MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE COMPENSADORES UTILIZANDO O SOFTWARE PS SIMUL
O software PS Simul, criado com a finalidade principal de permitir ao usuário modelar os mais variados e complexos componentes dos sistemas de potência/controle e simular transitórios eletromagnéticos e eletromecânicos, possui uma interface bastante intuitiva e amigável, utilizando uma série de recursos que facilitam a entrada de dados em geral, assim como a obtenção e avaliação de resultados.
Além disso, o PS Simul disponibiliza uma biblioteca com mais de 400 elementos a seus usuários. Dentre os modelos que possibilitam estudos relacionados à compensação de SEP’s, podemos destacar: compensadores série capacitivos (incluindo MOV’s e chaves bypass), compensadores série controlados por tiristores (TCSC), reatores shunt controlados por tiristores (TCR), capacitores shunt controlados por tiristores (TSC), compensador estático shunt (SVC), entre outros.
A seguir, serão mostrados alguns dos estudos possibilitados pelo software PS Simul utilizando compensadores. Estes estudos estão disponíveis na versão FREE do software podendo ser acessados utilizando a aba “Suporte -> Exemplos -> G12 – Compensação de SEP’s”. Dessa forma você poderá abrir os exemplos, verificar parâmetros utilizados nas simulações e visualizar as formas de onda disponibilizadas. Para realizar o download da versão FREE e acessar tais exemplos, utilize o link abaixo:
http://www.conprove.com.br/pub/i_ps_simul.html
COMPENSADOR ESTÁTICO SHUNT COMO REGULADOR DE TENSÃO
Este exemplo demonstra a utilização de um compensador estático de reativo (+280 MVAr/ -100 MVAr) como regulador de tensão em um sistema de potência (6000 MVA / 735 kV). O sistema de potência modelado segue mostrado na figura abaixo.
Anexo:
Comentário sobre o Arquivo: Fig. 1 – Sistema de potência modelado no PS Simul.
FIG. 1 - SEP.png [ 8.75 KiB | Visualizado 24071 vezes ]
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O compensador neste caso, consiste de um transformador de acoplamento de 400 MVA, um banco de reatores controlado por tiristores (100 MVAr) e quatro estágios de bancos capacitivos controlados por tiristores (280 MVAr dividido em quatro estágios iguais).
O controle interno realiza o monitoramento da tensão do primário do transformador de acoplamento para gerar o ângulo de ativação ideal aos tiristores do banco de reatores, além do sinal de habilitação para os bancos capacitivos. Abaixo seguem ilustrados alguns detalhes do compensador utilizado.
Anexo:
Comentário sobre o Arquivo: Fig. 2 – Detalhes do compensador utilizado na simulação.
FIG. 2 - SVC_DET.png [ 61.85 KiB | Visualizado 24071 vezes ]
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Para demonstrar a atuação do compensador na regulação de tensão do sistema, foram simuladas ocorrências de sub e sobretensões na fonte principal do sistema equivalente.
No instante de 0,1 segundo, o sistema é submetido a uma sobretensão elevando as tensões primárias a 1,03 pu. Com isso, observamos a atuação do controle alterando o ângulo de ativação para geração de pulsos do TCR de maneira a manter a tensão próxima de 1,01 pu. Já no instante de 0,6 segundos, o sistema sofre uma subtensão para 0,95 pu, o que leva o controlador a ativar 3 estágios capacitivos de forma a manter a tensão próxima aos níveis de referência. Por fim, no instante de 1,1 segundos, o nível de tensão do sistema retorna ao inicial, conforme mostra a figura abaixo.
Anexo:
Comentário sobre o Arquivo: Fig. 3 – Tensão medida no ponto de conexão do compensador (vermelho) comparada com tensão de referência (azul).
FIG. 3 - RES_SVC.png [ 11.12 KiB | Visualizado 24071 vezes ]
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É importante salientar que o sistema do compensador, neste exemplo representado por apenas um bloco, poderia ser substituído pelo sistema mostrado na figura 2 (sem interferência nos resultados). Além disso, através dos resultados obtidos, foi possível constatar que o compensador operou satisfatoriamente como regulador de tensão do sistema.
COMPENSADOR SÉRIE CONTROLADO POR TIRISTORES
Neste exemplo, utilizamos um TCSC para realizar a compensação em uma linha de transmissão longa de 500kV (representada neste caso por um circuito RL), a fim de aumentar os níveis de transferência de potência. O sistema modelado segue ilustrado na figura abaixo.
Anexo:
Comentário sobre o Arquivo: Fig. 4 – Sistema de potência modelado no PS Simul.
FIG. 4 - TCSC.png [ 9.55 KiB | Visualizado 24071 vezes ]
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Sem o TCSC a transferência de potência é de cerca de 110MW, como visto durante os primeiros 0,5s da simulação, quando o TCSC é desviado por sua chave bypass. O TCSC consiste em um capacitor fixo e um Reator Controlado por Tiristor (TCR) paralelo por fase. A compensação nominal é de 75%, usando apenas os capacitores (ângulo de disparo de 90 °).
Como se pode constatar no controle utilizado, o TCSC pode operar em modo capacitivo ou indutivo, embora o modo indutivo seja raramente utilizado na prática. Levando-se em conta que a ressonância para este TCSC está em torno do ângulo de ativação de 58°, não se sugere a operação entre os ângulos de 48° - 68°. O modo capacitivo é conseguido com ângulos de disparo de 69-90°. A impedância é mais baixa em 90°, e, portanto, a transferência de potência aumenta à medida que o ângulo de disparo é reduzido. No modo capacitivo a faixa de valores de impedância é de aproximadamente 120-136 Ohm. Esta faixa corresponde a uma faixa de transferência de energia de aproximadamente 490-830MW (compensação de 100% -110%). Comparando com a transferência de potência de 110 MW com uma linha não compensada, o TCSC permite uma melhoria significativa no nível de transferência de potência.
Para alterar o modo de funcionamento (modo indutivo / modo capacitivo/ alpha manual), utilize a combobox dentro do bloco de controle do TCSC. O modo indutivo corresponde aos ângulos de disparo 0-47°, e a menor impedância é conseguida com 0°. No modo de operação indutiva, a faixa de impedâncias é 19-60 Ohm, que corresponde a 100-85 MW de nível de transferência de potência. O modo indutivo reduz a transferência de energia sobre a linha.
Visando testar a eficácia deste compensador no aumento da potência transferida, o mesmo foi parametrizado no modo de operação capacitivo e, foram simuladas as seguintes situações durante a simulação:
1. Até o instante de 0,5 segundo, a chave bypass está fechada. Com isso espera-se uma transferência de potência trifásica na faixa de 110 MW;
2. Do instante de 0,5 segundo até 2,5 segundos a chave bypass está aberta e a impedância de referência do controle é de 120 Ω. Com tal impedância, espera-se a transferência de potência na faixa de 490 MW;
3. Do instante de 2,5 segundos até o fim da simulação, a impedância de referência foi alterada para o valor de 135 Ω. Com tal impedância, espera-se uma transferência de potência em torno de 800 MW.
A potência trifásica transferida nas condições supracitadas está ilustrada no gráfico da figura 5, mostrada abaixo.
Anexo:
Comentário sobre o Arquivo: Fig. 5 – Potência trifásica transferida nas condições simuladas.
FIG. 5 - RES_TCSC.png [ 13.48 KiB | Visualizado 24071 vezes ]
FIG. 5 - RES_TCSC.png [ 13.48 KiB | Visualizado 24071 vezes ]
Através dos resultados obtidos, foi possível constatar que o compensador operou satisfatoriamente no aprimoramento da potência transferida pelo sistema, atingindo limiares esperados quando solicitado nas simulações.
OUTROS EXEMPLOS E POSSIBILIDADES
Além dos exemplos mencionados nessa publicação, o software disponibiliza outros que podem ser acessados pela aba Suporte -> Exemplos. Por isso, recomendamos que você realize o download da versão FREE para conhecer tanto os componentes disponibilizados quanto os exemplos prontos. Nossa equipe de suporte técnico ficará à disposição para sanar quaisquer dúvidas relacionadas ao software PS Simul.
Dê sua sugestão, caso haja algum estudo de seu interesse que não consta entre os ressaltados aqui.