Modelagem de malha hidráulica e controle de velocidade de turbinas hidráulicas em uma usina hidrelétrica

Abstract

Resumo: O sistema elétrico de potência precisa operar em bons níveis de qualidade e confiabilidade. Dentre os requisitos relacionados com qualidade e confiabilidade está a estabilidade de frequência, que está associada com a capacidade de manter ou restaurar a frequência para sua condição nominal na ocorrência de desbalanços entre geração e demanda. Esta é a responsabilidade do controlador de carga e frequência. Considerando as não linearidades presentes no sistema de controle de uma usina hidrelétrica, o controle de carga e frequência é um assunto ainda em aberto exigindo amplo estudo. Neste trabalho, propõe-se aplicar ao problema de controle de carga e frequência em usinas hidrelétricas uma técnica de controle PID com parâmetros variáveis que utiliza um supervisor fuzzy para sintonizar os seus ganhos. Para análise e comparação do desempenho do controlador proposto, será utilizado neste trabalho um modelo matemático de uma usina hidrelétrica construído baseado em informações construtivas de uma usina do Sistema Interligado Nacional. Esse controlador é comparado com um controlador otimizado por algoritmos genéticos e também é comparado com o controlador PID da referida usina. Foram analisadas três condições de operação e o controlador PID fuzzy se mostrou mais eficiente em todas elas. Como uma segunda contribuição para este trabalho, tem-se a proposta de um novo modelo matemático de um conjunto conduto/turbina hidrelétrica. Este novo modelo é comparado com os principais modelos matemáticos de conjunto conduto/turbina presentes na literatura e validado com dados de medição em campo. Foram analisadas três condições de operação, e o modelo do conjunto conduto/turbina proposto nesta dissertação apresentou uma boa aproximação com os dados de medição

Abstract: The power system needs to operate at good levels of quality and reliability. Among the requirements related to reliability quality is the frequency stability, which means the ability to maintain or restore the frequency to its nominal condition in the occurrence of unbalances between generation and demand. This is the responsibility of the charge and frequency controller. Considering the nonlinearities present in the control system of a hydroelectric power plant, load and frequency control is a still open subject requiring extensive study. In this work, it is proposed to apply to the problem of load and frequency control in hydroelectric plants a PID control technique with variable parameters that uses a fuzzy supervisor to tune their gains. For the analysis and comparison of the performance of the proposed controller, a mathematical model of a hydroelectric plant constructed based on constructive information of a plant of the National Interconnected System will be used in this work. This controller is compared to an optimal controller tuned by genetic algorithms and is also compared with a tuning suggestion for the PID controller of said power plant. Three operating conditions were analyzed and the fuzzy PID controller proved to be more efficient in all of them. As a second contribution to this work, we propose a new mathematical model of a hydroelectric conduit/turbine set. This new model is compared with the main mathematical models of conduit/turbine set in the literature and validated with field measurement data. Three operating conditions were analyzed, and the model of the conduit/turbine set proposed in this dissertation presented a good approximation with the measurement data