Análise do desempenho de geradores síncronos distribuídos com controladores dotados de modos de operação comutáveis

• Autor(a) principal: Silva, Antonio Manoel Batista da
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/18076; https://doi.org/10.14393/ufu.te.2016.121
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA; 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

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.