregando alocacao de autoestrutura das matrizes de estado do modelo de sistema de potencia em malha fechada. Busca-se, de um modo geral, o aumento do amortecimento dos modos oscilatorios eletromecanicos, a minimizacao da energia das oscilacoes de velocidade angular e de tensao de campo dos GSDs, ao mesmo tempo em que se busca uma reducao do esforco de controle para evitar a saturacao do mesmo. A sintonia dos controladores e feita de maneira simultanea, evitando interacoes adversas entre eles. A metodologia e aplicada para o projeto das malhas de controle de um GSD operando em uma rede de distribuicao de 33 kV com 6 barras. A avaliacao do desempenho dos controladores e feita por meio de analise modal e por simulacoes nao-lineares para diferentes condicoes operativas. Os resultados mostram que as taxas de amortecimento dos modos oscilatorios apresentam valores satisfatorios, e o pico maximo atingido pela tensao de campo e inferior quando comparado ao caso sem controladores. Alem disso, o sistema de excitacao conta com uma logica de chaveamento automatico, implementada para realizar a comutacao entre os modos de operacao do GSD com o objetivo de atuar ora como mantenedor de tensao, ora como seguidor de tensao, mostrando-se vantajosa no quesito de evitar a desconexao mandatoria dos GSDs em caso de subtensao. Palavras-chave: Sistemas eletricos de potencia. Geradores sincronos distribuidos. Oscilacoes eletromecanicas. Estabilizadores de sistemas de potencia. Controle de var/fp. Abstract: The automatic controllers of reactive power and power factor (var/pf) have appeared in specifications from power plants when distributed generation is applied. Some studies reinforce that the use of these types of controllers on distributed synchronous generators (DSGs) can lead to problems related to voltage quality and oscillations' damping associated with electromechanical modes. It follows, therefore, as a possible alternative to minimize the adverse effects of such oscillatory modes during operative situations involving the use of these controllers, the joint design of the meshes from the var/pf controller and the supplementary damping controller, also called power system stabilizer (PSS). In this scenario, this work presents a tuning methodology of PSS and var/pf controller for DSGs, which is based on the optimization of dynamic performance indexes employing eigenstructure allocation of the state matrices of the closed-loop power system model. In general, the goal is increasing the damping of the electromechanical oscillatory modes, and minimizing the energy of the oscillations from the angular speed and the field voltage from the DSG, at the same time, a reduction of the control effort is sought to avoid saturation of the same. The tuning of the controllers is done simultaneously, avoiding adverse interactions among them. The methodology is applied for the design of the control meshes of a DSG operating in a distribution network of 33 kV with 6 bars. The evaluation of controller performance is done through modal analysis and non-linear simulations for a set of different operating conditions. The results show that the damping rates of the oscillatory modes have presented satisfactory values, besides reducing the machine field voltage peaks. In addition, the excitation system has an automatic switching logic, implemented to perform the switching between the operating modes of the DSG with the objective of either acting as a voltage maintainer or as a voltage follower, proving to be advantageous in terms of to avoid the mandatory disconnection of GSDs in case of undervoltage. Keywords: Electrical Power Systems. Distributed Synchronous Generators. Electromechanical oscillations. Power system stabilizers. Var/pf controllers.
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