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1Anlise de Estabilidade Transitria no mbito de Pequenas Centrais Hidreltricas (PCHs).Universidade Federal de Santa Maria - UFSMCentro de Estudos em Energia e Meio Ambiente CEEMA

Seminrio da Disciplina de Pequenos Aproveitamos Aluno: Moises M. SantosProfessor: Felix A. FarretCENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE12EscopoI - Introduo;

II Anlise de Estabilidade SEP;

III Anlise de Estabilidade Multimquinas;

IV Estudo de Caso; e

V Concluses.

CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE3Estabilidade conhecida como a tendncia de um sistema de desenvolver foras restauradoras iguais ou maiores do que as foras perturbadoras, para manter o estado de equilbrio.

Em Sistemas Eltricos de Potncia (SEP), se as foras que tendem a manter as mquinas em sincronismo so suficientes para superar as foras perturbadoras, o sistema dito estvel.

Em geral, o problema de estabilidade dividido em duas categorias:Estabilidade em regime permanente pequenas perturbaes modelo linear.Estabilidade transitria grandes perturbaes modelo no-linear.

Regra Geral

Regime permanenteDesconsiderando as perdasI. Introduo (Aspectos Conceituais)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE4Ilustrao:

Ponto de equilbrio estvelPonto de equilbrio instveltempoPosioI. Introduo(Aspectos Conceituais)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTEIlustrao:

Novo ponto de equilbrio estveltempoPosioP2P1I. Introduo(Aspectos Conceituais)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE

tempoPosioP2P1Grande perturbao seguida de perda de estabilidadeI. Introduo(Aspectos Conceituais)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE7II. Anlise de Estabilidade SEP(Equao de Oscilao)Equao de oscilaoCENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE8II. Anlise de Estabilidade SEP(Equao de Oscilao)

Fonte: Saadat, H. (2010)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE9III. Anlise de Estabilidade SEP(Equao de Oscilao)

Fonte: Saadat, H. (2010)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE10II. Anlise de Estabilidade SEP(Equao de Oscilao)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE11II. Anlise de Estabilidade SEP(Equao de Oscilao)Curva potncia ngulo de carga.

Equao de oscilao no-linearFonte: Saadat, H. (2010)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE12II. Anlise de Estabilidade SEP(Critrio das reas Iguais)O mtodo das reas se baseia em uma interpretao grfica da energia potencial armazenada na massa girante, para ajudar a determinar se o comportamento da mquina se manter estvel aps o distrbio.

A anlise aplicvel ao sistema mquina-barramento infinito ou duas mquinas.

Considerado o sistema mquina-barramento infinito, a equao de oscilao, negligenciando o amortecimento, resulta em

CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE13II. Anlise de Estabilidade SEP(Critrio das reas Iguais)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE14II. Anlise de Estabilidade SEP(Critrio das reas Iguais)Integrando a equao anterior tem-se a velocidade relativa de mquina em relao ao eixo de coordenadas sncrono.

Para ser estvel o comportamento da mquina, essa velocidade deve ser zero aps um determinado tempo da ocorrncia do distrbio, portanto:

CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE15II. Anlise de Estabilidade SEP(Critrio das reas Iguais)Interpretao grfica do problema degrau de potncia mecnica.

Fonte: Saadat, H. (2010)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE16II. Anlise de Estabilidade SEP(Critrio das reas Iguais)Interpretao grfica do problema ocorrncia de falta.

Fonte: Saadat, H. (2010)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE17III. Anlise de Estab. Multimquinas(Matriz de Admitncia)

Fonte: Saadat, H. (2010)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE18III. Anlise de Estab. Multimquinas(Matriz de Admitncia)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE19III. Anlise de Estab. Multimquinas(Equao de Oscilao)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE20III. Anlise de Estab. Multimquinas(Critrio de Estabilidade)Geralmente, um gerador selecionado como a referncia e, ento, a diferena do ngulo de fase de todos os outros geradores com respeito mquina de referncia so traados.

Usualmente, a soluo realizada mostra que a segundo oscilao normalmente menor que a primeira.

Se a diferena angular no aumenta, o sistema estvel.

Se qualquer uma das diferenas angulares crescer indefinitivamente, o sistema instvel.

CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE21III. Anlise de Estab. Multimquinas(Critrio de Estabilidade)

Fonte: Saadat, H. (2010)CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE22IV. Estudo de Caso(Dados do Sistema)O sistema de distribuio em estudo do Departamento Municipal de Energia de Iju (DEMEI), concessionria responsvel pela distribuio de energia eltrica no municpio de Iju-RS;

O sistema constitudo de trs circuitos alimentadores areos (23 kV);

Possui duas PCHs:

DadosSedeUPAPotncia520 kVA4.000 kVATenso380 V2.400 VVelocidade450 rpm360 rpmMomento de Inrcia 0,501 seg.0,10 seg.Reatncia transitria de Eixo Direto 0,25 p.u.0,15 p.u.Corrente de curto-circuito trifsico na barra0,8611 pu0,1605 puCENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE23IV. Estudo de Caso(Critrios de anlise)Estudos de estabilidade transitria foram analisados sob o ponto de vista do Tempo de Eliminao da Falta (TEF) dos geradores.

Esse indicador definido como a durao mxima para eliminao de uma falta sem que ocorra a perda de sincronismo de um ou mais geradores. (Kundur, 1994).

No estudo, analisou-se o TEF frente a curtos-circuitos em diferentes barras do sistema, assim como para variaes nas potncias de curto-circuito.

CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE24IV. Estudo de Caso(Critrios de anlise)

Os estudos de simulaes computacionais foram desenvolvidos em ambiente MatLab e subdivididos em trs subproblemas:

- anlise de fluxo de potncia;- clculo de curto-circuito; e- anlise de estabilidade transitria multimquinas.

CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE25IV. Estudo de Caso(Resultados Falta na barra de referncia)

CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE26IV. Estudo de Caso(Resultados Faltas na barras 11 e 23)

CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE27IV. Estudo de Caso(Resultados Falta na barra 39)

CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE28IV. Estudo de Caso(Resultados Falta na barra 42)

CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE29IV. Estudo de Caso(TEF para diferentes nveis de curto-circuito)BarraIcc-42/39 - 3 0,4578/0,0983 puIcc-42/39 - 3 0,8611/0,1605 puUsina SEDE TEF (s)Usina UPA TEF (s)Usina SEDE TEF (s)Usina UPA TEF (s)10,3000,3700,1590,18711****23****391,400*1,200*420,7400,7500,6200,630CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE30V. Concluses

O impacto da GD na estabilidade transitria foi avaliado com base no tempo de eliminao da falta (TEF) dos geradores, por ser um indicador comumente utilizado para se avaliar a estabilidade;

Constatou-se que os geradores da Usina da UPA apresentaram maior margem de estabilidade (maior TEF) em relao Usina da Sede;

Esse comportamento se deve a maior potncia e momento de inrcia das mquinas da Usina da UPA, sinalizando que quando menor a potncia do gerador maior ser a vulnerabilidade do mesmo perda de estabilidade.

Observou-se, ainda, que quando as faltas so distantes dos geradores, no caso das barras 11 e 23, o impacto na estabilidade reduzido. Por outro lado, quando as faltas ocorrem nas barras terminais dos geradores a perda de estabilidade praticamente instantnea, ou seja, no so capazes de manter-se estvel para faltas transitrias.

CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE31V. Concluses

Outro aspecto que chama a ateno se refere reduo dos nveis de curto-circuito nas barras de gerao e a sua relao com o aumento da margem de estabilidade transitria.

Tal comportamento sugere uma anlise mais aprofundada acerca da insero de impedncia de terra para a melhoria da estabilidade transitria. Desse modo, com o propsito de possibilitar a continuidade das pesquisas sobre o tema, enumeram-se as seguintes sugestes de desenvolvimento de trabalhos futuros: Avaliar o impacto da insero de impedncia de terra na estabilidade transitria.

Estender a anlise para o modelo da mquina considerando o amortecimento e controles de velocidade e de tenso;

Analisar o impacto da GD na estabilidade em regime permanente (para pequenas perturbaes).

CENTRO DE ESTUDOS EM ENERGIA E MEIO AMBIENTE32VI. Referncias Bibliogrficas

Azmy, A. M., & Erlich, I. (Jun de 2005). Impact of distributed generation in the stability of power systems. Power Engineering Society General Meeting, pp. 1056-1063.Canazio, A. (2011). Microgerao um Novo Mercado.Chiradeja, P. (2005). Benefit of distribution generation: A line loss reduction analysis. IEEE/PES T&D Coneference and Exhibition, pp. 1-5.Doherty, R. E., & Nickle, C. A. (1926). Synchronous Machines. AIEE Transactions, pp. 912-942.Joos, Ooi, B. T., Mcgilis, D., Galiana, F. D., & Marceau, R. (2000). The potential of distributed generation to provide ancillary service. IEEE Power Engineering Society Meeting, pp. 1762-1767.Khatri, P. R., Jape, V. S., Lokhandem, M., & Motling, B. S. (2005). Improving power quality by distributed generation. 7 th International Power Engineering Conference, pp. 675-678.Kundur, P. (1994). Power System Stability and Control. McGraw-Hill.Niknam, Ranjbar, A. M., & Shirani, A. R. (2003). Impact of distributed generation on volt/var control in distribution networks. IEEE - Power Tech Coneference, pp. 1-7.Park, R. H. (1929). Two Reaction Theory of Synchronous Machines. AIEE Transactions, pp. 716-727.Saadat, H. (2010). Power System Analysis. Michigan: PSA Publishing.Souza, A. R. (2009). Conexo de Gerao Distribuda em Redes de Distribuio. Dissertao - Ps Graduao em Engenharia Eltrica, Universidade Federal do Paran. Paran, Curitiba.

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