6 SIMULAÇÃO E RESULTADOS
6.5.3 Análise dos resultados
Os testes foram feitos para dois tipos de controladores: PI e PID. Para testes de PID em que o resultado do parâmetro ’D’ do controlador era igual ou próximos de zero, optou-se por utilizar um PI para o controle2. As tabelas a seguir apresentam os resultados
do algoritmo genético e do PI/PID Tuner :
Controlador de Tensão
Parâmetros Algoritmo Genético Sintonia Simulink
Controlador PI PI
P 1,98 1,938
I 23,3 25,66
2 O resultado do parâmetro ’P’ para o controle de frequência foi igual a zero. Assim, definiu-se utilizar
72 Capítulo 6. SIMULAÇÃO E RESULTADOS
Controlador de Frequência
Parâmetros Algoritmo Genético Sintonia Simulink
Controlador PID I
P 4,075 0
I 0,96 1,173
D 0,255 0
Controlador de Fase
Parâmetros Algoritmo Genético Sintonia Simulink
Controlador PI PI
P 0,2715 0,2307
I 0,0109 0,001143
Nos quesitos de controle de fase e controle de tensão, ambos os métodos convergiram na apresentação de parâmetros ótimos locais. Até certo ponto, algumas semelhanças nos resultados são visíveis:
• Após os ajustes do parâmetro ’D’ resultarem em valores próximos ou iguais a zero em ambos os métodos para os controles de tensão e fase, optou-se por utilizar PIs para esses controles.
• Os ajustes dos parâmetros do controlador de tensão são parecidos.
• Os ajustes dos parâmetros do controlador de fase são parecidos. Em ambos os casos, os controladores são mais lentos que os controladores de frequência.
Entretanto, ao ajustar um controlador de sincronismo de frequência, houve uma total divergência entre os resultados dos ajustes do controlador. Enquanto o resultado de menor integral do erro ao quadrado do algoritmo genético ocorre em um PID, a sintonia do Simulink apresenta os parâmetros de um I (integral puro) como resultados ótimos.
Além disso, o parâmetro ’P’ é igual a zero no resultado do ajuste de sintonia do Simulink. Pela equação ??, observa-se que, dessa forma, esse controlador não possui zeros. Pelo método do lugar das raízes, é possível observar que o acréscimo de um zero no sistema no intervalo de [0 , 0.5309] o desestabilizará. A Figura19 mostra um zoom do lugar das raízes com os resultados da sintonia do Simulink. À esquerda, com parâmetro P igual a zero. À direita, como parâmetro P maior que zero e menor que 0.53093. Dois polos em
malha fechada, representados por quadrados rosas na figura, se posiciona à direita do eixo imaginário, o que indica instabilidade pelo critério de estabilidade de Routh-Hurwitz.
6.6. SIMULAÇÃO NUMÉRICA E ANÁLISE 73
Figura 19 – Lugar das raízes do controle de frequência parametrizado pela sintonia do Simulink.
6.6
SIMULAÇÃO NUMÉRICA E ANÁLISE
A fim de testar os parâmetros apresentados anteriormente, algumas simulações compararam os resultados permanentes e transitórios do sistema ajustado pelos resultados do algoritmo genético e pelos resultados do PI/PID Tuner.
Por conta do software utilizado, todas as simulações iniciaram fora do ponto de equilíbrio, por isso a partida do gerador é observada após o início das simulações.
6.6.1
Simulação 1
A primeira simulação foi feita para uma microrrede com uma geração hidroelé- trica de 15MW com duas cargas, uma permanente de (12.75+7.9j)MVA, e outra, de (1.75+0.04j)MVA que será conectada à microrrede. No início da simulação, a microrrede está desconectada da rede principal e o sistema de reconexão está desligado. Aos 600 segundos de simulação, um degrau de carga é aplicado à microrrede. Aos 1000 segundos de simulação, inicia-se o processo de reconexão e o controle suplementar de reconexão é acionado. Aos 2000 segundos, o disjuntor é fechado e ocorre a reconexão com a rede prin- cipal. Aos 2200 segundos, finaliza-se o processo de reconexão e o controle suplementar de reconexão é desligado. Aos 3600 segundos, um novo ilhamento é provocado abruptamente. A linha temporal da simulação é apresentada na Figura 20.
74 Capítulo 6. SIMULAÇÃO E RESULTADOS
Figura 20 – Linha temporal da primeira simulação
De modo geral, tanto os resultados dos ajustes do algorítimo genético quanto do Select Tuning se mostraram satisfatórios e próximos. Na Figura 21, é apresentada a potência fornecida pela máquina a partir das condições de simulação apresentadas anteriormente.
Figura 21 – Fluxo de potência saindo da máquina síncrona durante a primeira simulação
No período entre o início de simulação e o início do processo de reconexão, o controle suplementar não está atuando no sistema e por isso não há diferença entre a planta simulada com os parâmetros indicados pelo algorítimo genético e a planta simulada com os parâmetros indicados pelo PI/PID Tuner. Entretanto, pode-se verificar na Figura 21
que em nenhum momento a máquina gerou um sobressinal muito maior do que a sua potência nominal. Observa-se também que, após o fim do processo de reconexão (aos 2200 segundos), a microrrede está operando em modo interligado. Dessa forma é possível ajustar a geração da microfonte como parte da rede principal.
Na Figura 22, destaca-se a defasagem entre os barramentos da microrrede e da rede principal durante o processo de reconexão.
6.6. SIMULAÇÃO NUMÉRICA E ANÁLISE 75
Figura 22 – Defasagem entre o barramento da rede principal e o barramento da microrrede durante o processo de reconexão
Na Figura 23, destaca-se a variação da tensão no barramento da microrrede durante a reconexão com a rede principal.
Figura 23 – Tensão no barramento da microrrede durante a reconexão
Percebe-se na Figura22 que o requisito de projeto "redução do tempo de resposta"do controle suplementar de reconexão garante uma convergência mais rápida da defasagem. Além disso, o resultado da simulação utilizando os parâmetros do método PI/PID Tuner não chega a convergir completamente antes da reconexão e essa perturbação é perceptível na Figura 23. O mesmo não ocorre com o resultado da simulação utilizando os parâmetros do AG pois no instante em que ocorre a reconexão ( 2000 segundos), a tensão dos barramentos é igual, as barras estão em sincronia e a defasagem é nula, dessa forma não há fluxo de potência entre as barras logo após o fechamento do disjuntor e o efeito do chaveamento entre as barras é minimizado.
76 Capítulo 6. SIMULAÇÃO E RESULTADOS
Apesar disso, mesmo o resultado da simulação utilizando os parâmetros do AG não atingiu o regime permanente em menos de 10 minutos. Isso ocorre pois não foi implementado nenhum sistema anti-windup neste projeto. Em [30], define-se windup como uma inconsistência entre a entrada da planta e os estados do controlador quando o sinal de controle é saturado. No mesmo artigo, são propostas algumas formas de minimizar os efeitos de windups.
6.6.2
Simulação 2
A segunda simulação foi feita para a mesma microrrede da primeira simulação. Entretanto, no início da simulação, a microrrede está com o seu sistema de reconexão
ligado e a microrrede está desconectada da rede principal. Aos 600 segundos de simulação,
um degrau de carga é aplicado à microrrede. Aos 2000 segundos de simulação, o disjuntor é fechado, o processo de reconexão é finalizado e ocorre a reconexão com a rede principal. Aos 3600 segundos, um novo ilhamento é provocado abruptamente. A linha temporal da simulação é apresentada na Figura 24.
Figura 24 – Linha temporal da segunda simulação
Nessa simulação, é possível observar as diferenças entre as respostas das plantas com os controladores parametrizados por cada método durante um durante um degrau de carga interno a microrrede. Figura25 é apresentada a potência fornecida pela máquina a partir das condições de simulação apresentadas:
6.6. SIMULAÇÃO NUMÉRICA E ANÁLISE 77
Figura 25 – Fluxo de potência saindo da máquina síncrona durante a segunda simulação
A Figura 26 apresenta a magnitude de tensão no barramento da microrrede durante o degrau de carga.
Figura 26 – Tensão no barramento da microrrede durante o degrau de carga
Na Figura 26, observa-se que os resultados de ambos os métodos são próximos, isso se deve ao fato de os resultados dos dois métodos utilizados serem muito próximos. Além disso, ressalta-se o tempo de resposta do sistema que comparado ao tempo total de simulação é extremamente rápido.
A Figura27permite a comparação do transitório das velocidades de rotor da máquina síncrona durante o degrau de carga.
78 Capítulo 6. SIMULAÇÃO E RESULTADOS
Figura 27 – Velocidade do rotor durante o degrau de carga
A velocidade do rotor está diretamente relacionada ao controle de frequência. Na Figura 27, nenhuma das curvas possui um sobressinal maior do que 0.15%, comprovando o ótimo resultado de ambos os métodos. Entretanto, é perceptível que a resposta do sistema controlado a partir do resultado do algoritmo genético, um PID, é um pouco mais amortecida devido a característica derivativa de proporcionalidade a velocidade de variação do erro.
Na Figura 28, são apresentadas as defasagens entre os barramentos da microrrede e da rede principal durante o degrau de carga.
Figura 28 – Defasagem entre as barras da microrrede e da B2 durante o degrau de carga
Comparando os os resultados da Figura28com os resultados da Figura27, percebe-se que a defasagem só é corrigida a partir de uma margem imposta pela diferença entre a velocidade em que o rotor está girando e a sua velocidade nominal. Ou seja, o controle de fase deve ser extremamente mais lento do que o controle de frequência a fim de que,
6.7. CONCLUSÃO DO CAPÍTULO 79
primeiramente a velocidade do rotor aproxime-se o suficiente da velocidade nominal e só depois a fase comece a convergir.
6.7
CONCLUSÃO DO CAPÍTULO
Neste capítulo foi apresentado um sistema teste para a aplicação dos conceitos estudados e propostos no trabalho. As simulações em Simulink dos parâmetros selecionados a partir da execução do AG e dos parâmetros selecionados a partir do PI/PID Tuner apresentaram diferentes resultados. Os resultados gerados a partir do AG foram mais interessantes para o processo de reconexão, enquanto que os resultados gerados a partir do PI/PID Tuner tiveram destaque ao controlar o sistema após um degrau de carga na segunda simulação.
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