Contribuição à estabilidade transitória de sistemas elétricos industriais de unidades estacionárias de produção de petróleo

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015.

A estabilidade transitória de qualquer sistema elétrico de potência ou industrial para grandes perturbações eletromagnéticas sempre foi objeto de estudo e fundamental na elaboração de um projeto e para a operação de um sistema elétrico. Nos sistemas elétricos industrias de unidas estacionárias de produção (UEP), há aspectos peculiares que também devem ser avaliados. Atualmente, existem softwares comerciais dedicados a estudos elétricos desses sistemas, pois aqueles que são utilizados em sistemas de potência tradicionais são limitados para uso direto em sistemas industriais tipo UEP. Esta dissertação apresenta estudo para uma UEP, no qual avaliam-se aspectos relacionados à estabilidade do sistema sob condições que são impactantes, sobretudo durante a partida direta de motor de grande porte e curtos-circuitos. Os principais componentes do sistema, como geradores síncronos e motores de indução são modelados em detalhes. O sistema é simulado para algumas condições de operação e de falta e os resultados dessas simulações são comparados com dados do sistema real. Destacam-se no estudo, simulações considerando os motores de grande porte representados por um modelo estático, mais adequado para avaliação da partida do motor. Além disso, avalia-se também a adequação de um modelo dinâmico, mais adequado na situação em que o sistema fica sujeito a uma grande perturbação do tipo curto-circuito. O efeito pelicular também é considerado na modelagem do motor, tornando a representação dessa carga mais próxima da operação real. Mas, além do motor, todos os demais componentes elétricos do sistema são modelados de forma a se obter precisão necessária para a execução do estudo. As simulações são inicialmente realizadas a partir de aplicativo desenvolvido no software Scilab®. Adicionalmente, utiliza-se o Alternative Transient Program (ATP), com seus variados recursos, incluindo representação de modelos na MODELS e TACS. Os testes, considerando as condições reais de operação do sistema, evidenciam que os resultados das simulações são muito próximos àqueles obtidos em campo para o estudo de estabilidade transitória envolvendo grandes motores em sistemas elétricos industriais. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The transient stability of any power system or industrial power system in large electromagnetic disturbances, has always been an object of study and fundamental in the development of a project and for the electrical system operation. In offshore industrial power systems of stationary production units (SPU) there are specific aspects that should also be evaluated. Currently, there are commercial softwares dedicated to electrical studies of these systems because the softwares used in traditional power system are limited to direct use in industrial systems of SPU type. This work presents a study for a SPU, in which aspects related to system stability under impacting conditions are evaluated, especially during direct online starting of large scale motor and short-circuits. The main system components, such as synchronous generators and induction motors are modeled in detail. The system is modeled for some operation and fail conditions, and the results of these simulations are compared with real system data. An important part in this study are the simulations considering the large scale motors represented by a static model, more adequate for evaluation of motor starting. Further, also the suitability of a dynamic model is evaluated, more adequate in the situation where the system is subject to a large disturbance like a short-circuit. The skin effect is also considered in the motor modeling, then its representation becomes nearer to the real operation load. Besides the motor, all others electric components of the system are modeled so that they have the required precision to the study. The simulations are initially made from an application developed in Scilabsoftware. In addition, it was used the Alternative Transient Program (ATP), with their varied resources, including representation models in MODELS and TACS. The tests considering the real operations conditions of the system shows that the results of the simulations are the nearest to the field results for transient stability study with large scale motors in industrial electrical power system.