TRABALHO ISEE VICTOR HUGO LINCK

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO - UNEMAT 
FACULDADE DE CIENCIAS E TECNOLOGIA 
ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
VICTOR HUGO LINCK 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTABILIDADE EM SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SINOP 
2021
 
 
 
 
 
 
VICTOR HUGO LINCK 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTABILIDADE EM SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA 
 
 
Trabalho apresentado para a disciplina 
Introdução a Sistemas de Energia 
Elétrica, pelo Curso de Engenharia 
elétrica da Universidade do Estado de 
Mato Grosso - UNEMAT, ministrada pelo 
professor Natanael Manoel Silva dos 
Anjos 
 
 
 
 
 
 
 
 
SINOP 
2021
 
SUMÁRIO 
1 CONCEITO DE ESTABILIDADE ............................................................................. 3 
1.1 Tipos de Perturbação .......................................................................................... 3 
2 ESTABILIDADE DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA ............................... 4 
2.1 Estabilidade de Tensão ....................................................................................... 5 
2.2 Estabilidade de Ângulo ....................................................................................... 6 
2.3 Estabilidade de Máquinas Síncronas ................................................................ 6 
3 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................................................................ 8 
 
 
 
 
 
 
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1 CONCEITO DE ESTABILIDADE 
Estabilidade de um sistema é a propriedade que o sistema tem de permanecer em um 
estado de equilíbrio em regime permanente ou atingir um estado de equilíbrio após ser 
submetido a uma perturbação. A preocupação do estudo de estabilidade é em relação à 
resposta dinâmica do sistema frente a perturbação, se ele vai ser capaz de manter a 
estabilidade quando ocorrer a perturbação. Dentre os tipos de instabilidades temos, de 
tensão, quando esta atinge valores não toleráveis ao sistema, e os angulares, quando se 
perde o sincronismo com o sistema. 
 O estudo da estabilidade de um SEP divide-se em três grandes classes, de 
Angulo, de Frequencia e de Tensão. Esta classificação tem por base os seguintes 
fatores: o fenômeno que caracteriza o tipo de instabilidade e as causa físicas que 
conduzem à sua ocorrência. Assim, para o desenvolvimento de métodos de análise e 
dos respectivos algoritmos é necessária a segmentação do problema em estudo de 
acordo com o tipo e a amplitude da perturbação, as variáveis necessárias, as 
ferramentas matemáticas, o período de tempo sob análise e as ações de controle 
corretivo a ser implementado. 
 
1.1 Tipos de Perturbação 
Podemos classificar as perturbações em dois grupos, as grandes perturbações, que 
são curto-circuito, variação brusca de carga, perda de geradores, perda de linhas de 
transmissão (atuação de disjuntores). E as pequenas perturbações que são, variações 
normais de carga ou geração nos sistemas elétricos de potência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2 ESTABILIDADE DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA 
O aumento no consumo de eletricidade levou rapidamente à interligação de sistemas, 
devido aos benefícios econômicos derivados dela. A interligação impõe exigências especiais 
e severas de frequência de todas as máquinas que estão operando em paralelo. Longas 
linhas de transmissão e outras circunstâncias de operação pode facilmente levar as 
máquinas geradoras fora de sincronismo, verificando fortes oscilações de tensão, 
acompanhadas por correntes próximas ao de curto-circuito do sistema. O resultado é uma 
perda de interconexão, motivada geralmente pela atuação da proteção relevante. 
A estabilidade de um sistema elétrico de potência pode ser definida como a 
capacidade que um sistema possui de permanecer em um estado de operação de equilíbrio 
sobre condições normais de operação, e de atingir um estado de equilíbrio aceitável após ter 
sofrido uma perturbação. 
 Os SEP são projetados com o principal objetivo de atender à demanda de potência e 
energia requerida pelos seus consumidores dentro de certos limites de tensão e frequência. 
Além dos sistemas serem capazes de operar satisfatoriamente em regime permanente, eles 
devem ser flexíveis a presença de defeitos ou perturbações de forma a garantir a 
continuidade da prestação de serviço quando sujeitos a anomalias. 
 A instabilidade pode ser caracterizada por outros motivos que não seja a perda de 
sincronismo, como em casos de colapso de tensão, que ocorre devido a uma sequência de 
eventos que leva a níveis de tensão inaceitáveis em uma grande parte do sistema de 
potência. O principal fator que contribui para uma instabilidade de tensão é a incapacidade 
do sistema de suprir a demanda de potência reativa. 
Muitas são as causas de defeitos ou perturbações em sistemas de potência: curtos- 
circuitos, rompimento de linhas de transmissão, descargas atmosféricas, entrada ou saída 
de cargas de grande porte, etc. são exemplos de anomalias às quais os sistemas estarão 
sempre sujeitos. Essas perturbações afastam o sistema do seu ponto de operação original. 
Deve-se decidir se o sistema será capaz de encontrar um novo ponto de operação e quais 
os procedimentos necessários para que isso aconteça. 
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2.1 Estabilidade de Tensão 
Estabilidade de Tensão é a capacidade que o sistema elétrico de potência 
possui em manter os perfis de tensão adequados, tanto em condições normais de 
operação como em condições de perturbações severas. Os cenários de instabilidade 
de tensão são divididos em dois grupos, as grandes perturbações, que são 
dinâmicas e rápidas (Motores de indução HVDC), e dinâmicas lentas (OLTC, cargas 
atmosféricas), e temos as pequenas perturbações, que em geral são variações 
lentas e previsíveis de carga. 
A estabilidade de tensão é definida como a capacidade de um sistema elétrico 
em manter as tensões dentro de níveis aceitáveis em todas as barras da rede sob 
condições normais de operação e após ser submetido a distúrbios. Por outro lado, 
um sistema deixa de ser estável quando uma perturbação, um aumento da demanda 
de carga ou outro tipo de alteração nas condições do sistema causa um declínio 
progressivo e incontrolável na tensão 
Na literatura especializada, a abordagem sobre a análise de estabilidade de 
tensão é feita sobre dois enfoques principais: estabilidade estática e estabilidade 
dinâmica. A estabilidade de caráter dinâmico ou estático refere-se à consideração de 
que a alteração do estado do sistema é causada, respectivamente, por grandes ou 
pequenas perturbações. 
Para haver estabilidade do ponto de vista dinâmico, é necessário que haja 
estabilidade estática. Ou seja, a estabilidade estática é uma condição necessária, 
porém não-suficiente para a observação da estabilidade dinâmica. Deste modo, a 
estabilidade estática pode ser interpretada apenas como um indicativo (ou 
estimativa) da estabilidade de tensão. 
 No caso da estabilidade estática de tensão os modelos também são não-
lineares, porém a análise é focalizada para o ponto de operação do sistema, 
observando-se a distância – em termos de carregamento do sistema – até a fronteira 
limítrofe da estabilidade. Esta distância é estabelecida tomando-se a máxima 
quantidade de carga (máximo carregamento) que pode ser atendida. A fronteira 
limítrofe, por suposição, é definida como sendo o lugar geométrico em que se 
encontra o ponto de equilíbrio instável mais “próximo” ao ponto de operação estável. 
 
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2.2 Estabilidade de Ângulo 
 A estabilidade angular é a capacidade da máquina síncrona de um SEP 
interligado se manter em sincronismo após a ocorrência de uma perturbação. 
Depende da habilidade para manter/restaurar o equilíbrio entre o torque 
eletromagnético e o torque mecânico para cada máquina síncrona no sistema. 
A instabilidade pode ocorrer na forma de um crescimento das oscilações para 
alguns dos geradores síncronos, levandoa uma perda de sincronismo com os 
restantes alternadores. 
O estudo do problema de estabilidade angular envolve o estudo das 
oscilações eletromecânicas inerentes aos geradores de potência, onde o 
principal fator é o ângulo das máquinas síncronas quando variam com as 
oscilações dos rotores. 
A essência da estabilidade angular está relacionada à capacidade da 
máquina em manter o equilíbrio entre o torque eletromagnético e o torque 
mecânico, ocorrendo à instabilidade quando esse equilíbrio for perdido, 
fazendo com que aumentem as oscilações angulares e isso levará a perda do 
sincronismo e consequentemente a instabilidade do sistema. A estabilidade do 
sistema de potência é uma função entre a potência e a variação da posição 
angular do rotor, sendo essa uma relação não linear. 
 
2.3 Estabilidade de Máquinas Síncronas 
 Grande parte da energia elétrica utilizada no mundo e gerada pelas 
Maquinas Síncronas (MS). Elas são movimentadas pela energia mecânica 
fornecida por: turbinas hidráulicas, eólicas, a vapor ou maquinas de combustão 
interna. A principal função das máquinas síncronas é converter a energia mecânica 
do eixo em energia elétrica nos terminais dela. 
 As máquinas síncronas possuem um enrolamento trifásico no estator e um 
enrolamento de excitação, alimentado com corrente contínua, no rotor. Além disto, 
pode também apresentar enrolamentos amortecedores no rotor. 
 Se a máquina síncrona é alimentada com uma frequência constante, a sua 
velocidade conservar-se constante. A velocidade constante chama-se de 
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“velocidade de sincronismo” e depende da frequência de trabalho e do número de 
polos da máquina. 
 Nesta subseção se apresentam o princípio de funcionamento dos geradores 
síncronos e as equações utilizadas para a sua modelagem. 
 Uma máquina síncrona é composta de duas partes fundamentais, a parte 
mecânica e a parte elétrica. Então, para modelar corretamente à máquina síncrona 
tem-se que considerá-lo como um sistema eletromecânico. O sistema mecânico 
produz o torque mecânico através das turbinas ao eixo da máquina e o sistema 
elétrico tem a função de transformar a energia mecânica em energia elétrica. 
 As máquinas síncronas são constituídas pelo rotor (parte girante) e por o 
estator (parte estática). O enrolamento que produz o campo magnético situa-se no 
rotor e é percorrido por corrente continua chamada também como “corrente de 
excitação”. Já no estator estão montados os enrolamentos induzidos os quais 
fazem a conversão eletromecânica de energia. Estes enrolamentos estão 
distribuídos ao longo da periferia distanciados com um ângulo de 120° um do outro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 
KUNDUR, P. Power System Stability and Control. 1st. ed. New York: 
McGraw-Hill Professional, 1994. 
RESENER, M. Avaliação do Impacto dos Controladores de Excitação na 
Estabilidade Transitória de Geradores Síncronos conectados em Sistemas de 
Distribuição. 2011.111p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – 
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2011. 
SALIM, R. H. Uma Nova Abordagem para a Análise da Estabilidade a 
Pequenas Perturbações em Sistemas de Distribuição de Energia. 2011. 
202p. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Universidade de São Paulo, 
São Carlos, 2011. 
 
ABREU, L. V. L. Análise do Desempenho Dinâmico de Geradores Síncronos 
Conectados em Redes de Distribuição de Energia Elétrica. 2005. 133p. 
Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Estadual de 
Campinas, Campinas, 2005. 
 
ZANETTA JR, L. C. Fundamentos de Sistemas Elétricos de Potência. 1 
ed. São Paulo: Ed. Fisica, 2006.