6.2 – Sistema Elétrico Proposto
Caso 3 Simulação de ilhamento do gerador G2 localizado na barra
No caso de geradores síncronos, embora haja inúmeros esquemas de proteção antiilhamento, até o momento, os relés baseados em medidas de freqüência e/ou tensão são reconhecidos pela indústria de energia elétrica como os mais eficazes para detecção de
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ilhamento. No caso de relés baseados em medidas de freqüência, os principais dispositivos existentes no mercado são os relés de taxa de variação de freqüência, os relés de deslocamento de fase e os relés de sub/sobre freqüência.
Após a ocorrência do ilhamento e da detecção pelo sistema de proteção e, por conseguinte, a execução da separação entre o sistema industrial e a rede de distribuição, os autoprodutores, obviamente, desejam que as suas plantas industriais continuem operando de forma isolada (ilhada) com o uso de seus geradores. Sob a perspectiva do consumidor autoprodutor, a passagem da operação em paralelo para o modo ilhado demanda que uma série de medidas seja tomada para garantir que a instalação industrial continue operando de forma segura e com qualidade de energia. Neste estudo de caso analisa-se a dinâmica da freqüência frente este ilhamento. A figura 71 representa o gráfico da freqüência e tensão no instante em que o gerador G2 ficou operando de forma isolada.
(a) Freqüência na barra 2 (b) Tensão na barra 2 Figura 71: Resposta do sistema mediante ilhamento do Gerador G2
Na ocorrência deste ilhamento verifica-se que a freqüência na barra 2 é exposta a uma grande variação e com a mesma característica, a tensão sofre grandes oscilações transitórias. Devido ao isolamento e perda de carga, no instante inicial a tensão gerada pelo gerador G2 tem
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em regime permanente em aproximadamente 14 segundos. Nota-se que a freqüência possui um tempo de acomodação maior. O funcionamento do sistema de proteção relacionado com a sobrefreqüência é de fundamental importância neste caso.
Aplicação da técnica de wavelet AMR
Fazendo uso do algoritmo proposto tem-se a figura 72 com as representativas representações do sinal freqüência analisado e o vetor detalhe d1 proveniente das filtragens em AMR. Pelo vetor d1 nota-se o tempo de ocorrência do distúrbio, identificado pelo algoritmo em 1,002 segundos.
Figura 72: Aplicação da AMR no sinal de freqüência, caso 3
Neste caso simulado de ilhamento nota-se que a freqüência acumulada de sobrefreqüência obteve maior destaque, comparado aos outros casos simulados (caso 1 e caso 2)
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no tempo simulado de 20 segundos o regime permanente da freqüência ficou acima da freqüência normal. A figura 73 mostra, nos gráficos de barras, o tempo em que o sistema ilhado permaneceu em sobre e subfreqüência.
(a) Sobrefrequencia (b) Subfreqüência
Figura 73: Freqüência acumulada caso 3
Verifica-se que este caso entre todos já simulados é o mais critico. Quando o gerador G2 está ligado no sistema, o mesmo fornece energia ativa para a rede. No eventual ilhamento perde- se sua carga e sua freqüência gerador tende a subir (sobrefrequencia). No caso simulado de 20 segundos, o algoritmo registrou um tempo de sobrefrequencia entre os valores de 63 a 64 Hz de 13,4 segundos, entre os valores de freqüência de 62 a 63 Hz, 3,2 segundo. A freqüência entre 61 a 62Hz acusou-se um tempo acumulado de 1,6 segundos e para o intervalo de freqüência entre 60,1 a 61 Hz um tempo acumulado de 0,89 segundos. Para subfreqüência entre 59 a 59,9 Hz obteve-se um tempo de 111 microsegundos.
É oportuno comentar que durante a operação em paralelo com o sistema elétrico interligado, a freqüência e a magnitude das tensões nodais das instalações industriais são mantidas dentro de faixas restritas de variações admissíveis, principalmente devido aos controles
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geradores de médio porte presentes nas instalações industriais, tipicamente, os controladores desses geradores são ajustados de forma a não atuarem diretamente no controle de freqüência e magnitude de tensão. Contudo, após a ocorrência de ilhamentos, o controle da freqüência e da magnitude das tensões nas barras da instalação industrial deve ser realizado, respectivamente, pelo regulador de velocidade e pelo sistema de excitação dos geradores próprios. Assim, pode-se observar que geralmente se faz necessário realizar alterações dos modos de controle do regulador de velocidade e do sistema de excitação após a ocorrência do ilhamento [61].
6.4 Considerações Finais
Apresentou-se neste capítulo os resultados dos casos simulados, utilizando o sistema elétrico apresentado na seção 6.2.1 e o algoritmo proposto.Pôde-se verificar a eficiência do método uma vez que os casos simulados compreendem os principais tipos de distúrbios causadores de instabilidade.
Utilizando a técnica de Wavelet AMR foi possível detectar o tempo em que ocorreu o distúrbio. Este mostrou-se satisfatório na obtenção da estimativa do tempo acumulado em que o sistema permaneceu em subfreqüência e sobrefreqüência. Uma especial atenção se deve ao caso de ilhamento onde o gerador que saiu do sistema perde o sincronismo com a freqüência da rede, sendo necessário uma lógica de proteção rápida, pois o seu sistema elétrico tende a se estabilizar fora da freqüência nominal.
Um aspecto importante relacionado com o tratamento dos valores medidos é a formulação de dados estatísticos para uma eventual manutenção preditiva das palhetas das turbinas. Com um banco de dados dos tempos obtidos de sub e sobrefreqüência é possível confrontá-los com as informações de fabricação das turbinas, e assim prever de forma programada uma manutenção na turbina.
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Na figura 74 tem-se os dados de freqüência e tempo máximo de operação de uma turbina que foram retirados da referência [61], os quais são aproximados (não exatos).
Como exemplo do caso 3 simulado, onde se obteve um tempo de sobrefreqüência entre os valores de 63 a 64 Hz de 13,4 segundos, entre os valores freqüência de 62 a 63 Hz, 3,2 segundo, freqüência entre 61 a 62 Hz um tempo acumulado de 1,6 segundos e para o intervalo de freqüência entre 60,1 a 61 Hz um tempo acumulado de 0,89 segundo. Confrontando estes dados com aqueles da tabela do fabricante da turbina (ver figura 74) tem-se uma previsão programada para manutenção neste equipamento. Visto que este tempo de sub e sobrefreqüência são acumulativos, ou seja, no estudo de caso 3 onde ocorreu uma sobrefreqüência na faixa de 63 a 64 Hz com duração de 13,4 segundos, observa-se pela tabela 6, que o tempo permitido para operação nesta faixa é de aproximadamente 30s. Portanto, o tempo restante para operação nesta faixa de freqüência é de (30s -13,4s=16,6s).
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Tabela 6: Tempo limite versus freqüência para uma turbina a vapor Freqüência [Hz] Tempo [m] Tempo [s]
56 a 56,7 0,03 1,8 56,7 a 57,2 0,05 3 57,2 a 58 0,5 30 58 a 58,8 5 300 58,8 a 59,1 20 1200 59,1 a 59,4 85 5100 59,4 a 59,6 600 36000 59,6 a 60,6 infinito infinito 60,6 a 61 500 30000 61 a 61,5 150 9000 61,5 a 62 50 3000 62 a 62,5 5 300 62,5 a 63 0,5 30
O capítulo seguinte apresenta as conclusões gerais sobre o trabalho realizado nesta dissertação e propostas para trabalhos futuros.