Aerogeradores de velocidade vari´avel em sistemas el´etricos de potˆencia: an´alises de estabilidade
A. P. Sohn, Membro Estudante, IEEE e L. F. C. Alberto,Membro Sˆenior, IEEE
Resumo—O presente artigo investiga o problema de an´alise de estabilidade transit´oria e de tens˜ao de aerogeradores de velocidade vari´avel em sistemas el´etricos de potˆencia e a relac¸˜ao destes com os geradores s´ıncronos convencionais. As unidades e´olicas em estudo compreendem o tipo C, que utiliza o gerador de induc¸˜ao duplamente alimentado (GIDA) e o tipo D, que emprega o gerador s´ıncrono a ´ım˜a permanente (GSIP). As an´alises s˜ao realizadas frente a grandes perturbac¸˜oes provocadas ao sistema el´etrico sul-brasileiro equivalente reduzido de 45 barras, acrescentado do sistema el´etrico equivalente de um parque e´olico.
O parque e´olico ´e composto ora por aerogeradores tipo C, ora por aerogeradores tipo D. O mesmo parque e´olico ´e substitu´ıdo por um gerador s´ıncrono convencional de potˆencia equivalente, a fim de comparar os resultados para as mesmas contingˆencias aplicadas ao sistema.
Palavras-chave—Estabilidade, aerogeradores, parque e´olico.
I. INTRODUC¸ ˜AO
Inicialmente, aerogeradores eram utilizados de forma iso- lada, fornecendo baixa potˆencia para pequenos consumi- dores. Com a crescente demanda por energia el´etrica e o incentivo `as fontes de energia renov´aveis, os sistemas de con- vers˜ao de energia e´olica tornaram-se tecnologias promissoras para a produc¸˜ao de eletricidade. O desenvolvimento destas tecnologias iniciou-se substancialmente na d´ecada de 1970, acentuando-se na d´ecada de 1990. Dentre os aerogeradores existentes, os tipos A, B, C e D s˜ao considerados os principais.
As unidades e´olicas tipo A e B foram as primeiras tecnologias exploradas e caracterizam-se pela operac¸˜ao `a velocidade fixa e pelo deficiente suporte de energia reativa `a rede el´etrica. J´a as unidades e´olicas tipo C e D aproveitam-se dos benef´ıcios proporcionados pelos conversores eletrˆonicos de potˆencia, que permitem aos aerogeradores o fornecimento e controle da potˆencia reativa [1-3].
Um sistema el´etrico de potˆencia convencional ´e constitu´ıdo, essencialmente, por sistemas de gerac¸˜ao dotados de geradores s´ıncronos, cargas e linhas de transmiss˜ao. O comportamento dinˆamico do sistema ´e ditado principalmente pelos elementos ativos que o constituem. Devido `as diferenc¸as existentes entre os sistemas de gerac¸˜ao convencionais e os sistemas de convers˜ao de energia e´olica, a interac¸˜ao destes com a rede el´etrica mostra-se distinta sob v´arios aspectos [2] e [4].
Consequentemente, o sistema el´etrico de potˆencia na presenc¸a de diferentes sistemas de gerac¸˜ao estar´a sujeito a diferentes respostas perante `as contingˆencias que eventualmente ocor- ram. Ent˜ao, torna-se necess´ario analisar os efeitos decorrentes
A. P. Sohn e L. F. C. Alberto pertencem ao Laborat´orio de An´alise Computacional em Sistemas El´etricos de Potˆencia do Departamento de Engenharia El´etrica e de Computac¸˜ao da Escola de Engenharia de S˜ao Carlos da Universidade de S˜ao Paulo, S˜ao Carlos, S˜ao Paulo, Brasil. E-mails:
alexandresohn@usp.br, lfcalberto@usp.br.
nestes sistemas, durante e ap´os perturbac¸˜oes. Para tanto, an´alises de estabilidade s˜ao fundamentais para o entendimento do comportamento dinˆamico e da relac¸˜ao entre os sistemas de gerac¸˜ao citados.
Este artigo ´e organizado conforme a sequˆencia: a sec¸˜ao II apresenta, em linhas gerais, a configurac¸˜ao de cada aerogera- dor em estudo; a sec¸˜ao III introduz os modelos gen´ericos, mostra os modelos dos aerogeradores e faz uma breve descric¸˜ao sobre os subsistemas e a interac¸˜ao entre estes; a sec¸˜ao IV descreve o sistema teste; a sec¸˜ao V especifica as simulac¸˜oes realizadas; a sec¸˜ao VI mostra os resultados obtidos e as discuss˜oes pertinentes `as an´alises elaboradas e por fim, a sec¸˜ao VII discursa sobre as conclus˜oes deste trabalho.
II. AEROGERADORES DE VELOCIDADE VARIAVEL´ As tecnologias de aerogeradores de velocidade vari´avel dominam o atual cen´ario da gerac¸˜ao e´olica [1] e [5]. Esta tecnologia viabiliza a variac¸˜ao da velocidade da turbina em uma ampla faixa de velocidades, de forma a maximizar a eficiˆencia aerodinˆamica, a potˆencia mecˆanica produzida pela turbina e a produc¸˜ao de energia el´etrica pelo aerogerador.
Ainda, os conversores eletrˆonicos de potˆencia permitem o controle completo das potˆencias ativa e reativa fornecidas `a rede el´etrica [3] e [6-8].
A. Aerogerador tipo C
O aerogerador tipo C emprega o GIDA, cujo estator ´e conectado diretamente `a rede el´etrica e o rotor ´e conectado ao conversor eletrˆonico de potˆencia bidirecional, que tamb´em
´e conectado `a rede. ´E necess´ario nesta configurac¸˜ao, conforme mostra a Figura 1, a utilizac¸˜ao de uma caixa de transmiss˜ao, visto a diferenc¸a de velocidades entre o rotor da turbina e o rotor do gerador el´etrico.
Fig. 1. Configurac¸˜ao t´ıpica do aerogerador tipo C e GIDA.
Nesta configurac¸˜ao de aerogerador, os conversores permitem a operac¸˜ao em uma faixa de velocidades que tipicamente varia entre -30 % a 20 % da velocidade s´ıncrona. Os conversores s˜ao projetados para uma potˆencia el´etrica de at´e 30 % da capacidade de fornecimento de potˆencia do gerador e a topolo- gia back-to-back com transistores IGBT permite o fluxo de potˆencia em ambos os sentidos, devido `a operac¸˜ao em quatro quadrantes. No modo de operac¸˜ao supers´ıncrono, o gerador fornece potˆencia ativa pelos circuitos rot´orico e estat´orico. Em operac¸˜ao subs´ıncrona, o circuito rot´orico consome potˆencia ativa da rede, por´em o estator continua a fornecer [8]. Nor- malmente, o sistema de controle do conversor referente ao lado do rotor regula os fluxos de potˆencia ativa e reativa atrav´es do controle das correntes rot´oricas. O torque e as potˆencias ativa e reativa do rotor e estator s˜ao controladas pelo ajuste da amplitude, fase e frequˆencia da tens˜ao introduzida no rotor, independentemente da frequˆencia do estator. J´a o sistema de controle do conversor referente ao lado da rede, normalmente controla a tens˜ao no barramento CC. Utilizando- se das t´ecnicas de controle vetorial, ´e poss´ıvel desacoplar o controle da potˆencia ativa da potˆencia reativa. Diferentes estrat´egias de controle s˜ao viabilizadas, dentre as quais podem ser citadas: controle da potˆencia ativa, que relaciona-se `a m´axima eficiˆencia aerodinˆamica e `a velocidade da turbina e o controle da potˆencia reativa, que relaciona-se ao con- trole de tens˜ao. Devido `a presenc¸a dos conversores e ao desacoplamento parcial entre o gerador e a rede, ´e poss´ıvel separar as frequˆencias provenientes das flutuac¸˜oes do vento das frequˆencias provenientes da rede el´etrica, assim como o inverso, de tal forma a minimizar os esforc¸os mecˆanicos no aerogerador, as perturbac¸˜oes na qualidade da energia el´etrica gerada e tamb´em oferecer maior suportabilidade a afundamen- tos de tens˜ao [2] e [3]. Para a limitac¸˜ao da potˆencia mecˆanica, utiliza-se o controle de pitch[3].
B. Aerogerador tipo D
Uma das poss´ıveis configurac¸˜oes para o aerogerador tipo D consiste no emprego do GSIP multip´olos projetado para baixas velocidades, que elimina a caixa de transmiss˜ao e onde o conversor ao lado do gerador ´e conectado ao estator e o conversor ao lado da rede ´e conectado `a rede el´etrica, con- forme mostra a Figura 2. Outras configurac¸˜oes s˜ao pass´ıveis de implementac¸˜ao [3], [7] e [8].
Fig. 2. Configurac¸˜ao t´ıpica do aerogerador tipo D e GSIP.
Os conversores bidirecionais permitem a operac¸˜ao do aerogerador em uma faixa de velocidades que varia entre 0 %
e 100 % da velocidade s´ıncrona e os mesmos s˜ao projetados para 100 % da capacidade de fornecimento de potˆencia do gerador. As mesmas estrat´egias de controle para o aerogerador tipo C s˜ao pass´ıveis de implementac¸˜ao para o aerogerador tipo D, onde as t´ecnicas de controle vetorial podem ser utilizadas e portanto, ´e poss´ıvel desacoplar o controle da potˆencia ativa da potˆencia reativa [8]. O desacoplamento total entre o gerador e a rede permite a separac¸˜ao completa das frequˆencias oriundas do vento das frequˆencias da rede, de tal forma a mini- mizar substancialmente as oscilac¸˜oes mecˆanicas e el´etricas no aerogerador, assim como as perturbac¸˜oes na energia el´etrica gerada. O conversor ao lado do gerador determina a magnitude e fase da tens˜ao, al´em da frequˆencia nos terminais do gerador, que corresponde `a rotac¸˜ao desejada do rotor da turbina. O conversor ao lado da rede atua como uma fonte de tens˜ao, cuja magnitude, fase e frequˆencia s˜ao geradas de acordo com os padr˜oes da rede el´etrica. A regulac¸˜ao dos fluxos de potˆencia ativa e reativa, assim como o controle da tens˜ao, podem ocorrer no conversor ao lado da rede [4] e [7]. Entretanto, o sistema de controle do conversor referente ao lado do gerador tamb´em pode regular os fluxos de potˆencia ativa e reativa, enquanto o sistema de controle do conversor referente ao lado da rede realiza o controle da tens˜ao [2] e [5]. Para a limitac¸˜ao da potˆencia mecˆanica, utiliza-se o controle depitch[3].
III. MODELOS GENERICOS DE AEROGERADORES´ Historicamente, modelos de aerogeradores para estudos dinˆamicos foram desenvolvidos pelos pr´oprios fabricantes.
Estes modelos, de origem propriet´aria, apresentavam carac- ter´ısticas espec´ıficas para as unidades e´olicas constru´ıdas. Os modelos gen´ericos foram desenvolvidos com os seguintes objetivos: divulgar os modelos para a comunidade acadˆemica e industrial; possibilitar a troca de informac¸˜oes entre usu´arios; facilitar as comparac¸˜oes entre os aerogeradores e a implementac¸˜ao dos modelos em diferentes softwares; pos- sibilitar aos fabricantes a representac¸˜ao de seus aerogera- dores atrav´es de parametrizac¸˜ao adequada. O desenvolvimento destes modelos ´e liderado pelaWestern Electricity Coordinat- ing Council, em conjunto aoIEEE Power and Energy Society e empresas l´ıderes no setor de programas computacionais para sistemas el´etricos de potˆencia, como a General Electric, propriet´aria do programa Power Systems Loadflow Software (PSLF) e Siemens, propriet´aria do programa Power System Simulator for Engineering (PSS/E). Os modelos gen´ericos foram validados nestes softwares e neste trabalho ´e utilizado o PSS/E. Algumas das principais caracter´ısticas dos modelos gen´ericos s˜ao: foram desenvolvidos para simulac¸˜oes em curto per´ıodo de tempo, normalmente at´e 30 s; o vento ´e conside- rado constante; o foco das an´alises s˜ao dist´urbios de origem el´etrica, portanto, n˜ao oriundos do vento; para os conversores eletrˆonicos de potˆencia, aplicam-se limites de potˆencia e cor- rente; podem representar um ´unico aerogerador ou um grupo de aerogeradores; n˜ao s˜ao inclu´ıdos sistemas de protec¸˜ao, [9-15]. Para a implementac¸˜ao nestes e em outros programas computacionais, os diagramas de bloco dos subsistemas que comp˜oem cada modelo de aerogerador, assim como todos os parˆametros e descric¸˜oes destes para as unidades e´olicas em an´alise, podem ser encontrados em [9-12].
A. Modelo gen´erico para o aerogerador tipo C
O modelo gen´erico para o aerogerador tipo C compreende quatro subsistemas, como pode ser observado na Figura 3. A seguir, apresenta-se uma breve descric¸˜ao sobre a relac¸˜ao entre os subsistemas.
Fig. 3. Subsistemas do aerogerador tipo C.
O subsistema de controle do conversor ´e respons´avel pelo controle da potˆencia ativa e reativa a serem entregues `a rede, via comandos de corrente e tens˜ao para o gerador/conversor.
A referˆencia de velocidade ´e obtida da curva de potˆencia versus velocidade da turbina. No subsistema de controle de pitch, a posic¸˜ao das p´as ´e limitada para um ˆangulo superior e inferior e tal posic¸˜ao ´e calculada a partir da potˆencia e velocidade de referˆencia proveniente do subsistema de con- trole do conversor. No subsistema aerodinˆamico/mecˆanico, o m´odulo aerodinˆamico recebe o ˆangulo das p´as como entrada e para uma potˆencia e ˆangulo de referˆencia, como sa´ıda, entrega ao m´odulo mecˆanico o torque aerodinˆamico [9], [11] e [12].
Neste trabalho, este ´ultimo m´odulo ´e representado por duas massas quando n˜ao especificado, cujo modelo compreende os eixos de baixa e alta velocidade, as massas rot´oricas da turbina e do gerador. A estrat´egia de controle utilizada refere- se ao controle da potˆencia reativa pelo aerogerador, em que a potˆencia reativa ´e fornecida e controlada durante per´ıodos transit´orios, no sentido de manter a tens˜ao terminal em n´ıvel adequado. Aqui, a tens˜ao de referˆencia ´e a tens˜ao terminal do parque e´olico. A unidade e´olica em estudo e adotada para o modelo gen´erico refere-se ao aerogerador GE 1.5 MW, da General Electric.
B. Modelo gen´erico para o aerogerador tipo D
O modelo gen´erico para o aerogerador tipo D compreende dois subsistemas, como pode ser observado na Figura 4. A seguir, apresenta-se uma breve descric¸˜ao sobre a relac¸˜ao entre os subsistemas.
Fig. 4. Subsistemas do aerogerador tipo D.
O modelo foi concebido considerando-se que as vari´aveis mecˆanicas do aerogerador n˜ao s˜ao relevantes, devido ao de- sacoplamento entre o aerogerador e a rede el´etrica, propor- cionado pelo conversor eletrˆonico de potˆencia, que rege o
comportamento do aerogerador [16]. Desta forma, o presente modelo ´e representado pelo sistema de controle do conversor referente ao lado da rede e o modelo do conversor/gerador.
Esta simplificac¸˜ao pode ser explicada pelo fato do controle da potˆencia reativa e da tens˜ao depender apenas do conversor ao lado da rede [4]. O subsistema de controle do conversor
´e respons´avel pelo controle das potˆencias ativa e reativa a serem entregues `a rede, via comandos de corrente para o gera- dor/conversor. No subsistema de controle do conversor, existe um limitador de corrente, que tem por finalidade prevenir a combinac¸˜ao de correntes excessivas ao conversor [9], [12] e [16]. A mesma estrat´egia de controle para o modelo anterior
´e aqui utilizada. A unidade e´olica em estudo e adotada para o modelo gen´erico refere-se ao aerogerador GE 2.5 MW, da General Electric.
IV. SISTEMA TESTE
O sistema el´etrico sul-brasileiro equivalente reduzido pode ser visualizado na Figura 5.
Fig. 5. Sistema el´etrico sul-brasileiro equivalente reduzido.
Este sistema possui 45 barras, 10 geradores s´ıncronos de modelo cl´assico (6625 MW / 27 Mvar), 24 cargas (6470 MW / 732 Mvar) e 6 reatores (880 Mvar). Os dados de fluxo de potˆencia do sistema e dinˆamicos dos geradores podem ser encontrados em [17]. Neste sistema, ser´a introduzido um parque e´olico, cujo diagrama pode ser observado na Figura 6.
Fig. 6. Sistema el´etrico de um parque e´olico.
Este sistema possui 4 barras, em que o ponto de inter- conex˜ao (POI), representa uma barra do sistema de 45 barras.
O parque e´olico ´e composto por 144 unidades de 1,5 MW cada para aerogeradores tipo C. Para aerogeradores tipo D, o parque totaliza 86 unidades de 2,5 MW cada. Os dados de fluxo de potˆencia do sistema e dinˆamicos dos aerogeradores podem ser encontrados em [9-11], [13] e [14]. O sistema teste compreende o sistema de 45 barras acrescentado do sistema do parque e´olico. Devido `a adic¸˜ao de potˆencia ao sistema de 45 barras, as cargas foram proporcionalmente aumentadas de forma a manter o balanc¸o de potˆencia no novo sistema. As conex˜oes ocorrem separadamente em duas barras, 374 e 396, cujas tens˜oes s˜ao de 230 kV.
V. SIMULAC¸ ˜OES
O sistema teste ´e simulado para um parque e´olico composto por um conjunto de aerogeradores, tipo C ou tipo D. Tamb´em,
´e simulado o sistema teste substituindo o parque e´olico por um gerador s´ıncrono de modelo cl´assico, de potˆencia equivalente e cujos dados dinˆamicos correspondem ao gerador s´ıncrono situado na barra 369. Os trˆes casos simulados s˜ao: caso I - sistema cujo parque e´olico ´e conectado `a barra 374, curto- circuito trif´asico s´olido aplicado muito pr´oximo `a barra 374, com a posterior retirada da linha 2, 374-504; caso II - a mesma falta ´e aplicada muito pr´oxima `a barra 504, com a retirada da mesma linha anterior; caso III - para o parque e´olico conectado `a barra 396, o curto-circuito trif´asico s´olido ´e aplicado muito pr´oximo a esta barra, com a posterior retirada da linha 396-437. Ao todo s˜ao realizadas nove simulac¸˜oes, compreendendo os trˆes casos para cada sistema de gerac¸˜ao.
O software PSS/E utiliza os dados de fluxo de potˆencia como condic¸˜oes iniciais para as simulac¸˜oes dinˆamicas. Para o fluxo de potˆencia, utiliza-se o m´etodo de Newton-Raphson e para as simulac¸˜oes dinˆamicas, utiliza-se o m´etodo de Euler modificado, cujo passo de integrac¸˜ao ´e de 0,008333 s.
VI. RESULTADOS
A seguir, apresentam-se os resultados das simulac¸˜oes.
A. An´alise I - comparac¸˜oes entre aerogeradores
Um sistema el´etrico de potˆencia ´e transitoriamente est´avel, se possui a capacidade de encontrar um ponto de operac¸˜ao est´avel ap´os a ocorrˆencia de um grande dist´urbio [18].
Em sistemas el´etricos de potˆencia que apresentam grandes penetrac¸˜oes de aerogeradores, os modelos gen´ericos de unidades e´olicas foram concebidos para investigar o compor- tamento dinˆamico das vari´aveis que pertencem a cada modelo, sejam de natureza el´etrica ou mecˆanica, para an´alises de estabilidade em curto per´ıodo de tempo e sistemas severamente perturbados [3] e [4]. A Figura 7 mostra o perfil da tens˜ao para o caso II, cuja durac¸˜ao da falta ´e de 166 ms. Nesta situac¸˜ao, o sistema ´e transitoriamente est´avel. A curva de suportabilidade a afundamentos de tens˜ao,Low Voltage Ride Through(LVRT), segue o padr˜ao determinado pelo Operador Nacional do Sis- tema El´etrico [19]. Verifica-se que o aerogerador tipo D viola a curvaLVRT, permitindo-se que o mesmo seja desconectado do sistema. Isto ocorre devido ao imediato decr´escimo do fornecimento de potˆencia reativa, conforme mostra a Figura 8. J´a o aerogerador tipo C consegue manter a tens˜ao em
n´ıveis adequados. Percebe-se que logo ap´os a falta e durante esta, ambos aerogeradores mant´em o fornecimento de potˆencia reativa ao sistema. Tanto a tens˜ao como a potˆencia reativa sofrem oscilac¸˜oes ap´os a eliminac¸˜ao da falta, de forma mais acentuada para o aerogerador tipo C.
Fig. 7. Tens˜ao terminal - vermelho: tipo C - azul: tipo D.
Fig. 8. Potˆencia reativa - vermelho: tipo C - azul: tipo D.
A Figura 9 mostra que para ambos os aerogeradores, a potˆencia ativa sofre um decr´escimo imediato no in´ıcio da falta e se mant´em em n´ıvel baixo durante esta. Logo ap´os a eliminac¸˜ao da falta, ocorrem oscilac¸˜oes acentuadas para o aerogerador tipo C.
Fig. 9. Potˆencia ativa - vermelho: tipo C - azul: tipo D.
Para o aerogerador tipo D, o desacoplamento total torna o mesmo menos sens´ıvel `as perturbac¸˜oes oriundas da rede.
Ainda que o modelo ignore as vari´aveis mecˆanicas, o mesmo representa de forma fiel o comportamento do aerogerador [16].
As Figuras 10 e 11 mostram o torque aerodinˆamico e o ˆangulo de pitchpara o aerogerador tipo C, cujo m´odulo mecˆanico ´e aqui representado por duas massas e por uma massa.
Fig. 10. Torque aerodinˆamico - vermelho: duas massas - preto: uma massa.
Fig. 11. Angulo deˆ pitch- vermelho: duas massas - preto: uma massa.
Percebe-se que o torque aerodinˆamico diminui no momento da falta. Isto ocorre devido `a atuac¸˜ao do controle depitch, que altera a posic¸˜ao das p´as de forma a limitar a potˆencia mecˆanica dispon´ıvel no rotor da turbina. As oscilac¸˜oes de alta frequˆencia para o m´odulo mecˆanico representado por duas massas tem origem nas torc¸˜oes dos eixos, que provocam deslocamentos angulares entre as extremidades destes [2], [3], [9] e [16].
B. An´alise II - comparac¸˜oes entre tempos cr´ıticos de abertura O tempo cr´ıtico de abertura (TCA), pode ser definido como o tempo m´aximo de durac¸˜ao da falta em que o sistema permanece est´avel [18]. A Tabela I mostra os TCAs para os casos e sistemas simulados.
TABELA I
COMPARAC¸ ˜OES ENTRE TEMPOS CR´ITICOS DE ABERTURA
Caso POI Barra da falta Tipo C Tipo D GS
I 374 374 166 ms 166 ms 91 ms
II 374 504 >1 s >1 s 166 ms
III 396 396 216 ms 225 ms 150 ms
Tipo C e Tipo D referem-se aos sistemas compostos por geradores s´ıncronos e aerogeradores tipo C ou tipo D e GS ao sistema composto somente por geradores s´ıncronos. Em todas as situac¸˜oes o TCA ´e superior para os sistemas que empregam aerogeradores. Este fato mostra que a capacidade que as unidades e´olicas possuem em controlar as potˆencias ativa e reativa durante a falta torna o sistema menos suscept´ıvel
`a instabilidade. Tamb´em, verifica-se que quanto mais pr´oxima a falta do parque e´olico, o sistema apresenta maior resistˆencia a perder a estabilidade. A Tabela I mostra que para o caso II e sistemas tipo C e tipo D, os TCAs s˜ao muito superiores `as demais situac¸˜oes. Salienta-se que os geradores s´ıncronos em estudo n˜ao apresentam reguladores de tens˜ao e de velocidade, o que torna os mesmos mais suscept´ıveis `a instabilidade.
C. An´alise III - sincronismo e aerogeradores
Tratando-se de geradores s´ıncronos, a estabilidade tran- sit´oria pode ser definida como a habilidade que o sistema apresenta em manter o sincronismo dos geradores quando su- jeito a severas perturbac¸˜oes [20]. A Figura 12 mostra o sincro- nismo entre os geradores s´ıncronos para o caso I. Observa-se na Figura 13, que ambos aerogeradores permanecem est´aveis.
Fig. 12. Angulo dos geradores s´ıncronos - tempo de abertura de 166 ms.ˆ
Fig. 13. Tens˜ao terminal - vermelho: tipo C - azul: tipo D.
Para o mesmo caso anterior, a Figura 14 mostra a perda de sincronismo entre os geradores s´ıncronos e a Figura 15 mostra que ambos aerogeradores n˜ao encontram um ponto de operac¸˜ao est´avel ap´os a eliminac¸˜ao da falta. Para os trˆes casos simulados, se os geradores s´ıncronos perdem o sincronismo, os aerogeradores n˜ao mais operam de forma est´avel.
Fig. 14. Angulo dos geradores s´ıncronos - tempo de abertura de 167 ms.ˆ
Fig. 15. Tens˜ao terminal - vermelho: tipo C - azul: tipo D.
VII. CONCLUSOES˜
Da an´alise I, observa-se que o comportamento dinˆamico de ambos aerogeradores s˜ao coerentes com as caracter´ısticas apresentadas nas sec¸˜oes II e III. Da an´alise II, conclui- se que os sistemas el´etricos de potˆencia compostos por aerogeradores de velocidade vari´avel apresentam TCAs su- periores para os casos simulados, o que revela o impacto positivo destes em estabilizar o sistema. Se os modelos dos geradores s´ıncronos apresentassem reguladores de tens˜ao e de velocidade, certamente os resultados seriam diferentes no contexto da estabilidade transit´oria e as diferenc¸as entre os TCAs mostrariam-se provavelmente reduzidas. Tamb´em, para o sistema que apresenta geradores s´ıncronos e aerogeradores de velocidade vari´avel, mostra-se que as faltas que ocorrem mais pr´oximas ao parque e´olico provocam menores impactos aos geradores s´ıncronos. Da an´alise III, verifica-se que em todos os casos simulados, a perda de sincronismo entre os geradores s´ıncronos provoca oscilac¸˜oes ao sistema, de tal forma a impossibilitar a operac¸˜ao est´avel dos aerogeradores.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem `a CAPES pelo aux´ılio financeiro proporcionado `a realizac¸˜ao desta pesquisa.
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[19] ONS,Procedimentos de Rede - Subm´odulo 3.6, rev. 1.1, 2010.
[20] P. Kundur,Power System Stability and Control, 1a ed. Palo Alto, Estados Unidos da Am´erica: McGraw-Hill, 1994.
Alexandre Prod´ossimo Sohn ´e mestrando em Engenharia El´etrica pela Escola de Engenharia de S˜ao Carlos, da Universidade de S˜ao Paulo, na ´area de Sistemas El´etricos de Potˆencia, atuando nas linhas de pesquisa de sistemas de convers˜ao de energia e´olica, m´aquinas el´etricas, estabilidade transit´oria e estabilidade de tens˜ao.
Possui graduac¸˜ao em Engenharia Industrial El´etrica com ˆenfase em Eletrot´ecnica pela Universidade Tecnol´ogica Federal do Paran´a (2011). Possui formac¸˜ao profissional em Eletrot´ecnica Industrial pelo SENAI (2004). Membro estudante do IEEE e SBA desde 2012.
Lu´ıs Fernando Costa Alberto ´e professor associado do De- partamento de Engenharia El´etrica e de Computac¸˜ao da Escola de Engenharia de S˜ao Carlos, da Universidade de S˜ao Paulo, Diretor Secret´ario da Sociedade Brasileira de Autom´atica (2013-2014) e membro do Comitˆe T´ecnicoPower and Energy Circuits and Systems doIEEE Circuits and System Society. ´E autor do livro An´alise de Estabilidade de Sistemas Eletroenerg´eticos e de um cap´ıtulo de livro sobre estabilidade e equil´ıbrio que foi publicado na Enciclop´edia de Autom´atica da SBA. Graduou-se em Engenharia El´etrica pela EESC, USP (1995). ´E mestre (1997) e doutor (2000) em Engenharia El´etrica pela EESC, USP, ingressando nesta como professor em 2002. Participou de est´agio p´os-doutoral em Cornell University (2005) e foi professor visitante desta universidade por um per´ıodo de um ano (2012).
Membro do IEEE desde 1994 e da SBA desde 2009. Recebeu o prˆemio Instituto de Engenharia em 1995 por ter sido o melhor aluno da EESC naquele ano.
