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.
Anexo:
Comentário sobre o Arquivo: Fig. 1 – Sistema de potência modelado no PS Simul.
FIG. 1 - SEP_1.png [ 10.78 KiB | Visualizado 32101 vezes ]
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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.
Anexo:
Comentário sobre o Arquivo: Fig. 2 – Resultados obtidos com a simulação da perda de excitação.
FIG. 2 - RES_1.png [ 51.26 KiB | Visualizado 32101 vezes ]
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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.
Anexo:
Comentário sobre o Arquivo: Fig. 3 – Análise da trajetória de impedância e zonas de proteção.
FIG. 3 - ANALISE_1.png [ 157.99 KiB | Visualizado 32101 vezes ]
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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.
Anexo:
Comentário sobre o Arquivo: Fig. 4 – Sistema de potência modelado.
FIG. 4 - SEP_2.png [ 13.32 KiB | Visualizado 32101 vezes ]
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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.
Anexo:
Comentário sobre o Arquivo: Fig. 5 – Resultados obtidos com a simulação da entrada de carga.
FIG. 5 - RES_2.png [ 25.24 KiB | Visualizado 32101 vezes ]
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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.
Anexo:
Comentário sobre o Arquivo: Fig. 6 – Sistema de potência modelado.
FIG. 6 - SEP_3.png [ 10.39 KiB | Visualizado 32101 vezes ]
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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.
Anexo:
Comentário sobre o Arquivo: Fig. 7 – Resultados obtidos com as simulações.
FIG. 7 - ANALISE_1.png [ 30.4 KiB | Visualizado 32101 vezes ]
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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.