Proposta de Modificação do método de Amin

Conforme mencionado anteriormente, o método proposto por Amini, Davarpanah e Sanaye-Pasand (2015) possui algumas características que são indesejáveis, nas quais destaca-se, a dificuldade de detecção de PE quando a máquina estiver com carregamento leve, ou ainda perda de excitações parciais, pois nestes casos, muitas vezes, a queda de tensão terminal da máquina não é suficiente para ativar a supervisão de subtensão presente no método (GALLAS et al., 2017; MORAIS, 2008).

Além disso, outro aspecto que deve ser considerado na escolha de qualquer mé- todo de proteção, é a sua facilidade de parametrização. No método proposto por Amini, Davarpanah e Sanaye-Pasand (2015) a definição do valor do “threshold ” exige do usuá- rio uma série de estudos prévios das condições operacionais do sistema e simulações computacionais, o que torna o método difícil de parametrizar.

Visando melhorar a disponibilidade e velocidade de atuação do método, bem como, facilitar a parametrização do mesmo, propõem-se modificações na metodologia de detec- ção que originalmente é fundamentada em combinação de sinais. A nova metodologia faz uso da combinação da taxa de variação de tensão multiplicada pela taxa de variação de

69 Figura 3.20 – Comportamento das variáveis combinadas (LOEI) durante perda de excita- ção (a) e oscilação de potência (b).

0 5 10 15 20 25 Tempo (s) (b) -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 L O E I 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (s) (a) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 L O E I

Fonte: Elaborado pelo autor.

potência reativa e de sua característica apresentada no trabalho original, representada na Equação (3.22).

Entre as propostas de modificação, a supervisão de subtensão para início da lógica operacional não é mais utilizada e também modifica-se a forma de detecção do bloco de comparação que utiliza um valor mínimo de “threshold ”.

Como apresentado no trabalho original, a variável chamada de LOEI, possui algu- mas características muito importantes durante a PE, sendo que a mais importante delas é possuir valores positivos na ocorrência da PE. Segundo Amini, Davarpanah e Sanaye-

Pasand (2015), a combinação do sinal da taxa de variação da tensão elétrica e do sinal da taxa de variação de potência reativa, ambos por possuíram valores negativos durante a PE, sempre irão ocasionar uma nova variável com valores positivos.

Procurando substituir a linha mínima de “threshold ” propõem-se utilizar um detector de cruzamento de sinais, ou seja, o método propõe calcular uma média móvel exponen- cial do sinal proposto no trabalho original e verificar o momento em que a variável original cruzar a nova variável calculada. Esta nova variável possuirá uma constante de resposta mais lenta por se tratar de uma média exponencial dos pontos do sinal original, assim pode-se chamá-la de média móvel exponencial lenta (MMEL). Para melhorar o entendi- mento da proposta de modificação apresenta-se na Figura 3.21 o novo fluxograma com as modificações propostas.

No método opta-se por utilizar a média móvel exponencial por esta atribuir maior peso para valores mais recentes do sinal original no cálculo realizado. A Equação (3.23) representa a forma utilizada para o modo de cálculo da média exponencial deste trabalho.

M M E_LOEI(n) = [LOEI(n)−M M E_LOEI(n−1)]×W +M M E_LOEI(n−1) (3.23) Onde, n é o índice da amostra atual e:

W = 2

(J AN ELA + 1) (3.24)

A nova proposta de detecção, faz uso de teoria apresentada no trabalho original, onde este menciona o comportamento do sinal da variável durante a PE. Caso a grandeza original LOEI varie a média móvel proposta irá acompanhar a trajetória da variável original, porém com um comportamento mais lento, funcionando como um filtro.

A variável original LOEI, possui um comportamento típico, onde geralmente sofre uma grande variação no início da PE e logo após começa a diminuir lentamente seu valor, conforme ilustra a Figura 3.20. Sabendo deste comportamento o método proposto utiliza um detector de cruzamento do sinal original com a MMEL. Com isso o método consegue substituir a lógica de threshold proposta originalmente tornando o método livre de parâme- tros para detecção da PE.

A Figura 3.22 apresenta o comportamento da média móvel exponencial lenta em comparação com o sinal original durante uma PEP para o sistema utilizado no Capítulo 2 com carregamento próximo ao nominal. Na imagem é possível perceber o cruzamento do sinal original (LOEI) com o sinal proposto MMEL.

Percebe-se que esta nova abordagem não faz uso da parametrização de um “th- reshold ” mínimo como no método original. Pois toda vez que houver o cruzamento do sinal original com a média móvel exponencial lenta para “baixo”, ou seja o valor da média móvel lenta possuir tendência de diminuir seu valor (derivada negativa), e ainda, a variável

71 Figura 3.21 – Fluxograma com as modificações proposta no Método 6.

Calculando rm s Calculando Q T V Calculando LOEI Cruzamento de L OEI com MMEL_LOEI ? Operação relé PE Sim Não Sim Calculando MMEL_LOE I LOEI >0 Não

Fonte: Elaborado pelo autor.

original possuir valor positivo, pode-se concluir que está ocorrendo uma PE.

Para parametrizar a nova unidade de detecção resta apenas escolher o tamanho da janela a ser utilizada para o cálculo do coeficiente W da média móvel exponencial. Neste tipo de filtro quando maior o tamanho da janela, maior a suavização do sinal, isto é, seu comportamento é considerado um filtro para rápidas variações no sinal.

Figura 3.22 – Cruzamento do índice LOEI com MMEL proposta durante perda de excitação. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Tempo (s) -5 0 5 10 15 20 25 30 LOEI MMEL

Fonte: Elaborado pelo autor.

Dado que a PE geralmente é confundida com oscilações de potência estável procura- se utilizar uma janela que suavize variações para a menor frequência de oscilação de po- tência encontrada na literatura. Desta forma o novo sinal possuirá uma resposta no tempo condizente com fenômenos de baixa frequência.

Conforme muitos registros em unidades pelo mundo todo, menciona-se que oscila- ções de potência variam sua frequência entre uma faixa de 0,3 a 7 Hz, opta-se por utilizar uma janela que sofra maior influência somente para a menor frequência de oscilação de potência, ou seja 0,3 Hz. Desta forma o novo sinal terá uma resposta mais suave durante oscilações de potência com frequência maior, diminuindo a possibilidade de uma atuação indevida durante este fenômeno.

O tamanho da janela para filtrar oscilações de variação de frequência de 0,3 Hz pode ser encontrado utilizando a Equação (3.25). Porém, como mencionado no trabalho de Mahamedi, Zhu e Hashemi (2015) apenas metade do período da variação do ângulo δ permanece com o sinal positivo durante oscilações potência. Desta forma, metade do período é suficiente para filtrar as variações durante a oscilação estável de potência e manter a velocidade de detecção do método, com isso a valor final para janela escolhida pode ser obtido pela Equação (3.26).

J AN ELA = TOscilao TAmostragem = 1 0,3 1 10Hz = 33, 333 (3.25) J AN ELA = TOscilao 2 TAmostragem = 1 0,3 2 1 10Hz = 16, 666 (3.26)

73 Assim, optando-se por uma taxa de amostragem de 10 Hz, conclui-se que uma janela com 16 amostras é suficiente para conseguir filtrar as oscilações indesejáveis do sinal e sensível o suficiente para detectar a PE.

3.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Avanços nos métodos de proteção contra a PE em geradores síncronos têm sido apresentados no decorrer dos anos. Apesar disso, Mason (1949) e as técnicas inteligentes e adaptativas apresentadas recentemente mostram que desafios na busca de métodos que possam aliar confiabilidade com simplicidade de ajustes ainda existem.

Neste capítulo, foram apresentadas três técnicas de proteção contra a perda de excitação que utilizam a proposta tradicional de utilizar a função de proteção de impedância como forma de proteção contra a perda de excitação em geradores síncronos, e ainda uma explicação sucinta do funcionamento desta proteção, como as características do caminho da impedância aparente medida e a influência do controlador STATCOM nesta função de proteção.

Também, se apresentou o funcionamento de três métodos considerados não con- vencionais e algumas de suas características básicas. Por fim foi proposta a modificação de funcionamento de um destes método buscando melhorar sua velocidade, confiabilidade e parametrização.

4 AVALIAÇÃO E ANÁLISE COMPARATIVA DOS MÉTODOS DE PROTEÇÃO CONTRA