Programação

  • Os sistemas elétricos de potência possuem comportamentos dinâmicos dos mais variados, devido à natureza dos fenômenos em cada cenário de aplicação. Tratam-se de interações físicas, nas dimensões eletromagnéticas, eletromecânicas e mecânicas principalmente, que devem ser corretamente compreendidas e tratadas por sistemas de controle, para que seja possível sua utilização de forma estável, segura e previsível. Além dessas dimensões, conforme a necessidade, também são analisados os comportamentos de sistemas dinâmicos hidráulicos, pneumáticos, químicos e de outros domínios do conhecimento, tornado-se um problema essencialmente multidisciplinar.

    Alguns exemplos dessas aplicações são a dinâmica de um retificador eletrônico para produção de correntes e tensões contínuas ajustáveis, a dinâmica de funcionamento de uma máquina elétrica rotativa ou a dinâmica de operação de um gerador síncrono ligado ao Sistema Interligado Nacional. Em cada um desses cenários, o comportamento das grandezas é modelado por equações algébrico-diferenciais, com tempos de resposta ou constantes de tempo dominantes em várias escalas de tempo: desde dezenas de microsegundos no caso de conversores eletrônicos, até dezenas de milissegundos para uma máquina rotativa, até dezenas de segundos para o caso das flutuações de carga e geração no Sistema Interligado Nacional.

    Para isso a compreensão de aspectos elementares dos sistemas de controle associados a cada aplicação é fundamental.

    Nesse módulo do curso, serão abordados três cenários de aplicação relacionados ao uso geradores síncronos em usinas termoelétricas ou hidroelétricas. Esses casos podem apresentar de forma bastante satisfatória a importância dos sistemas de controle para o funcionamento estável e seguro de um gerador distribuído aplicado a redes elétricas inteligentes. Os cenários abordados são:

    • Dinâmica de um conduto forçado, turbina hidráulica, distribuidor e seus sistemas de comando e regulação de velocidade e potência mecânica;

    • Dinâmica de um sistema de auto-excitação estática, com transformadores de excitação, conversor CA-CC comutado pela rede (tiristores), sistema de pré-excitação, aplicados ao enrolamento de campo de um gerador síncrono, com seu sistema de regulação de tensão.

    • Integração das duas dinâmicas para o estudo do comportamento básico, transitório, de um gerador síncrono frente a variações de carga, durante sua partida e parada, durante curto-circuitos e rejeições de carga.

    É importante salientar que nessa parte do curso, em geral, serão abordadas dinâmicas lentas, com constantes de tempo de dezenas a centenas de milissegundos, até alguns segundos. E para facilitar o entendimento do engenheiro com os modelos, controles e seus ajustes, será dada ênfase a ferramentas diferentes dos outros módulos. Essas ferramentas são simuladores, como os mostrados anteriormente (ATP/EMTP, ANATEM, ANAFAS, ANAREDE), mas que permitem a execução dos modelos e controles com algum grau de interação com o usuário. O engenheiro pode interagir com os sistemas durante seu funcionamento, de forma praticamente instantânea, em tempo de execução, para a variação de seus parâmetros, para a geração de distúrbios, ou para a visualização dos resultados. Tais ferramentas são precursoras para entendimento dos simuladores dedicados em tempo real, que hoje são produtos consagrados para o mercado de engenharia em geral.

    Na modelagem dos fenômenos desse módulo serão usados conceitos das seguintes referências bibliográficas:

    [1] Mello, F.P. de; “Dinâmica das máquinas elétricas I”, Curso de Engenharia em Sistemas Elétricos de Potência - Série PTI, Eletrobrás/UFSM, 1979.

    [2] Kundur, P.; “Power system stability and control”, EPRI Editors, 1994.

    [3] FT38.01.09 Cigré-Brasil - Requisitos e desempenho de sistemas de excitação, “Guia para especificação de sistemas de excitação para máquinas síncronas”, Cigré-Brasil, Força tarefa 38.01, Setembro de 1998.

    [4] IEEE Std. 421.4-1990, “IEEE Guide for the preparation of excitation system specifications”, IEEE Power Engineering Society, 1990.

    [5] IEEE Std. 1110-2002, “IEEE Guide for Synchronous Generator modeling practices and applications in power system stability analyses”, IEEE Power Engineering Society, 2002.

    [6] Mohan, N.; Undeland, T.M.; Robbins, W.P.; “Power Electronics - Converters, Applications and Design”, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc., 1995.

    Além dessas referências, boa parte das informações tratadas nesse módulo podem ser obtidas das seguintes teses de mestrado (e suas bibliografias) da Escola Politécnica. As obras podem ser baixadas dos links a seguir.