Desenvolvimento e implementação de estratégias de controle digital para regulação de tensão e amortecimento de oscilações eletromecânicas em um gerador síncrono de 10kVA

Neste trabalho são apresentados o desenvolvimento e a implementação de estratégias de controle digital para regulação automática de tensão e para o amortecimento de oscilações eletromecânicas em um sistema de potência em escala reduzida de 10kVA, localizado no Laboratório de Controle de Sistemas de Potência (LACSPOT), da Universidade Federal do Pará (UFPA). O projeto dos dois controladores é baseado na técnica de alocação polinomial de polos. Para o projeto do Regulador Automático de Tensão (RAT) foi adotado um modelo simplificado, de primeira ordem, da máquina síncrona, cujos parâmetros foram levantados experimentalmente. Para o controlador amortecedor, por sua vez, também chamado de Estabilizador de Sistemas de Potência (ESP), foi utilizado um modelo discreto, do tipo auto regressivo com entrada exógena (ARX). Este modelo foi estimado por meio de técnicas de identificação paramétrica, considerando para tal, o conjunto motor-gerador interligado a um sistema de maior porte (concessionária de energia elétrica). As leis de controle foram embarcadas em um microcontrolador de alto desempenho e, para a medição dos sinais utilizados nos controladores, foi desenvolvida uma instrumentação eletrônica baseada em amplificadores operacionais para o condicionamento dos sinais dos sensores. O sinal de controle é baseado na técnica de modulação por largura de pulso (PWM) e comanda o valor médio da tensão de um conversor CC-CC, o qual é utilizado como circuito de excitação que energiza o enrolamento de campo do gerador. Além disso, o acionamento elétrico das máquinas que compõem o grupo gerador de 10kVA foi projetado e automatizado somando segurança aos operadores e ao componentes deste sistema de geração. Os resultados experimentais demonstraram o bom desempenho obtido pela estratégia proposta.

ABSTRACT: This paper presents the development and implementation of control strategies for digital automatic voltage regulation and damping of oscillations in a 10kVA synchronous generator 10kVA located at the Power Systems Control Laboratory (LACSPOT) at Federal University of Pará (UFPA). The design of both controllers is based on the pole placement technique. For the design of the Automatic Voltage Regulator (AVR), it was adopted a first order simplified model for the synchronous machine, whose parameters were obtained experimentally. For the damping controller, also called Power System Stabilizer (PSS), it was used an auto-regressive with exogenous input (ARX) discrete model. This model was estimated by means of parametric identification techniques considering, for this purpose, the motor-generator connected to a larger system. The control laws were embedded in a high-performance microcontroller and, for the measurement of signals used in the controllers, an electronic instrumentation was developed which is based on operational amplifiers for the sensors signal conditioning. The control signal is based on the technique of pulse width modulation (PWM) and controls the average voltage of a DC-DC converter, which is used as an excitation circuit which energizes the field winding of the generator. Moreover, the electric drive of the machines that make up the 10kVA group generator was designed and automated by adding security to operators and components of this generation system. The experimental results demonstrate the good performance achieved by the proposed strategy.