4.2 Pot1 YbusMutua Abilio
Texto
(2) Ementa 2. 1.. Aspectos gerais dos sistemas elétricos de potência;. 2.. Revisão de (i) circuitos trifásicos, (ii) representação de componentes de rede, (iii) representação por unidade (p.u.) e (iv) componentes simétricos com abordagem sistêmicos aplicados a sistemas elétricos de potência;. 3. 4. 5.. ) F FJ. U ( z i r a V . M o simétrico e assimétrico; Cálculo de curto-circuito i l i b A Representação matricial da topologia de rede (matriz . f o admitância nodal, Ybarra); r P Cálculo matricial e computacional de curto circuito;. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(3) Representação Matricial de uma Rede 3. Para um SEP com N barras, todas as tensões e correntes nodais são. relacionadas pelo seguinte sistema matricial:. Y 1N V1 Y 2 N V2 . Y NN VN . I1 Y 11 Y 12 I 2 Y 21 Y 22 I N Y N 1 Y N 2. o i l i b. Vetor I . . BARRA. . V. A . of. r P Matriz Y. Vetor com as tensões nodais da rede bus. . U ( izI Y. Vetor com as injeções de corrente em cada um dos nós da rede. Vetor V . . M. r a V. ) F FJ. I Y BUS . V . (Ybarra). É a matriz admitância nodal da rede.. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(4) Formação da Matriz Admitância Nodal 4. Montagem da Matriz Ybus Através do Grafo da Rede Montagem Direta. U ( z Y Y Y ri a V Y Y Y Y M. o l i i b Y Y Y A . f o Pr I Y . V BUS. 11. 12. 1N. 21. 22. 2N. N1. N2. NN. ) F FJ. BUS. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(5) Montagem Direta -Desenvolvimento matemático 5. 1ª Lei de Kirchhoff. I i I i 0 I i1 I i 2 ... I in. Onde:. . ) F FJ. I i 0 yi 0 (Vi V0 ) yi 0Vi I i1 yi1 (Vi V1 ). U ( z i r a V I y (V V ) . M o i l i I y (V V ) b A . f o Pr I y V y (V V ). I i 2 yi 2 (Vi V2 ) ij. ij. in. in. i. j. i. n. n. . Reescrevendo em função de V:. i. i0 i. ij. i. j. j 1. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(6) Desenvolvimento matemático 6. Para todas as barras de um SEP com n barras tem-se que a. corrente injetada em um nó é dada por:. U ( z i r a V . I y V y (V M V) o i l i Ab . f o r IP y V y (V V ) n. I1 y10V1 y1 j (V1 V j ). ) F FJ. j 1 n. 2. 20 2. 2j. 2. j. nj. n. j. j 1. n. n. n0 n. j 1. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(7) Desenvolvimento matemático 7. Reescrevendo as expressões em função das tensões nodais:. ) F FJ. n I1 y10 y1 j V1 y12 V2 ... y1i Vi ... y1n Vn j 1 n I 2 y21 V1 y20 y2 j V2 ... y2i Vi ... y2 n V2 j 1 . U ( z i r a V . M o i I y V yil V ... y y V ... y V b A . f o PI r y V y V ... y V ... y y V n. i. i1. 1. i2. i0. 2. ij. i. in. n. j 1. n. n. n1. 1. n2. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. 2. ni. i. . n0. nj. j 1. . n. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(8) Desenvolvimento matemático 8 n I1 y10 y1 j V1 y12 V2 ... y1i Vi ... y1n Vn j 1 n I 2 y21 V1 y20 y2 j V2 ... y2i Vi ... y2 n V2 j 1 . U ( z i r a V . M o I i V l Relação I x V: i b A I V . f ? . o r P . I n yn1 V1 yn 2 V2 ... yni. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. Vi ... yn 0 . ) F FJ. ynj Vn j 1 n. 1. 1. 2. 2. I N . VN . An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(9) Desenvolvimento matemático 9 n I1 y10 y1 j V1 y12 V2 ... y1i Vi ... y1n Vn j 1 . U ( z i r a . V M o i l i b A . f o Pr . I n yn1 V1 yn 2 V2 ... yni Vi ... yn 0 ynj Vn j 1 n. I1 I2 IN . n y y y12 10 1j j 1 n y21 y20 y2 j j 1 yn1 yn 2 . Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. ... .... .... ) F FJ. y1n y2 n n yn 0 ynj j 1 . V1 V2 VN . . An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(10) Desenvolvimento matemático 10. I1 I2 IN . n y y y12 10 1 j j 1 n y y20 y2 j 21 j 1 y yn 2 n1 . .... y1n y2n n yn 0 ynj j 1 . V1 V2 VN . . ) F FJ. U ( z i r a V . M o i l i I Y Y Y V b A I Y . V . Y V I Yof Y . r P I Y . V 1. 2. I N . 11. 12. 1N. 21. 22. 2N. 1. .... BUS. 2. Y N 1 Y N 2 Y NN VN . Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. .... BARRA. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(11) Representação Matricial de uma Rede 11. Y 1N V1 Y 2 N V2 . Y NN VN . I1 Y 11 Y 12 I 2 Y 21 Y 22 I N Y N 1 Y N 2. . ) F FJ. U ( z i r a Portanto de: V . M I y V y Vo ... y y V ... y V i l i b A . f Tem-se que os elementos da matriz Ybarra são calculados por: o Pr Y y Y y y n. i. i1. i2. 1. 2. i0. ij. i. in. n. j 1. . n. ik. ik. ii. i0. . ij. j 1. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(12) Matriz Admitância Nodal (Ybarra, Ybus) 12. Y . . .... y1n y2 n n yn 0 ynj j 1 . ) F FJ. U ( z i r a V . M o i Elemento da DiagonalilPrincipal: Y y y b A . f o r P Elemento Fora da Diagonal. BUS. . Y 11 Y 12 Y 21 Y 22 Y N 1 Y N 2. n y12 y10 y1 j j 1 Y 1 N n Y 2 N y21 y y 20 2 j j 1 Y NN y yn 2 n1 . . .... .... n. . Somatório de todas as admitâncias conectadas à barra. ii. i0. ij. j 1. . . Negativo da admitância entre barras. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. Y ik yik. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(13) Formação da Ybus – Elemento Shunt 13. Contribuição de Elemento em Derivação em Ybus:. ) F FJ. Ip 0 y p 0Vp 0. . o i l i b. p0. Na posição PP (diagonal):. y A . f o r Nas P demais posições: p0. . . M. U ( Viz z I r a V. 0 Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. Y BUS. p0 p0. Y 11 Y 12 Y 21 Y 22 Y N 1 Y N 2. Y 1N Y 2N Y NN . An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(14) Formação da Ybus – Elemento Série 14. Contribuição de Elemento Série em Ybus:. ) F FJ. Ipq y pqVpq. . . ilio. . M. U ( z z I i V r a V pq. Na posição PP e QQ (diagonal):. b A y pq. . f o Narposição PQ e QP (fora da diag.): P y pq. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. Y BUS. pq pq. Y 11 Y 12 Y 21 Y 22 Y N 1 Y N 2. Y 1N Y 2N Y NN . An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(15) Formação da Ybus – Transformador 15. Trafo Defasador (km) com Tap variável (a km):. ) F FJ. m. k. U ( z i r I a y jb V a a e y V V . I a e o y M V y jb V i l i b A e cos( ) jsen( ) 1 . of 1:akme. km. 2 km. km. j km. ykm. j km. sh km. k. km. j km. mk. km. km. k. km. km. sh km. m. m. j. . r P P/ trafo sem tap e em PU tem-se:. akm = 1;. . P/ trafo sem defasagem tem-se:. km = 0, ejkm = 1. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(16) Formação da Ybus – Transformador 16. Contribuição Trafo em Ybus: . Na posição KK (diagonal):. . 2 sh akm ykm jbkm. . Na posição MM (diagonal):. . sh km. ykm jb. . . . M. . r a V. o i l i b a e y a (cos A . f o r Na posição MK (fora da diag.): P. Y BUS. Y 1N Y 2N Y NN . Na posição KM (fora da diag.): j km. km. . ) F J F U ( iz Y 11 Y 12 Y 21 Y 22 Y N 1 Y N 2. . km. km. km. jsen km )( ykm ). . akm e jkm ykm akm (cos km jsen km )( ykm ). Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(17) Exemplo 1 17. Y BUS. Y 11 Y 12 Y 21 Y 22 Y N 1 Y N 2. Y 1N Y 2N Y NN . ) F FJ. U ( z i r a Y y y Y y V . M o i l i b y y y A y y . f o YPr y y y y y y y y y y n. ii. i0. ik. ij. ik. j 1. 1. 4. 6. 4. 6. BUS. 4. . Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. 6. 2. 4. 5. 5. 5. 3. 6. 5. . An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(18) Exemplo 2 18. Calcule as matrizes Ybus. ) F FJ. e Zbus e as Tensões nodais do sistema ao lado, onde:. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr . Os valores de admitâncias de cada circuito são dados;. . Os valores das fontes de corrente são: . . Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. I1= - j1,20 pu I2= -0,72 – j.0,96 pu I3= - j1,20 pu. A barra 0 é o Terra. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(19) Exemplo 2 - Solução 19. Matriz Ybus Diagonal Principal. . U ( z i r a V . M o i l i Fora da Diagonal b A . f o Pr. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. ) F FJ. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(20) Exemplo 2 - Solução 20. Sistema matricial:. I Y. . V . U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr BUS. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. ) F FJ. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(21) Exemplo 2 - Solução 21. I Y BUS . V . U ( z i r a V . V Y . I Z . Io M i l i b A . f o Pr BUS 1. ) F FJ. BUS. -1. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(22) Montagem de Ybarra com Mútuas 22. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr. ) F FJ. Yprimitiva = 1/Zprimitiva. Zprimitiva. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(23) Montagem de Ybarra com Mútuas 23. Desenvolvendo a expressão com matriz Yprimitiva:. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. ) F FJ. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(24) Montagem de Ybarra com Mútuas 24. Substituindo:. . U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr Tem-se:. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. ) F FJ. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(25) Montagem de Ybarra com Mútuas 25. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr. ) F FJ. Note que os blocos da diagonal principal são as da matriz Ybarra sem mútua. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(26) Montagem de Ybarra com Mútuas 26. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr. ) F FJ. Circuito equivalente com acoplamento mútuo. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(27) Montagem de Ybarra com Mútuas 27. Transformar para o. ) F FJ. circuito equivalente abaixo:. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr -1. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(28) Montagem de Ybarra com Mútuas 28. Procedimento para montagem de Ybarra com Mútua: 1. 2. 3. 4.. 5.. ) F FJ. Determinar a matriz Zprimitiva dos elementos com mútua;. U ( z i r Montar a matriz Ybarra sem considerar a mútua, y ; a V . Incluir o efeito das mútuas somando-se y aos elementos da M oterminais igualmente marcados; i l matriz referentes aos i b A . Incluir o efeito das mútuas subtraindo-se y dos elementos f o r Pda matriz referentes aos terminais marcados diferentemente. Obter a matriz Yprimitiva através da inversão da Zprimitiva;. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. m. m. m. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(29) Exercício 3 29. Seja. o SEP abaixo onde z12=z34=j0,25pu zm=j0,15pu. Determine a matriz Ybarra.. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. ) F FJ. e. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(30) Exercício 3 - Solução 30. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. ) F FJ. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(31) Exercício 4 31. Seja. o SEP abaixo onde z13=z23=j0,25pu zm=j0,15pu. Determine a matriz Ybarra.. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. ) F FJ. e. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(32) Exercício 4 - Solução 32. U ( z i Ybarra com Mútua: r a V . M o i l i b A . f o Pr Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. ) F FJ. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(33) Matriz Zbus e o Equivalente de Thevenin 33. Z Y BUS. BUS. Z 11 Z 21 1 Z N 1. Z 1N Z 2N Z NN . Z 12 Z 22. ) F FJ. U ( Z z i r a V vista do nó K: Impedância Equivalente de Thevenin . M oZ Z i l i b A . Impedância Equivalente de Thevenin vista dos nós K e M: f o r P Z Z Z 2Z ThK. ThKM. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. kk. . N2. kk. mm. km. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(34) Obtenção de um único elemento da Zbus 34. Z BUS. Y 11 Y 12 Y 21 Y 22 Y N 1 Y N 2. . -1. Z 11 Y 1N Y 2N Z 21 Y NN Z N1. Z 12 Z 22 . Z 1N Z 2N Z NN . ) F FJ. U ( z i Obtenção dos elementos da coluna K de Zbus sem a necessidade de r calcular todos os elementos de Zbus: Va . ... Y ... YM Z 0 Y o i l i b I Y f....AY ... Y . Z r o P . Z N2. . Faz-se Ik = 1. 11. 1K. 1N. 1K. e calcula-se o vetor [Z1k ... Zkk]T através da triangularização da. K. 0 . K1. KK. Y N 1. ... Y NK. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. KN. KK. Ybus.. ... Y NN Z NK . An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(35) Exercício 5 35. Calcule a Corrente de Curto Trifásico de. todas as barras do exemplo 2. . . Do exemplo 2 tem-se:. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr. . Tensão Pré-falta. . Matriz Zbus. Lembrando que:. ) F FJ. I curto E1 3k Z1. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(36) Sistema Matricial Trifásico 36. I Y 11 Y 12 I Y 21 Y 22 Iabc Y N N1 Y N 2 abc 1 abc 2. Y 1N Y 2N Y NN . abc. V1abc V abc . 2 V abc N . U ( z i r a V . M o Y y y Y Y ilYi b Y fY. AY Y Y o Y Y r P Y y abc. ij. aa ij ba ij ca ij. ab ij bb ij cb ij. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. ac ij bc ij cc ij. abc ii. ) F FJ. I abc i. abc Prim i0. n. Iia b Ii Iic . . abc Prim ij. j 1. abc ik. abc Prim ik. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(37) Formação da Matriz Ybus Trifásica 37. Elemento Série Trifásico:. P. Q A. A. Z’A. B. C. VAPQ z ' A PQ VB z ' BA V PQ z ' C CA. ) F FJ. Uz' ( z i r a V V z . M o i I y l i b A . z' f o Pr y z z' Z’AB. Z’AC. Z’B. Z’BC. Z’C. B. abc pq. C. abc pq. abc Prim pq. 1 abc Prim pq. z ' AC IAPQ z ' BC . IBPQ z 'C ICPQ . z ' AB z'B CB. abc Prim pq. abc Prim pq. A. BA. z 'CA Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. . . I abc pq. . abc . Vpq. z ' AB z'B z 'CB. z ' AC z ' BC z 'C . An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2). 1.
(38) Formação da Matriz Ybus Trifásica 38. Elemento em Derivação Trifásico: . y. Conectado em Estrela (Y):. . y. ) F FJ. U ( z i r a V . M o i l i b y z y. A y y y f o y z Pr y y y y y' y y y . Prim abc estrela. yA . z A y C . yB. 1. zB. 1. 1 z C . Conectado em Triângulo (Delta). AB. abc Prim delta. CA. AB. . CA. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. AB. BC. AC. AB. BC. BC. CA. BC. . 1. AB. AB. BC. BC. 1. y CA z CA. 1. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(39) Exercício 6 39. Nas figuras abaixo são apresentados os sistemas de. sequencia positiva e zero de um SEP.. U ( z i r a V . M o i l i b A . f o Pr. Determine: as matrizes Ybarra de sequência positiva, negativa e zero. As potências de curto monofásico e trifásico de todas as barras do sistema.. Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. ) F FJ. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(40) Exercícios 40. Exemplo 1. U ( z i r Exercício 3 a V . M Exercício 4 o i l i b A . f 5 Exercício o Pr Exemplo 2. ) F FJ. Exercício 6 Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
(41) Informações 41. Aulas: . Presença obrigatória. U ( Dúvidas: z i r E-mail: prof.variz@gmail.com a V2º Andar. Atendimento pessoal: Galpão do PPEE, . M o i l i Informações, Avisos e Material Didático: b A sites.google.com/site/profvariz/ . f o www.ufjf.br/abilio_variz/ r P tinyurl.com/profvariz. ) F FJ. . . Abilio M. Variz - UFJF - Eng. Elétrica. An. de Sist. Elét. de Potência 1 (4.2).
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