Modelagem, identificação e validação de atuadores eletromecânicos de unidades geradoras de usinas hidrelétricas

Abstract

Devido à complexidade dos sistemas elétricos de potência, estudos e análises de esta bilidade eletromecânica são realizados através de simulações matemáticas do sistema. Para um resultado confiável, um modelo matemático que consiga capturar o comporta mento real de seus equipamentos é fundamental. O principal elemento do sistema que contribui para a estabilidade de frequência é o regulador de velocidade, equipamento responsável pela regulação primária das unidades geradoras, ou seja, pela regulação de potência e frequência dos geradores síncronos. Na literatura encontra-se vários trabalhos tratando sobre o desempenho da regulação primária e sobre a modelagem matemática da turbina e do conduto forçado; mas pouco se discute sobre os atuadores eletromecânicos. De fato, informações sobre a modelagem de atuadores são escassas, e não existem trabalhos dedicados especificamente a eles, sendo comum encontrar conclusões sobre sua influência negativa no desempenho da regulação primária e como suas diversas não linearidades impactam no funcionamento dos reguladores de velocidade na prática. Dessa forma, como a dinâmica dos atuadores é frequentemente negligenciada nos trabalhos encontrados na literatura, o presente trabalho pretende realizar um estudo aprofundado dos atuadores eletromecânicos e sobre suas principais dinâmicas. Para isso, serão realizadas simulações de diversos modelos matemáticos cujos resultados são confrontados com medições de ensaios de campo, a fim de comprovar a aderência do comportamento dos modelos matemáticos com o comportamento do equipamento real.

Due to the complexity of electric power systems, studies and electromechanical stabil ity analysis are performed using mathematical simulations of the system. To achieve reliable results, the use of a model that manages to capture the real behaviour of its equipment is fundamental. The main system’s element that contributes to its fre quency stability is the speed governor, responsible for the primary regulation of the generating units, that is the power and frequency regulation of synchronous genera tors. There are many works about the performance of primary regulation or about the mathematical modelling of turbines and forced conduit; but little can be found about the electromechanical servomotors. Indeed,there is little information about the modelling of electromechanical servomotors, and there are few to none papers/articles dedicated to them. There are however many sources that point conclusions about the negative influence of this equipment on the performance of the primary regulation and how its many nonlinearities impact in the operation of real speed governors. Thus, the actuators dynamics are often neglected in papers/articles found in the litera ture, and this work aims to study the electromechanical actuators and its main dynamics more deeply. Different mathematical models simulations will be performed, and the re sults will be confronted with field tests measurements in order to verify the validity of the model with the behaviour of the physical equipment.