Análise de PID robusto com minimização da norma H aplicado ao problema de carga e frequência em usinas hidrelétricas

Abstract

Resumo: A estabilidade de um Sistema Elétrico de Potência pode ser entendida como a propriedade deste sistema em se manter num estado de equilíbrio operativo após sofrer algum tipo de distúrbio ou perturbacao. Um dos problemas associados com a estabilidade e o controle na geracão de energia em um sistema eletrico de potencia e o Controle de Carga e Frequencia. Devido aos diferentes pontos de operacao associados com as diferentes configuracoes do sistema e aos diferentes modelos do sistema de geracao associados a estas configurações, projetos de controladores robustos sao uma necessidade cada vez maiores neste cenario. Por isso, este trabalho propoe o estudo comparativo entre tecnicas de controle robusto aplicados ao problema de carga e frequencia de usinas hidreletricas. O trabalho leva em consideracao o modelo de duas unidades geradoras de energia eletrica, a primeira localizada em New Brunswick (Canada) e que tem sido foco de bastante interesse para o problema do controle de carga e frequencia. A segunda localizada em Minas Gerais (Brasil) e que possibilita, atraves de modelos reais da planta, a verificacao da aplicabilidade dos controladores projetados. Inicialmente e proposto um controlador Proporcional-Integral-Derivativo que garanta estabilidade e desempenho robustos com base em restriçcãoes de margem de fase e margem de ganho de cada configuraçcaão dos Sistemas Eletricos de Potencia em estudo. Posteriormente e proposto um controlador utilizando extensoes do teorema da estabilidade quadratica. Para a primeira unidade geradora, e feita a comparacao dos resultados obtidos entre o controlador Proporcional- Integral-Derivativo e o controlador H?. Para a segunda unidade geradora, e feita a análise da atuacao do controle Proporcional-Integral-Derivativo em dois cenarios: quando o sistema eletrico de potencia opera a vazio (operaçao isolada) e quando ele se conecta a um sistema de maior porte (operacao interligada).

Abstract: The stability of an Electric Power System can be understood as the property of this system maintain an operating steady state after suffering some kind of disorder or disturbance. One of the problems associated with stability and control in power generation in a electric power system is the Load Frequency Control. Due to the different operating points associated with different system configurations and different models of the generation system associated with these configurations, controllers robust designs are a growing need in this context. Therefore, this paper proposes a comparative study of robust control techniques applied to the problem of load frequency control of hydroelectric plants. The work takes into account the model of two generating unit of electricity, the first located in New Brunswick (Canada), which has been the focus of considerable interest to the problem of load frequency control. The second located in Minas Gerais (Brazil), which allows through real models of the plant, checking the applicability of the designed controllers. Initially a Proportional-Integral-Derivative controller is proposed that ensures stability and robust performance based on phase margin and gain margin constraints for each configuration of Electric Power Systems in study. Later it proposes a controller using extensions of quadratic stability theorem. For the first generating unit is made to compare the results between the Proportional-Integral-Derivative controller and the controller H?. For the second generating unit is made the analysis of performance of the Proportional-Integral-Derivative control in two scenarios: when the electric power system operates in empty (isolated operation) and when it connects with a larger system (inter-connected operation).