CONTROLADOR DE TENSÃO E FREQUENCIA

Prévia do material em texto

Controlador de tensão e 
frequência em geradores 
sincronos
Trabalho realizado por:
João Rodrigues nº49367
Nuno Costa nº49441
Pedro Lopes nº49465
IST – Automação de Processos Industriais
2
IST – Automação de Processos Industriais
Objectivos do Trabalho:
• O porquê da necessidade do controlo e automação no gerador: Motivação
• Problemas causados pela perda de sincronismo com a rede
• Relação entre grandezas do sistema a controlar
• Cadeias de regulação e modos de controlo efectuados (AVR e ALFC)
• Aplicação do Controlo no mundo real
• Telecontrolo
3
IST – Automação de Processos Industriais
Necessidade do controlo e automação
• Aumento da fiabilidade do sistema
• Permite ajustamento preciso e rápido das grandezas a controlar
• Evita erros provocados pela acção humana
• Garantir sincronismo entre gerador e rede (muito importante)
Tensão gerador = Tensão rede
Freq. gerador = Freq. rede
⇓
Controlar TENSÃO e FREQUÊNCIA na saída do gerador
4
IST – Automação de Processos Industriais
Problemas da perda de sincronismo
• Tensão e frequência do gerador diferente da rede
Desacoplamento entre geradores e rede eléctrica
• Causa danos materiais na central e gerador
• Causa problemas de fornecimento de energia aos utilizadores
• Caso mais grave Pode provocar BLACKOUT
Controlo a efectuar tem de ser preciso e rigoroso
5
IST – Automação de Processos Industriais
Controlo de 
Potência Activa 
e Frequência
Controlo de 
Potência Reactiva 
e Tensão
Relação entre grandezas do sistema
Frequencia e tensão desacopladas
Controlo efectuado individualmente
6
IST – Automação de Processos Industriais
(cont.)
• Se a potência activa gerada for maior (menor) do que as cargas 
necessitam, os geradores vão acelerar (travar) com o consequente 
aumento (redução) da frequência
Na prática o controlo de frequência é sinónimo de controlo de 
velocidade 
• Se a potência reactiva consumida pela carga aumentar (diminuir) a tensão 
de saída do gerador vai diminuir (aumentar)
O controlo da tensão de saída do gerador é feito actuando na 
corrente de excitação
60
pNf ⋅=
7
IST – Automação de Processos Industriais
Cadeias de regulação
• Controlador de tensão AVR
• Controlador de frequência e velocidade ALFC
8
IST – Automação de Processos Industriais
• A f.t. em cadeia aberta
FCA
doEA
KKKK
sTsTsT
KsG ⋅⋅=
+++
= ;
)'1)(1)(1(
)(
[ ]
[ ]
[ ]⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
∈
∈
∈
s;s'dT
s;s.ET
s.;s.AT
510
150
10020
• AVR Automatic Voltage Regulator
Modos de Controlo
9
IST – Automação de Processos Industriais
(cont.)
Características pretendidas:
- Regulação da tensão V, com mínimo de erro possível 
 1%e Se :Ex.
(%),1100:
1
1:
=⇔
⎪
⎪
⎩
⎪⎪
⎨
⎧
→−>
+
=
erroKGanho
K
Erro
ε
ε
ε
- Resposta rápida e estável às perturbações
A velocidade da resposta do sistema depende das 
constantes de tempo associadas ao pólos dominantes
Malha AVR estável implica que todos os pólos estão 
no plano esquerdo
Para um dado valor de ganho K → sist. INSTÁVEL
10
IST – Automação de Processos Industriais
Modos de Controlo
• ALFC Automatic Load-Frequency Control
• Regula potência (MW) de saída e frequência (velocidade) do gerador
• Apenas efectua regulação durante mudanças normais (pequenas e lentas) 
na frequência 
- Variações elevadas de potência → sistema ALFC ineficaz
• Possui duas malhas de controlo:
- Malha primária → resposta rápida à variação de frequência
- Malha secundária → resposta lenta, ajustamento preciso
11
IST – Automação de Processos Industriais
(cont.)
Sistema de controlo primário
• Controlando a posição XE do 
controlo da válvula, podemos 
controlar o fluxo de entrada na 
turbina
12
(cont.)
Malha de controlo primário ALFC com retroacção
• Apenas tem controlador proporcional, 1/R → Erro estático não nulo
( )
( )
sT
sTsG
sT
KsG
W
W
T
H
H
H
⋅+
⋅−=
⋅+=
21
1
1
IST – Automação de Processos Industriais
13
IST – Automação de Processos Industriais
(cont.)
Análise da resposta do sistema
Erro estático de frequência não nulo
14
IST – Automação de Processos Industriais
(cont.)
SOLUÇÃO → incluir controlador Integral
• permite eliminar erro estático → impôr malha de controlo secundária
• Loop secundário efectua a média da frequência durante um período de 
tempo ⇒ ∫ ⋅∆⋅−=∆ dtfKP Iref
15
IST – Automação de Processos Industriais
(cont)
• Controlo secundário permite obter um erro estático nulo de frequência.
• Malha secundária é insensível a rápidas variações de frequência
•O controlo secundário não é de uso generalizado
16
IST – Automação de Processos Industriais
(cont)
• Malhas AVR e ALFC aplicadas ao gerador
17
IST – Automação e Processos Industriais
Aplicação ao mundo real
•Blocos de controlo (Toshiba)
• D-AVR
• D-ALFC
18
IST – Automação de Processos Industriais
(cont.)
• Sistema de controlo e supervisão
• D-AVR • D-ALFC
19
IST – Automação de Processos Industriais
(cont.)
•Avanços permitidos pela supervisão:
- Sistema distribuído de aquisição e tratamento da informação
de processo.
-Tecnologia digital de processamento e comunicação.
- Redundância na comunicação, processamento e alimentação
eléctrica.
- Elevado nível de automatização e segurança.
- Operação e monitorização por via de terminais vídeo e grande
ecrã.
- Disponibilização de informação de processo para a rede de 
dados externos
⇓
TELEPERM XP da SIEMENS
20
IST – Automação e Processos Industriais
Telecontrolo
Passado
Presente
Evolução
• Torna possível um controlo exacto e funcional sem a 
necessidade de uma deslocação ao local
• Questões económicas: Permite reduzir custos de 
manutenção, (dispensa a permanêncial de pessoal 
operador na central
21
IST – Automação de Processos Industriais
(cont.)
• Interface para telecomando
• Comunicação baseada numa comunicação Homem-máquina
• Uso de consolas de programação através de programas
intuitivos
• Monitorizaçao em grandes vídeos e monitores
22
IST – Automação de Processos Industriais
FIM
23
IST – Automação e Processos Industriais
Bibliografia
- O.I. Elgerd, Electric energy systems theory, McGraw-Hill, 2ª 
edição, 1982
- Weedy, B.M. e B.J. Cory. Electric Power Systems. Edição J. 
Wiley & Sons.
- Folhetos descritivos de centrais termoelétricas
- Pesquisa na Web: 
http://www3.toshiba.co.jp/power/index3.htm
http://www.siemenswestinghouse.com
http://www.gepower.com
http://omni.isr.ist.utl.pt/~pjcro/cadeiras/api0304/api0304.html