Estudo e aplicação de medição sincronizada de fasores em sistemas especiais de proteção

Abstract

O principal foco deste trabalho é o estudo da aplicação de medidas de sincrofasores em sistemas de controle e proteção sistêmica no Sistema Interligado Nacional (SIN). Como base do desenvolvimento metodológico foi adotado o Sistema Especial de Proteção (SEP) responsável pela desconexão de unidades geradoras da UHE Belo Monte em situações de contingências internas ao sistema HVDC ±800 kV (CC) associado a esta usina. No trabalho é descrita a implementação de uma função de proteção sistêmica com ação de controle similar àquela correspondente ao SEP atualmente implantado no SIN, mas utilizando dados de sincrofasores ao invés de medidas convencionais de fluxo para a quantificação do corte de unidades geradoras. O trabalho apresenta o uso de uma arquitetura baseada na plataforma de simulação em tempo real RTDS (Real Time Digital Simulator) e nos softwares da GPA (Grid Protection Alliance) para a realização de testes e implementação de aplicações com base em dados de medição sincronizada de fasores. Essa infraestrutura foi utilizada para implementar, em tempo real, por meio da plataforma openECA, a função de proteção sistêmica proposta. A validação da arquitetura desenvolvida foi realizada em um ambiente criado para monitoramento operacional do sistema, formado pelo simulador RSCAD/RTDS, por PMUs e concentrador de dados de sincrofasores (PDC) e pelas réplicas dos cubículos de controle e proteção dos bipolos de corrente contínua associados à UHE Belo Monte. Adicionalmente, a atuação da função de proteção implementada foi avaliada com a simulação de diferentes contingências. Os ensaios de validação permitiram a verificação do funcionamento correto da arquitetura e funções de proteção implementadas, assim como mostraram que os atrasos envolvidos na atuação da função de proteção são adequados para aplicação prevista.

This work is focused on the study of the application of synchrophasor measurements in control and protection systems in the National Interconnected System (SIN). As a basis for the methodological development, the Special Protection System (SPS) of the HVDC system associated with the Belo Monte Hydro Power Plant (HPP) was chosen. The work describes the implementation of a systemic protection function with a control action similar to that corresponding to the SPS currently implemented in the SIN, but using synchrophasor data instead of conventional power flow measurements to quantify the number of generators to be rejected. The work presents the use of an architecture based on the real-time simulation platform RTDS (Real Time Digital Simulator) and on GPA (Grid Protection Alliance) software to carry out tests and implement applications based on synchronized measurement data. This infrastructure was used to implement, in real time, through the openECA platform, the proposed systemic protection function. The validation of the developed architecture was carried out in an environment created for the operational monitoring of the simulated system, formed by the RSCAD/RTDS simulator, by PMUs and synchrophasor data concentrator (PDC) and by the replicas of the control and protection cubicles of the HVDC system associated to Belo Monte HPP. Additionally, the performance of the implemented protection function was evaluated by simulating different contingencies. The validation tests allowed the verification of the correct functioning of the architecture and protection functions, as well as showing that the delays involved in the actuation of the protection function are adequate for the foreseen application.