5 Methodological challenges
7.3 Contextual motives for integrating vertically
7.3.2 Transaction cost arguments
Na Figura 7.19 são ilustrados os sinais da potência ativa de um gerador síncrono de polos salientes durante o período transitório de um curto circuito trifásico sem compensa- ção do dispositivo PSS, com dispositivo PSS convencional e com o dispositivo WPSS. Os sinais de potência são referentes a três experimentos distintos com falta trifásica. Durante o período transitório de falta, sem dispositivo PSS após o início do distúrbio a potência ativa apresentou uma oscilação eletromecânica com frequência de aproximadamente 3,7 Hz.
Na Tabela 7.4 são sumarizados os índices de overshoot e settling time referentes ao ensaio de falta trifásica sem compensação do dispositivo PSS, com dispositivo PSS con- vencional e com dispositivo WPSS.
Tabela 7.4: Avaliação de desempenho para o curto-circuito trifásico. Sistema de controle overshoot 1 overshoot 2 overshoot 3 settling time
Sem PSS 216,5 W 115,4 W 214,5 W 1,34 s
Com PSS convencional 342 W 149 W 35 W 150 ms
Com WPSS 207,4 W 20,6 W 114,4 W 97 ms
De acordo com a Tabela 7.4, tem-se que:
• Sem dispositivo PSS, o sinal da potência ativa apresentou índices de overshoot de
216,5 W, 115,4 W e 214,5 W. O ponto mais crítico é o índice de settling time, visto que a potência ativa apresenta um período oscilatório de 1,64 s.
• Com dispositivo PSS convencional, no primeiro e segundo picos os índices de overshoot apresentaram-se cerca de 57% e 29% acima dos índices de overshoot
sem dispositivo PSS. Entretanto, no terceiro pico tem-se uma redução de aproxima- damente 80%. No entanto, o maior ganho está no settling time com uma redução de aproximadamente 88% no período de oscilação em relação a sem dispositivo PSS.
CAPÍTULO 7. RESULTADOS EXPERIMENTAIS 72 Tempo(s) Tempo(s) Potência ativa (kW) Tempo(s) Início da falta Início da falta Início da falta (a) (b) (c) 29 29,2 29,4 29,6 29,8 30 30,2 30,4 30,6 30,8 31 29 29,2 29,4 29,6 29,8 30 30,2 30,4 30,6 30,8 31 29 29,2 29,4 29,6 29,8 30 30,2 30,4 30,6 30,8 31 1,6 1,2 0,8 Potência ativa (kW) 1,6 1,2 0,8 Potência ativa (kW) 1,6 1,2 0,8
Figura 7.19: Potência ativa durante falta trifásica: (a) sem PSS; (b) PSS convencional; (c) com o WPSS.
• Com dispositivo WPSS, os índices de overshoot apresentaram uma redução de 4%,
82% e 46% em relação a sem dispositivo PSS. Comparado-se com o dispositivo PSS convencional, no primeiro e segundo picos os índices apresentaram uma redução de
overshoot de 39% e 86%. No entanto, no terceiro pico apresentou um acréscimo
de 220%. Entretanto, tem-se um ganho de 35% e 92% nos índices de settling time comparando-se com o PSS convencional e sem PSS, respectivamente.
7.4.2
Curto-Circuito Bifásico
Na Figura 7.20 são apresentados os sinais da potência ativa de um gerador síncrono de polos salientes durante o período transitório de um curto-circuito bifásico sem dispo- sitivo PSS, com dispositivo PSS convencional e com dispositivo WPSS. As potência são referentes a três experimentos distintos com falta bifásica.
CAPÍTULO 7. RESULTADOS EXPERIMENTAIS 73 (a) (b) (c) Potência ativa (kW) Tempo(s) Início da falta 29 29,2 29,4 29,6 29,8 30 30,2 30,4 30,6 30,8 31 1,6 1,2 0,8 Potência ativa (kW) Tempo(s) Início da falta 29 29,2 29,4 29,6 29,8 30 30,2 30,4 30,6 30,8 31 1,6 1,2 0,8 Potência ativa (kW) Tempo(s) Início da falta 29 29,2 29,4 29,6 29,8 30 30,2 30,4 30,6 30,8 31 1,6 1,2 0,8
Figura 7.20: Potência ativa durante falta bifásica: (a) sem PSS; (b) PSS convencional; (c) com o WPSS.
Após início do curto-circuito bifásico sem dispositivo PSS, a potência ativa apresenta um período transitório seguido de oscilações. Na Tabela 7.5 são apresentados os índices de overshoot e settling time, sem compensação do dispositivo PSS, com dispositivo PSS convencional e com dispositivo WPSS.
Tabela 7.5: Avaliação de desempenho para o curto-circuito bifásico. Sistema de controle overshoot 1 overshoot 2 overshoot 3 settling time
Sem PSS 129,2 W 47,8 W 128,2 W 934 ms
Com PSS convencional 140 W 56 W 69 W 112,6 ms
CAPÍTULO 7. RESULTADOS EXPERIMENTAIS 74
De acordo com a Tabela 7.5, tem-se que:
• Sem dispositivo PSS, os índices de overshoot do sinal da potência ativa são de
129,2 W, 47,8 W e 128,2 W, respectivamente. Neste caso, temos um índice de
settling time de aproximadamente 934 ms.
• Com dispositivo PSS convencional, no primeiro e no segundo picos tem-se índices
de overshoot em aproximadamente 8% e 17% acima em relação a sem dispositivo PSS. No terceiro pico tem-se um índice de overshoot de aproximadamente 46% abaixo e neste caso tem-se uma redução no índice de settling time de aproximada- mente 87% em relação a sem dispositivo PSS.
• Com dispositivo WPSS, o sinal da potência apresentou uma redução nos índices de overshoot de 30%, 55% e 48% em relação ao sinal da potência ativa sem dispositivo
PSS e de 35%, 61% e 4% ao dispositivo PSS convencional. No índice de settling
time tem-se uma redução de 15% em relação ao dispositivo PSS convencional e de
90% sem dispositivo PSS.
7.4.3
Curto-Circuito Monofásico
Na Figura 7.21 são apresentados os sinais da potência ativa de um gerador síncrono de polos salientes durante o período transitório de um curto-circuito monofásico sem dispositivo PSS, com dispositivo PSS convencional e com dispositivo WPSS. Os sinais das potências são referentes a três experimentos distintos com falta monofásica.
Em geral, curtos-circuitos monofásicos ocorrem com maior frequência em SEPs, en- tretanto, conforme ilustrado na Figura 7.21, durante o período transitório de falta o sinal da potência ativa praticamente não apresenta período oscilatório.
Na Tabela 7.6 são sumarizados os índices de overshoot e settling time para um curto- circuito monofásico sem dispositivo PSS, com dispositivo PSS convencional e com dis- positivo WPSS.
Tabela 7.6: Avaliação de desempenho para o curto-circuito monofásico. Sistema de controle overshoot 1 overshoot 2 overshoot 3 settling time
Sem PSS 44,1 W 32,9 W 52,1 W 98,7 ms
Com PSS convencional 44,5 W 60,5 W 40,5 W 82,7 ms
CAPÍTULO 7. RESULTADOS EXPERIMENTAIS 75 (a) (b) (c) Potência ativa (kW) Tempo(s) Início da falta 29 29,2 29,4 29,6 29,8 30 30,2 30,4 30,6 30,8 31 1,6 1,2 0,8 Potência ativa (kW) Tempo(s) Início da falta 29 29,2 29,4 29,6 29,8 30 30,2 30,4 30,6 30,8 31 1,6 1,2 0,8 Potência ativa (kW) Tempo(s) Início da falta 29 29,2 29,4 29,6 29,8 30 30,2 30,4 30,6 30,8 31 1,6 1,2 0,8
Figura 7.21: Potência ativa durante falta monofásica: (a) sem PSS; (b) PSS convencional; (c) com o WPSS.
De acorco com a Tabela 7.6, tem-se que:
• Sem dispositivo PSS, o sinal da potência ativa apresentou índices de overshoots pra-
ticamente iguais aos com dispositivo PSS convencional e com o dispositivo WPSS, entretanto o sinal da potência ativa apresentou um índice de settling time de 98,7 ms.
• Com PSS convencional, no primeiro e no segundo picos tem-se uma acréscimo de
1% e 83% e uma redução no terceiro pico 22% nos índices de overshoot e de 16% no índice de settling time.
• Com dispositivo WPSS, o sinal da potência ativa apresentou uma redução nos índi-
ces de overshoot de 3%, 48% e 1% em relação ao PSS convencional e de 2% , 5% e 23% a sem PSS. Com WPSS tem-se uma redução nos índices de settling time de 18% em relação a sem PSS e de 3% ao PSS convencional.
Capítulo 8
Conclusões
8.1
Conclusões Gerais
Nesta dissertação foi proposta uma nova estrutura de dispositivo PSS baseado na ener- gia dos coeficientes de aproximação e wavelet da transformada wavelet, denominado WPSS, com o objetivo de reduzir o efeito de oscilações eletromecânicas em geradores síncronos de polos salientes conectados em um barramento infinito por meio de uma im- pedância externa. As energias dos coeficientes wavelet foram usadas para detecção das faltas e gatilho do PSS, enquanto que as energias dos coeficientes de aproximação foram usadas para extração e compensação das oscilações eletromecânicas.
Estudos do efeito da wavelet mãe e comparação de desempenho entre a TWD e a TWDR foram realizados experimentalmente, na detecção de oscilações elétricas e ele- tromecânicas na ocorrência de falta utilizando-se as tensões terminais e potência ativa de um gerador síncrono de polos salientes. A wavelet mãe Daubechies com quatro coefici- entes apresentou melhor desempenho e a TWDR foi a mais apropriada para detecção de oscilações e extração das oscilações eletromecânicas.
O desempenho do dispositivo WPSS foi avaliado a partir de estudo comparativo com a estrutura PSS convencional e com o gerador síncrono de polos salientes sem disposi- tivo PSS. Resultados satisfatórios foram obtidos, visto que a amplitude e o tempo das oscilações eletromecânicas foram reduzidos significativamente com o WPSS, em faltas monofásicas, bifásicas e trifásicas, demonstrando a eficácia da estrutura proposta refe- rente a compensação de oscilações eletromecânicas em SEPs.
8.2
Trabalhos Futuros
Como continuação dos estudos realizados nesta dissertação, as seguintes propostas de trabalhos futuros são sugeridas:
CAPÍTULO 8. CONCLUSÕES 77
• Avaliar outros sinais de entrada, como por exemplo a variação de velocidade e o
ângulo de carga;
• Inserir informações do ângulo de carga na malha de realimentação do dispositivo
WPSS;
• Investigar a estimação do ângulo com a energia dos coeficientes de aproximação da
TWDR;
• Realizar estudos de estabilidade;
• Aplicação do WPSS em outras fontes de geração a exemplo de geradores eólicos; • Avaliar os limites de estabilidade do sistema usando simulações computacionais.
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Apêndice A
Ensaios Laboratoriais
Os ensaios laboratoriais foram realizados para obtenção dos parâmetros da má- quina síncrona de polos salientes. Os parâmetros da máquina síncrona de polos salientes são necessários na implementação do algoritmo de controle.
A.1
Equipamentos Utilizados
No desenvolvimento dos ensaios laboratoriais foram utilizados os seguintes equipa- mentos:
1. Máquina de corrente contínua; 2. máquina síncrona de polos salientes; 3. osciloscópio;
4. voltímetros; 5. amperímetros; 6. tacogerador.
Na Tabela A.1 são apresentados os dados de especificação da máquina de corrente contínua:
Tabela A.1: Parâmetros da máquina de corrente contínua.
Enrolamento de campo Vf = 220 V rf = 392Ω lf = 32 H
Enrolamento de armadura Va= 220 V ra= 1, 4Ω la= 27 mH
Potencia 3 kW Velocidade nominal ωn= 1500 rpm
Corrente nominal In= 13, 5 A
Na Tabela A.2 são apresentados os dados de especificação da máquina síncrona de polos salientes ensaiada:
APÊNDICE A. ENSAIOS LABORATORIAIS 85
Tabela A.2: Parâmetros da máquina de síncrona de polos salientes.
Rotor ra= 1, 8Ω la= 324 mH
Estator rf = 1, 2Ω lf = 126 mH
Tensão/velocidade VY△= 380/220 V ωs= 600 rpm
Potência/fator de potência P= 5 kVA cosφ= 0, 8
Na Figura A.1 é ilustrado o esquema elétrico da bancada de ensaios.
K1 G M A A A A A V Va Vf V exc U1 V1 W1 U2 V2 W2 N r.p.m
Figura A.1: Esquema de ligação da plataforma experimental