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Título: Algoritmo computacional para análise de estabilidade transitória em sistemas elétricos de potência considerando faltas assimétricas
Título(s) alternativo(s): Computational algorithm for transient stability analysis of electric power systems considering unsymmetrical faults
Autor(es): Rufino, Weslei Araújo
Orientador(es): Benedito, Raphael Augusto de Souza
Palavras-chave: Eletrônica de potência
Algorítmos
Máquinas elétricas sincronas
Sistemas de energia elétrica - Estabilidade
Engenharia elétrica
Power electronics
Algorithms
Eletric machinery, Synchronows
Electric power system stability
Electric engineering
Data do documento: 13-Jun-2017
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: RUFINO, Weslei Araújo. Algoritmo computacional para análise de estabilidade transitória em sistemas elétricos de potência considerando faltas assimétricas. 2017. 81 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2017.
Resumo: De modo geral, o estudo de estabilidade transitória preocupa-se com a habilidade do sistema de potência permanecer em sincronismo quando submetido à grandes perturbações, ou distúrbios, tais como um curto-circuito em uma linha de transmissão. O foco deste trabalho foi a análise de estabilidade transitória considerando faltas assimétricas, mais precisamente os seguintes tipos de curtos-circuitos: fase-terra, fase-fase e fase-fase-terra. O objetivo foi apresentar um algoritmo computacional para análise de estabilidade transitória considerando faltas assimétricas e que também pode ser utilizado para análise de faltas simétricas. Tal algoritmo foi de simples implementação e aproveitou muitas das rotinas tradicionais utilizadas em programas de estabilidade que consideram apenas curtos-circuitos trifásicos. Para implementação computacional, utilizou-se o software MATLAB®, onde o comportamento dinâmico dos geradores síncronos foi modelado através de equações diferenciais, e a rede elétrica (sistema de transmissão) foi modelada através de equações algébricas. A representação da rede durante a falta foi feita por meio de componentes simétricas, para contemplar tanto as faltas assimétricas quanto as simétricas. A partir do algoritmo desenvolvido, que foi apresentado por meio de fluxogramas, foram apresentados resultados de simulações de faltas assimétricas para verificar o efeito das mesmas sobre o sincronismo das máquinas síncronas. Além disso, o algoritmo calculou o tempo máximo para a atuação da proteção do sistema para evitar-se que a falta cause a perda de sincronismo das máquinas síncronas. Este tempo de eliminação foi utilizado para medir o grau de severidade das perturbações e, com isso, classificar e compará-las. Os resultados mostraram que os diferentes tipos de faltas estudados seguem a seguinte ordem de severidade para os sistemas elétricos estudados neste trabalho: curto-circuito trifásico; curto-circuito fase-faseterra; curto-circuito fase-fase; e curto-circuito fase-terra. Além disso, também mostraram que o ponto de ocorrência da falta e, consequentemente, a configuração do sistema após a eliminação da mesma (sistema pós-falta) foi determinante para haver ou não um ponto de equilíbrio estável para o sistema pós-falta e assim ter-se tempo crítico de abertura.
Abstract: In general, the transient stability problem is concerned with the ability of the power system to remain in synchronism when subjected to a severe disturbance, such as a short circuit on a transmission line. The focus of this work was the transient stability analysis considering unbalanced faults, more precisely the following types of shortcircuits: single line-to-ground, line-to-line and double line-to-ground. The goal is to present a computational algorithm for analysis of transient stability considering unbalanced faults and that can also be used to analyze balanced faults. Such algorithm is simple to implement and take advantage of many of the traditional routines used in stability programs that consider only three-phase short-circuits. For the computational implementation, the MATLAB® software was used, where the dynamic behavior of the synchronous generators was modeled by differential equations, and the electric network (transmission system) was modeled by algebraic equations. The network representation during the fault was made through symmetrical components, to contemplate both unsymmetrical and symmetric faults. From the algorithm developed, which was presented through flowcharts, results of unsymmetrical fault simulations were presented to verify the effect of the same on the synchronism of the synchronous machines. Besides that, the algorithm calculated the maximum time for the protection of the system to avoid that the fault causes the loss of synchronism between synchronous machines. This time of elimination was used to measure the severity degree of the disturbances and, with that, classify and compare them. The results showed that the different types of faults studied follow the severity order for the electrical systems studied in this work: three-phase short circuit; double line-to-ground short circuit; line-to-line short circuit; And single line-to-ground short circuit. Furthermore, they also showed that the point of occurrence of the fault and, consequently, the configuration of the system after its elimination (post-fault system) was determinant to have or not a stable equilibrium point for the post-fault system and thus have critical opening time.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9254
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