Forum de Proteção e Automação - CONPROVE

MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE GERADORES 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 com geradores síncronos, podemos destacar: máquinas síncronas (entrada de dados por circuito equivalente ou por dados de gerador e com possibilidade de acessos aos enrolamentos para conexões externas), reguladores de tensão, estabilizadores, turbinas hidráulicas, turbinas a vapor, entre outros.

A seguir, serão mostrados alguns dos estudos com geradores síncronos possibilitados pelo software PS Simul. Estes estudos estão disponíveis na versão FREE do software podendo ser acessados utilizando a aba “Suporte -> Exemplos”. 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

PERDA DE EXCITAÇÃO EM GERADORES

Para este caso, existem duas zonas de atuação para a proteção de subexcitação. A primeira com centro calculado por C2 =(Xd + X'd)/2, raio calculado por R2 =(Xd/2) e temporização de 10 segundos. Tal temporização é para que a trajetória com característica de balanço de potência não seja confundida com perda de excitação. A segunda zona, mais interna, possui centro calculado por C1 =(Zb + X'd)/2, raio calculado por R1 = (Zb/2) e temporização de 0,5 segundo. Dependendo do carregamento do gerador, a trajetória irá atingir essas zonas em uma perda de excitação. É válido ressaltar que ambas as zonas possuem offset de X'd/2.

Para o caso simulado, teremos os seguintes valores calculados para as duas zonas:

Zona 1:
CENTRO = (Xd + X'd)/2 = ( 2,4 + 0,2)/2 = 1,3
RAIO = (Xd/2) = (2,4/2) = 1,2

Zona 2:
CENTRO = (Zb + X'd)/2 = (8 + 0,2)/2 = 4,1
RAIO = (Zb/2) = (8/2) = 4

Cálculo OFFSET:
OFFSET = X'd/2 = 0,2/2 = 0,1

Onde:
Zb: impedância base da máquina;
X'd: reatância transitória da máquina;
Xd: reatância síncrona da máquina.

O sistema de potência modelado para essa análise segue representado na figura 1.


Após a ocorrência de perda de excitação, algumas características podem ser verificadas no sistema:

•Máquina passa a operar fora do sincronismo (modo assíncrono), com velocidade acima da síncrona;
•Máquina passa a absorver reativo do sistema;
•Pode-se verificar a variação da impedância vista nos terminais do gerador, o que tende a sensibilizar a função de proteção de perda de excitação (40).

A figura 2 mostra os resultados obtidos com a simulação da perda de excitação, onde podemos constatar os itens supracitados.


Visando verificar se haverá atuação da função de proteção (40), foram traçadas as zonas definidas juntamente com a trajetória de impedância constatada. Pela análise da figura 3, constata-se que houve entrada na zona interna no instante t = 5,52 s e saída em aproximadamente 6,19 s, o que sensibilizará o TRIP da função por sua zona interna com temporização de 0,5 s.


REGULAÇÃO DE TENSÃO EM SISTEMAS COM MÁQUINAS SÍNCRONAS

Neste exemplo, foram utilizados dois componentes RLC trifásicos que representam cargas RL série com potência de 80 MVA e fator de potência de 0,8 cada, conforme ilustra a figura abaixo.


A máquina síncrona é iniciada em regime permanente com tensão nominal em seus terminais alimentando apenas uma carga de 80 MVA. No instante t = 1 s, a segunda carga de 80 MVA é inserida no sistema. Para fins de simplificação, foi considerada uma variação brusca na entrada de potência mecânica da máquina (valor é dobrado em t = 1 s) no instante de inserção da segunda carga.

A modelagem do regulador de tensão foi realizada exclusivamente com o uso de blocos do grupo de Controles do PS Simul.

Na figura abaixo, podemos verificar as respostas de tensões e correntes terminais da máquina, assim como a tensão de campo durante a simulação. Com isso, pode-se analisar a estabilização do sistema em um novo ponto de operação após a ocorrência de chaveamento. É válido ressaltar que a velocidade de resposta do regulador de tensão pode ser alterada por variações nos parâmetros de ganhos e constantes de tempo da malha de controle.


ANÁLISE DO ESFORÇO MECÂNICO DE GERADORES DIANTE DE SINCRONIZAÇÃO ERRÔNEA

Neste caso simulamos dois sistemas elétricos separados por uma chave que, a priori, está aberta, conforme mostra a figura abaixo.


Posteriormente, realizamos algumas simulações com o intuito de avaliar o esforço mecânico necessário para o sincronismo entre os dois sistemas, caso o ângulo de defasagem entre estes no momento da sincronização seja de: 0°, 20°, 50° e 80°. Com a variação destes ângulos, espera-se que quanto maior a defasagem entre os sistemas elétricos no momento da conexão, maior será o esforço mecânico necessário para o sincronismo entre eles. Tal esforço mecânico será avaliado principalmente pela potência acelerante, definida por:

Pa (Pot. Acelerante) = Pm (Pot. Mecânica) – Pe (Pot. Elétrica)

Os resultados obtidos estão ilustrados na figura a seguir, onde comprova-se que a potência acelerante (esforço da máquina para sincronização) aumenta com o aumento da defasagem angular no momento da sincronização.


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.