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PORTFÓLIO ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA

 

Curso: Engenharia Elétrica

 

Semestre: 9ºFlex/10º Regular

 

Prezados alunos,

 

Sejam bem-vindos a este semestre!

A proposta de Produção Textual Interdisciplinar em Grupo (PTG) terá como temática: Análise e Dimensionamento de Sistema Elétrico de Potência. A temática foi escolhida a fim de possibilitar a aprendizagem interdisciplinar dos conteúdos desenvolvidos nas disciplinas desse semestre.

 

SITUAÇÃO GERADORA DE APRENDIZAGEM (SGA)

O cenário do Sistema Elétrico de Potência (SEP) é muito amplo, e cada aplicação possui suas características especiais. Um cenário típico que pode ser encontrado é o de pequenos centros de carga rurais ligados por linhas de transmissão e com unidade geradora de backup. Esses centros de carga são geralmente alimentados através de grandes linhas de transmissão, além de possuírem unidades geradoras próximas, para o caso de ocorrência de faltas permanentes na linha de transmissão.

Como o sistema deve ser capaz de operar e detectar falhas ao longo de todos os elementos e barras, deve-se alocar dispositivos de proteção para as cargas, unidades geradoras, linhas de transmissão e qualquer outro dispositivo presente no SEP. Além disso, visto que o centro de cargas rurais é isolado, deve existir uma pequena central de coleta de informações e transmissão de dados, para estabelecer uma comunicação confiável com o sistema supervisório central da concessionária

local. Para isto, vários equipamentos eletrônicos e sensores sensíveis são instalados em pontos estratégicos. Visto que o centro de cargas é de pequeno porte, pode-se utilizar diversos tipos de geradores locais, mas o que está sendo utilizado possui o diesel como fonte de energia. Um grupo gerador de eletricidade que utiliza esse combustível, é constituído basicamente por um motor a combustão acoplado a um gerador síncrono. Porém, para que seja possível a entrada em funcionamento desse sistema, são necessários diversos circuitos elétricos e eletrônicos, que permitam o acionamento do grupo gerador no momento desejado. Para a utilização de um grupo gerador em situações de falta, quando não há energia elétrica sendo fornecida pela concessionária, é necessário ainda que o sistema possua um mínimo controle das válvulas de injeção de combustível, para garantir a qualidade da energia gerada e não danificar os equipamentos.

Visto que esse cenário é bastante antigo, a concessionária local precisa fazer uma análise dos principais componentes de proteção, controle acionamento e do fluxo de potência do sistema. Para isso, ele contratou a sua empresa, que é bastante conhecida pela qualidade das análises de sistemas elétricos de potência.

Para solução desse desafio, você identificou que será necessário fazer o levantamento das zonas de proteção, para então estimar os dispositivos protetores com base no fluxo de potência, revisar o esquema de acionamento do grupo gerador e também verificar as condições de proteção do sistema eletrônico supervisório local.

 

TAREFA

Como início dos trabalhos, a concessionária forneceu um diagrama simplificado do cenário com o qual sua empresa trabalhará, além de especificar algumas de suas características. O sistema é o que está apresentado na Figura 1, e suas características básicas são as seguintes:

i) Frequência de operação igual 50 Hz;

ii) Magnitude de tensão na barra 1 é 1,00 pu;

iii) Magnitude de tensão nos terminais do gerador G2 é 1,12 pu;

iv) O gerador G2 provê exatamente 50 MW de potência ativa ao sistema;

v) As perdas de potência ativa nas linhas de transmissão e nos transformadores podem ser desconsideradas.

 

O primeiro passo é identificar as zonas de proteção do sistema e indicar possíveis dispositivos de proteção a serem instalados nelas. Para isso, utilize como base o diagrama fornecido na Figura 1, adicione os dispositivos de proteção e identifique qual a sua função através da simbologia e numeração de cada dispositivo (exemplos: relé de distância 21, relé direcional 32, relé instantâneo de sobrecorrente 50, entre outros). A segunda parte do projeto consiste em responder a algumas questões exigidas pela concessionária, considerando uma base de potência de 100 MVA e tensão de base igual a 132 kV na zona da linha de transmissão.

 

a) A impedância em pu da linha de transmissão, 𝑋𝐿𝑝𝑢.

b) Qual o fluxo de potência ativa, 𝑃𝐺2−𝐵1, para a Barra 1 fornecido pelo gerador G2?

c) A diferença de fase,𝛿𝐵1−𝐺2, entre a tensão na Barra 1 e a tensão nos terminais de G2.

d) O fluxo de potência reativa, 𝑄𝐺2−𝐵1, para a Barra 1 fornecido pelo gerador G2. Desconsidere a contribuição do gerador para o fluxo de potência reativa.

e) O fluxo de potência ativa e reativa, 𝑃𝐺1−𝐵1 e 𝑄𝐺1−𝐵1, para a Barra 1 fornecido pelo gerador G1. Desconsidere a contribuição do gerador para o fluxo de potência reativa.

f) A magnitude de tensão, 𝑉𝐺1, nos terminais de gerador G1, em kV.

 

Utilize o software Power World Simulator para similar o Sistema de potência requisitado por seu cliente. A intenção da simulação é apenas ilustrar os resultados obtidos. Utilize os valores fornecidos em conjuntos com os calculados. Como parte final do projeto, a concessionária de energia solicitou que você desenvolvesse um sistema de controle para o gerador, para garantir que a tensão de saída ficará de acordo com os padrões de qualidade exigidos. Para o projeto, considere que planta do sistema de controle possui a seguinte resposta:

(...)

Assim, aplique um degrau a essa função de transferência, analise a resposta e projete um controlador PID utilizando um dos métodos de Ziegler-Nichols. Tendo em mãos a função de transferência do controlador, monte um sistema de controle em malha fechada com a planta e o controlador, aplique o degrau e avalie a resposta obtida. Se necessário, faça ajustes nos parâmetros do controlador para obter uma resposta que considere satisfatória. Apresente no seu trabalho a descrição detalhada do projeto do controlador, um diagrama de blocos do sistema e as suas respostas. Por fim, apresente de forma destacada a função de transferência final do controlador projetado.

PORTFÓLIO ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA

R$ 200,00Preço
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    Curso: Engenharia Elétrica

    Semestre: 9ºFlex/10º Regular

     

     

     

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