Estabilidade em Sistemas de Potência de tensão • Um sistema entra em estado de instabilidade de...
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Estabilidade em Sistemas de Potência
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Estabilidade em Sistemas de Potência
Estabilidade de sistemas de potência
Estabilidade de Sistemas de Potência
Estabilidade
Transitória
Estabilidade de
Pequenos Sinais
Grandes
Perturbações
Pequenas
Perturbações
Instabilidade
Oscilatória
Instabilidade
Não-oscilatória
Estabilidade de
Ângulo
Estabilidade de
Frequência
Estabilidade de
Tensão
P. Kundur, J. Paserba, V. Ajjarapu, G. Andersson, A. Bose, C. Canizares, N. Hatziargyriou, D. Hill, A. Stankovic, C. Taylor, T.
Van Cutsem and V. Vittal, “Definition and classification of power system stability IEEE/CIGRE joint task force on stability
terms and definitions,” IEEE Trans.P ower Syst., vol. 19, no. 3, pp. 1387–1401, Aug. 2004.
Estabilidade de sistemas de potência
Estabilidade de Sistemas de Potência
Estabilidade
Transitória
Estabilidade de
Pequenos Sinais
Grandes
Perturbações
Pequenas
Perturbações
Instabilidade
Oscilatória
Instabilidade
Não-oscilatória
Estabilidade de
Ângulo
Estabilidade de
Frequência
Estabilidade de
Tensão
P. Kundur, J. Paserba, V. Ajjarapu, G. Andersson, A. Bose, C. Canizares, N. Hatziargyriou, D. Hill, A. Stankovic, C. Taylor, T.
Van Cutsem and V. Vittal, “Definition and classification of power system stability IEEE/CIGRE joint task force on stability
terms and definitions,” IEEE Trans.P ower Syst., vol. 19, no. 3, pp. 1387–1401, Aug. 2004.
Estabilidade de tensão
• Um sistema entra em estado de instabilidade de tensão
quando uma perturbação, seja aumento de carga ou
alguma modificação na configuração do sistema, causa
um progressivo e incontrolável declínio nas tensões;
Estabilidade de tensão: curvas PVs
• As curvas PV fornecem uma medida da margem de estabilidade de tensão
V
P
aumento da carga
Vcrit
Pcrit
margem
Limite de estabilidadede tensão
Nariz da curva PV
Estabilidade transitória
Estabilidade transitória refere-se a capacidade dos geradores
continuarem operando adequadamente após a ocorrência de
uma grande perturbação (curto-circuito, desligamento de
linhas, perda de uma grande unidade de geração, etc).
No caso dos geradores síncronos, estabilidade transitória
refere-se a capacidade dos geradores continuarem operando
em sincronismo após uma grande perturbação (estabilidade
de ângulo).
No caso dos geradores de indução, refere-se a capacidade
dos geradores continuarem operando dentro da região de
velocidade estável da curva de torque.
Estabilidade de ângulo frente a pequenas perturbações
Monotônica: está associada a máxima transferência possível de potênciaem regime permanente;Oscilatória: associada à falta de amortecimento natural no sistema, quepode ser induzida por controles mal sintonizados.
Análise de transitórios eletromagnéticos (EMTP)
A modelagem da rede e dos componentes deve ser feita do domínio do
tempo através de equações diferenciais. Vários métodos numéricos,
como a técnica de integração trapezoidal, podem ser usados para a
solução dessas equações.
dttiCdt
tdiLtiRtv )(
1)()()(
Análise de transitórios eletromagnéticos (EMTP)
Chaveamento de capacitor:
Energização de linha:
Comentários:FREITAS, Walmir et al. Comparative analysis between synchronous and induction
machines for distributed generation applications. IEEE transactions on power systems,
v. 21, n. 1, p. 301-311, 2006.
FREITAS, Walmir et al. Comparative analysis between synchronous and
induction machines for distributed generation applications. IEEE transactions
on power systems, v. 21, n. 1, p. 301-311, 2006.
FREITAS, Walmir et al. Comparative analysis between synchronous and induction machines for distributed
generation applications. IEEE transactions on power systems, v. 21, n. 1, p. 301-311, 2006.
FREITAS, Walmir et al. Comparative analysis between synchronous and induction machines for distributed
generation applications. IEEE transactions on power systems, v. 21, n. 1, p. 301-311, 2006.
FREITAS, Walmir et al. Comparative analysis between synchronous and induction machines for distributed
generation applications. IEEE transactions on power systems, v. 21, n. 1, p. 301-311, 2006.
FREITAS, Walmir et al. Comparative analysis between synchronous and induction machines for distributed
generation applications. IEEE transactions on power systems, v. 21, n. 1, p. 301-311, 2006.
Voltage Sag
FREITAS, Walmir et al. Comparative analysis between synchronous and induction machines for
distributed generation applications. IEEE transactions on power systems, v. 21, n. 1, p. 301-311,
2006.
Voltage Sag
Operação do Gerador de indução com
dupla alimentação (DFIG)
Tipos de Conversores Eletrônicos de Potência
Diagrama esquemático com conversor na potência parcial .
Vestas, Gamesa, Suslon, Fürlander
Conversor na potência parcial
rede
CA
CC CA
CC
Conversores Back-to-Back
GSC RSC
Transformador
DFIG
Multiplicador de velocidade
Turbina Eólica
Frequência e
tensão variáveis
Link CC
Frequência e tensão fixas
Crowbar
Chopper
CB
Gerador de indução com dupla alimentação
𝑃𝑠 =𝑃𝑚1 − 𝑠
𝑃𝑟 = −𝑠 . 𝑃𝑠
𝑃𝑇 = 𝑃𝑠 + 𝑃𝑟
sendo:
Pm = potência mecânica (pu).
Ps = potência elétrica injetada pelo estator (pu).
Pr = potência elétrica injetada/consumida pelo rotor (pu).
PT = potência elétrica total fornecida pelo gerador (pu).
s = escorregamento.
De forma simplificada, negligenciando as perdas em regime
permanente, as relações entre potência elétrica e mecânica podem
ser calculadas por:
𝑃𝑚 =1
2. 𝐴 . 𝜌 . 𝑉3 . 𝐶𝑝 𝜆, 𝛽
(1)
𝑇𝑚 =𝑃𝑚𝜔𝑚
=1
2. 𝐴 . 𝜌 . 𝑉2 . 𝐶𝑝 𝜆, 𝛽 . 𝑅/𝜆 (2)
Circuito equivalente da máquina de indução de rotor de gaiola
Representação do Rotor
Circuito equivalente da máquina de indução de rotor bobinado
Representação do Rotor
Salles, Maurício BC et al. The influence of the applied rotor voltage on ride-through capability of doubly fed
induction generator. In: Utility Exhibition on Power and Energy Systems: Issues & Prospects for Asia
(ICUE), 2011 International Conference and. IEEE, 2011. p. 1-4.
Gerador de indução
Variação da tensão de eixo direto no rotor
Gerador de indução
Variação da tensão de eixo em quadratura no rotor
Gerador de indução
Análise do tempo crítico de eliminação de falta
Gerador de indução
Análise do tempo crítico de eliminação de falta
Gerador de indução
Análise do tempo crítico de eliminação de falta (VRd)
Gerador de indução
Análise do tempo crítico de eliminação de falta (VRd)
Gerador de indução
Análise do tempo crítico de eliminação de falta (VRq)
Gerador de indução
Análise do tempo crítico de eliminação de falta (VRq)
Estabilidade de tensão – Geradores de indução duplamente alimentados (DFIG)
• Devido à capacidade de injeção de potência reativa, usualmente o gerador de indução
duplamente alimentado aumenta a margem de estabilidade de tensão.
Sistemas de proteção do DFIG
Requisitos do operador do sistema de transmissão para operação durante
curto-circuitos (fault-ride through capability).
0 0,15 0,5 1 1,5 5 15 200
0.2
0.4
0.6
0.80,85
0,9
1
tempo (s)
ten
são
(p
u)
Alemanha
Espanha
Brasil
operação ininterrupta
Operação ininterrupta
Requisitos do operador do sistema de transmissão para regulação de tensão terminal
durante curto-circuitos (injeção de corrente reativa)
Este requisito ainda não existe no Brasil.
0 0,5 0,85
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
tensão terminal (pu)
Ireati
vo
(p
u)
Alemanha
Espanha
Consumo de
potência reativa
Injeção de potência
reativa
Curvas mínimas de corrente reativa
Diferentes modelos do DFIG
Crowbar
rede
CA
CC CA
CC
Conversores Back-to-Back
GSC RSC
Transformador
DFIG
Multiplicador de velocidade
Turbina Eólica
Frequência e
tensão variáveis
Link CC
Frequência e tensão fixas
Crowbar
Chopper
CB
SW1
SW2
Diferentes modelos do DFIG
Crowbar Ativo
rede
CA
CC CA
CC
Conversores Back-to-Back
GSC RSC
Transformador
DFIG
Multiplicador de velocidade
Turbina Eólica
Frequência e
tensão variáveis
Link CC
Frequência e tensão fixas
Crowbar
Chopper
CB
SW1
SW2
Diferentes modelos do DFIG
Crowbar Ativo
Diferentes modelos do DFIG
Crowbar Ativo
Diferentes modelos do DFIG
Crowbar Ativo
Diferentes modelos do DFIG
Crowbar Ativo
