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Análise de Metodologia para Detecção

de Perda Total de Excitação em

Geradores Síncronos sob Condições de

Perda Parcial de Campo

Code: 19.027

Alex Itczak, Arian Fagundes, Eduardo dos Santos, John

Jefferson Saldanha, Marcel Stalter, Fernando Kaheler Guarda

UNIPAMPA – Universidade Federal do Pampa

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• Estudar os problemas causados pela perda parcial de excitação em

geradores síncronos;

• Realizar simulações e análises de situações onde ocorram perdas

parciais de excitação, elencando problemas e visando solucioná-los,

afim de evitar que o sistema tenha prejuízo ou a perda do gerador;

• Analisar uma metodologia proposta para a perda total de excitação, a

partir de situações que ocorram perda parcial de excitação.

Objetivos

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• Gerador Síncrono;

• Efeitos da Perda de Excitação;

• Metodologia de Mason e Berdy.

Introdução

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• Implementação de um sistema teste (Figura 1), no DigSilent Power

Factory®, para diferentes casos onde ocorram perda parcial e total de

excitação para geradores de 390 MVA e 500 MVA.

Figura 1. Sistema Teste

Metodologia

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Filtro Morfológico de Extração de Envoltória • A detecção e diferenciação da perda de excitação e da oscilação

estável de potência é através de operadores morfológicos de dilatação

e erosão, extraindo as envoltórias dos sinais de corrente e tensão

processados;

• A distinção é dada a partir das características das envoltórias de perda

de excitação e oscilação estável de potência;

• A Figura 2 mostra fluxograma do filtro de extração das envoltórias dos

sinais de corrente e tensão

• Já a Figura 3 apresenta o fluxograma da detecção e classificação da

perda de excitação e oscilação estável de potência.

Figura 1. Sistema Teste

Metodologia

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Figura 1. Sistema Teste

Figura 2. Fluxograma do Filtro de extração das envoltórias.

FLUXOGRAMA DO FILTRO PARA A

EXTRAÇÃO DAS ENVOLTÓRIAS DOS

SINAIS DE CORRENTE E TENSÃO

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Metodologia

Figura 2. Fluxograma do Filtro de extração das envoltórias.

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FLUXOGRAMA DE DETEÇÃO E CLSASSIFICAÇÃO DA PERDA

DE EXCITAÇÃO E OSCILÃÇÃO ESTÁVEL DE POTÊNCIA

Sinais de corrente e tensão senoidal para uma perda total de excitação.

Figura 4 – Sinais de corrente e tensão para uma perda total de excitação

Resultados

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Sinais de corrente e tensão processados pelo filtro morfológico de

extração de envoltória para uma perda total de excitação.

Figura 5 – Envoltórias superior e inferior dos sinais de corrente e tensão para uma perda total de excitação

Resultados

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Diferença entre as envoltórias superior e inferior para os sinais de

corrente e tensão para uma perda total de excitação.

Figura 6 – Diferença entre as envoltórias superior e inferior dos sinais de corrente e tensão

Resultados

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Variação entre a diferença das envoltórias dos sinais de corrente e tensão

para uma perda total de excitação.

Figura 7 – Diferença entre as envoltórias superior e inferior dos sinais de corrente e tensão

Resultados

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A tabela 1 apresenta os instantes de atuação do Filtro Morfológico de

extração de Envoltória (FMEE) e das metodologias de Mason e Berdy.

Tabela 1 – Instantes de detecção e classificação da Perda total de excitação para o gerador de 390

MVA.

Resultados e Discussão

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Atuação FMEE Mason Berdy

Caso Classificação tclassificação

(s)

tatuação

(s)

tatuação

(s)

PE 0 p.u. 100% PE 0,3523 4,72 4,72

Sinais de corrente e tensão senoidal para um nível de excitação de 0.5

p.u.

Figura 8 – Sinal de corrente e tensão senoidal para um nível de excitação de 0.5 p.u.

Resultados e Discussão

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Envoltórias superior e inferior para os sinais de corrente e tensão para um

nível de excitação de 0.5 p.u.

Figura 9 – Envoltórias superior e inferior dos sinais de corrente e tensão para uma excitação de 0.5 p.u.

Resultados e Discussão

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Diferença das envoltórias para os sinais de corrente e tensão para um

nível de excitação de 0.5 p.u.

Figura 10 – Diferença das envoltórias dos sinais de corrente e tensão para uma excitação de 0.5 p.u.

Resultados e Discussão

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• Para os casos analisados para um gerador operando com 0,5 p.u. de

excitação, percebe-se, que o comportamento das envoltórias é

semelhante ao ocorrido para a perda total de excitação. Isso significa

que para os casos de perda de excitação, essas envoltórias

apresentam características bem definidas;

• Assim, o Filtro Morfológico atua corretamente, classificando o evento

como perda de excitação como é mostrado na Tabela 2.

Tabela 2 – Instantes de Detecção e Classificação da Perda Parcial de Excitação

Resultados e Discussão

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Atuação FMEE Mason Berdy

Caso Classificação tclassificação

(s)

tatuação

(s)

tatuação

(s)

PPE 0,5 p.u.

100% PE 0,3523 8,3819 8,3819

A Tabela 3 mostra de maneira resumida os instantes em que é detectada

uma possível perda de excitação, e também o instante em que o filtro

morfológico classifica o evento, para o gerador de 390 MVA;

Tabela 3 – Instantes de Detecção e Classificação da Perda Parcial de Excitação

Resultados e Discussão

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Excitação (p.u.)

Detecção de Possível PE (s)

Confirmação Após Possível Detecção (s)

Tempo Acumulado (s)

0 0,1858 0,1665 0,3523

0,2 0,1858 0,1665 0,3523

0,5 0,1858 0,1665 0,3523

0,9 0,1858 0,1665 0,3523

A Tabela 4, apresenta os instantes de detecção da perda de excitação

para as metodologias de Mason, Berdy e FMEE.

Tabela 4 – Instantes de Detecção da perda de excitação para as Metodologias de Mason,

Berdy e FMEE

Resultados e Discussão

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Excitação (p.u.)

Berdy Mason FMEE

Temporizada Instantânea

0 4,6030 4,7200 4,7200 0,3523

0,2 5,5297 5,6559 5,6559 0,3523

0,5 8,2352 8,3819 8,3819 0,3523

0,9 -- -- -- 0,3523

Oscilação estável de Potência A Figura 11 mostra os sinais de tensão e corrente para um gerador de 390 MVA

Figura 11 – Detalhe das envoltórias dos sinais de corrente e tensão para oscilação estável de potência

Resultados e Discussão

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Oscilação estável de Potência A Figura 12 apresenta o detalhamento dos sinais das variações das diferenças

entre as envoltórias de tensão e corrente para um gerador de 390 MVA

Figura 12 – Detalhe dos sinais das variações das diferenças entre as envoltórias dos sinais de corrente e

tensão para oscilação estável de potência

Resultados e Discussão

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A Tabela 5 apresenta os instantes de tempo em que uma Oscilação

estável de Potência é classificada pelo FMEE e pelas metodologias de

Mason e Berdy, para diferentes carregamentos.

Tabela 5 – Instantes de Detecção da perda de excitação para as Metodologias de Mason,

Berdy e FMEE

Resultados e Discussão

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Carga Berdy

Mason FMEE Instantânea

25% 0,751 0,751 0,7592

50% 0,7501 0,7501 0,5087

75% 0,7501 0,7501 0,7598

100% 0,7501 0,7501 0,3523

• Geradores síncronos trabalhando subexcitados podem comprometer a

estabilidade do sistemas;

• O uso de relé de admitância do tipo MHO para a perda parcial de

excitação, pode fazer com que ocorra desligamento indevido causado

por Oscilação Estável de Pôtencia;

• O Filtro Morfológico detecta e classifica corretamente a perda de

excitação da oscilação estável de potência, sendo rápida e precisa na

identificação do evento ocorrido;

Considerações Finais

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Esse trabalho teve o apoio financeiro e concessão de bolsas

da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal do Ensino

Superior (CAPES). Além disso, também teve suporte

acadêmico e recursos de pesquisa da Universidade Federal

do Pampa (UNIPAMPA) e do Programa de Pós-Graduação

em Engenharia Elétrica, da mesma Instiuição.

Agradecimentos

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Obrigado! Apresentador: Arian Rodrigues Fagundes

[email protected]

Autor: Alex Itczak [email protected]

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