Simulação de sistemas térmicos de potência para geração de energia elétrica

O presente trabalho é dedicado à simulação numérica de sistemas térmicos de potência. O trabalho é iniciado com a modelagem de um ciclo Rankine, dedicado à produção de energia elétrica, para o qual foi elaborado um programa de simulação com a linguagem de programação MATLAB. A partir desse primeiro caso, são apresentados os modelos empregados para representar os diversos componentes que formam o circuito, como o gerador de vapor, a turbina, o condensador e a bomba. Além desses componentes, são introduzidas as equações que representam o escoamento do fluido de trabalho, no caso a água, permitindo assim o cálculo da perda de carga nas diferentes canalizações do circuito, sendo também acoplado o funcionamento da bomba. Essa alternativa pennite uma melhor avaliação do trabalho despendido para operar o sistema. A modelagem do ciclo deixa então de ser exclusivamente tennodinâmica, e passa a incluir aspectos de mecânica de fluidos. Outras variantes desse ciclo simples são também modelados e simulados, incluindo ciclos Rankine regenerativos e com irreversibilidades. As simulações são efetuadas admitindo-se parâmetros de operação, como, potência da turbina, temperatura do vapor d'água na entrada da turbina e pressão do vapor d'água na saída da turbina, com a variante de fixar-se o título do vapor d'água na saída da turbina.

Proteção passiva de estruturas e sistemas elétricos contra incêndio aplicada a uma unidade de refino de petróleo

Nesta dissertação visa-se estudar e propor alternativas de solução para a proteção de estruturas e sistemas elétricos contra fogo numa unidade de craqueamento catalítico de uma refinaria de petróleo, por meio de proteção passiva. A proteção passiva tem por finalidade garantir a integridade das estruturas sujeitas a incêndio, durante um determinado período de tempo, para possibilitar, no caso da refinaria, a realização de procedimentos de parada da unidade de forma segura e controlar o incêndio a fim de diminuir a possibilidade de propagação do fogo para outras áreas. Com base em técnicas de análise de riscos fez-se a identificação de zonas potencialmente sujeitas a cenários de acidente envolvendo jato de fogo e/ou incêndio em poça. A delimitação das áreas onde haveria necessidade de proteção passiva foi realizada com base em modelos para jatos de fogo e incêndio em poça já estabelecidos na literatura. O dimensionamento da proteção passiva de estruturas e sistemas elétricos com o uso de diversos materiais usados comercialmente para este fim foi estimado com base em equações empíricas desenvolvidas por Jeanes, 1980, Stanzak, 1973 e PABCO, 1984, e, para alguns casos particulares foi feita uma verificação por solução numérica da equação da condução do calor em meio sólido.Assim, foram determinados quais os materiais mais adequados em cada caso de aplicação e qual a espessura em que deve ser aplicado para que a temperatura no elemento estrutural ou no sistema elétrico não atinja a sua determinada temperatura crítica em um período de tempo pré-determinado. Para os casos de elementos estruturais como colunas de sustentação da unidade de seção cilíndrica, o principal material para proteção passiva é a argamassa projetada e para perfil I, é o emprego de placas de gesso. Já para o caso de sistemas elétricos, podem ser utilizadas tanto tintas intumescentes quanto as mantas reforçadas com fibras minerais, esta escolha depende da geometria do sistema em que será empregado. Da comparação entre estes dois métodos pode-se concluir que o dimensionamento da proteção passiva fazendo o uso das correlações empíricas é menos conservativo que para o caso do uso da equação da difusão do calor resolvida por método numérico. Porém, os resultados diferem dentro de um limite considerado aceitável (em torno de 15%) levando-se em consideração os erros embutidos em cada método de cálculo. É importante mencionar que as correlações empíricas são de mais simples aplicação por possuir apenas operações matemáticas básicas. Usando as correlações empíricas para os perfis cilíndricos de aço (diâmetro de 0,1524 m e espessura de parede de 0,0254 m), a espessura de revestimento estimada com o uso das correlações empíricas necessária para garantir que a temperatura na interface entre os dois materiais não atinja 550°C em duas horas seria de 13,5 mm para argamassa projetada, 19,7 mm para vermiculita com silicato de sódio e 34,5 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Fazendo o mesmo cálculo pelo método numérico proposto, os resultados foram de 15,53 mm para argamassa projetada, 22,06 mm para vermiculita com silicato de sódio e 38,98 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Fazendo o mesmo cálculo pelo método numérico proposto, os resultados foram de 15,53 mm para argamassa projetada, 22,06 mm para vermiculita com silicato de sódio e 38,98 mm para recobrimento com concreto com proteção do tipo contorno. Cabe ressaltar que com a realização desta dissertação busca-se uma integração entre o mestrado acadêmico e o meio empresarial com o desenvolvimento de trabalhos de natureza acadêmica que tenham aplicação direta na prática. Espera-se assim permitir que Universidade dê retorno à sociedade que a mantém e propiciar que setores da sociedade possam usufruir da capacidade disponível na academia.

Uma perspectiva pós-fordista na operação de sistemas elétricos

O objetivo deste trabalho é mostrar através de um estudo de caso que a implantação de um modelo de organização da produção e do trabalho baseado na gestão por processos pode acenar com uma perspectiva pós-fordista para a atividade de operação de sistemas de energia elétrica. As grandes empresas brasileiras do setor de energia elétrica adotaram, desde a sua criação, um modelo organizacional com base nas funções gerenciais propostas por Henri Fayol, sendo estruturadas de forma vertical e hierárquica. Por outro lado, as tarefas realizadas nas salas de controle dos Centros de Operação dessas empresas se processam de acordo com a forma preconizada pelo sistema de Administração Científica de Frederick Taylor e pelos princípios propostos por Henry Ford. Porém, em decorrência da mudança do modelo institucional do setor de energia, ocorrida em meados da década de 90, além da maior conscientização da sociedade a respeito dos seus direitos de cidadania e também da busca dos trabalhadores pela democratização nas relações sociais em seu ambiente de trabalho, as empresas de energia elétrica foram compelidas a buscar novas formas de gestão mais adequadas ao novo cenário cultural, político, social e econômico. Em FURNAS, como nova forma de organização da produção e do trabalho, o Departamento de Operação do Sistema resolveu adotar um sistema baseado na gestão por processos que respeita a estrutura funcional da Empresa, formando, assim, uma estrutura organizacional matricial. Por outro lado, observou-se que, dependendo da forma de implantação e dos mecanismos de gestão adotados, esse novo sistema podia acenar com uma perspectiva pós-fordista para a atividade de operação de sistemas elétricos de grande porte que, tipicamente, no Brasil, é desenvolvida por empresas fayolistas, segundo uma perspectiva taylorista-fordista. Para verificar se essa possibilidade se concretizou foi realizada uma pesquisa que abrangeu os cinco Centros de Operação do Departamento de Operação do Sistema de FURNAS Centrais Elétricas S.A., tomando como elemento-chave a seguinte caracterização do paradigma do pós-fordismo: diferenciação integrada da organização da produção e do trabalho sob a trajetória de inovação tecnológica em direção à ~ democratização das relações sociais nos sistemas-empresa. O trabalho apresenta a percepção da evolução nos relacionamentos interpessoais e a percepção das ações gerenciais empreendidas visando a implantação do novo sistema, bem como também mostra as transformações ocorridas no tocante à democratização das relaçõe~ sociais no Departamento, entre outros fatores que substanciam a pesquisa, cujo resultado aponta para uma nova forma de gestão do trabalho e da produção em que essas relações sociais tendem a ser pautadas por ações gerenciais dialógicas que caracterizam a perspectiva pós-fordista.

Contribuições para o estudo teórico e experimental de sistemas de geração distribuída

Diretorio TesteAs recentes mudanças de estrutura no sistema elétrico (geração, transmissão, distribuição e comercialização de energia) têm motivado o uso da geração distribuída e, em particular, pequenos produtores independentes conectados ao sistemas de distribuição e subtransmissão. Sendo recente, ainda há muitas lacunas quanto ao entendimento do impacto desta nova topologia na estabilidade e outros índices de desempenho do sistema. O presente trabalho está focado na conexão dos produtores independentes aos sistemas de distribuição e subtransmissão e visa contribuir quanto ao estudo teórico-prático deste problema, com ênfase nos aspectos de modelagem dos componentes do sistema. Este estudo faz parte do projeto de pesquisa “Impacto de Produtores Independentes e Autoprodutores Conectados aos sistemas de distribuição e subtransmissão", desenvolvido pela UFRGS com financiamento da CEEE. Como as unidades de geração distribuída são conectadas às redes de distribuição e transmissão, a distância entre estes geradores e as cargas é menor comparativamente às usinas de grande porte. Existe ainda a questão dos produtores independentes serem de potências menores e, portanto, mais suscetíveis às variações de carga da rede em que estão ligados. Devido a estes e outros fatores, uma melhor análise dos modelos estáticos e dinâmicos dos diversos componentes do sistema de potência dentro desta nova topologia se faz necessária. Um dos aspectos considerados neste trabalho, foi o estudo da influência da resistência da linha na análise da geração distribuída nas linhas de distribuição. Esta foi uma das contribuições deste trabalho e foi realizada por meio de simulações considerando vários modelos de geradores e cargas. Outra contribuição foi a construção do sistema consistindo de um protótipo de um produtor independente conectado a rede de distribuição, composto de um gerador de 100kVA conectado à rede elétrica, contendo cargas resistivas e indutivas, podendo serem ligadas/desligadas, emulando condições de operação similares às reais. A construção do protótipo também envolveu um sistema para simulação, um sistema supervisório para operação e realização de ensaios, e os algoritmos necessários para tal. Este sistema permite a simulação dinâmica de modelos de sistemas elétricos de potência em diversos cenários e a verificação experimental do comportamento dos grupos geradores em diversas condições de operação, incluindo a análise de desempenho estático, ensaios de curto circuito e as variações de despacho ativo e reativo de potência. Obtendo com isso uma melhor identificação e quantificação do impacto dos produtores independentes e autoprodutores na análise de sistemas elétricos de potência.

Estabilizador de sistema de potência para máquinas síncronas de polos salientes utilizando a transformada Wavelet

The power system stabilizers are used to suppress low-frequency electromechanical oscillations and improve the synchronous generator stability limits. This master thesis proposes a wavelet-based power system stabilizer, composed of a new methodology for extraction and compensation of electromechanical oscillations in electrical power systems based on the scaling coefficient energy of the maximal overlap discrete wavelet transform in order to reduce the effects of delay and attenuation of conventional power system stabilizers. Moreover, the wavelet coefficient energy is used for electric oscillation detection and triggering the power system stabilizer only in fault situations. The performance of the proposed power system stabilizer was assessed with experimental results and comparison with the conventional power system stabilizer. Furthermore, the effects of the mother wavelet were also evaluated in this work

Estimação de Fasores para Proteção de Sistemas Elétricos Baseada em Mínimos Quadrados e Morfologia Matemática

This work proposes a new technique for phasor estimation applied in microprocessor numerical relays for distance protection of transmission lines, based on the recursive least squares method and called least squares modified random walking. The phasor estimation methods have compromised their performance, mainly due to the DC exponential decaying component present in fault currents. In order to reduce the influence of the DC component, a Morphological Filter (FM) was added to the method of least squares and previously applied to the process of phasor estimation. The presented method is implemented in MATLABr and its performance is compared to one-cycle Fourier technique and conventional phasor estimation, which was also based on least squares algorithm. The methods based on least squares technique used for comparison with the proposed method were: forgetting factor recursive, covariance resetting and random walking. The techniques performance analysis were carried out by means of signals synthetic and signals provided of simulations on the Alternative Transient Program (ATP). When compared to other phasor estimation methods, the proposed method showed satisfactory results, when it comes to the estimation speed, the steady state oscillation and the overshoot. Then, the presented method performance was analyzed by means of variations in the fault parameters (resistance, distance, angle of incidence and type of fault). Through this study, the results did not showed significant variations in method performance. Besides, the apparent impedance trajectory and estimated distance of the fault were analysed, and the presented method showed better results in comparison to one-cycle Fourier algorithm

Fluxo de potência ótimo reativo via método da função lagrangiana barreira modificada

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

O modelo de injeção de potência do TCSC e sua aplicação no estudo da estabilidade a pequenas perturbações

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estudo de bifurcações e aplicações em análise de sistemas de energia elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Planejamento da expansão de sistemas elétricos de distribuição considerando fatores de riscos em análise econômica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise da estabilidade a pequenas perturbações do sistema elétrico de potência considerando a atuação do TCSC e controladores suplementares de amortecimento: representação pelo modelo de sensibilidade de corrente

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Uma investigação da influência do parâmetro de barreira na solução do problema de fluxo de potência ótimo

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEB

Utilização de sinais adicionais estabilizantes para o amortecimento de oscilações de baixa frequência do sistema elétrico de potência multimáquinas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estudo comparativo do modelo linear de Heffron e Phillips e modelo de sensibilidade de potência com a inclusão dos dispositivos FACTS SVC e TCSC

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Desenvolvimento de um objeto de aprendizagem para análise de sistemas de energia elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)