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Título: Estabilidade de frequência e controle automático de geração: projeto de controlador ótimo LQR aplicado à geração termoelétrica considerando sistemas elétricos interligados
Título(s) alternativo(s): Frequency stability and automatic generation control: design of optimal LQR controller applied to thermoelectric generation considering interconnected electrical systems
Autor(es): Moraes, Conrado Gabriel Sodre Alves de
Orientador(es): Benedito, Raphael Augusto de Souza
Palavras-chave: Sistemas de energia elétrica - Estabilidade
Energia elétrica - Controle automático
Controladores elétricos
Reguladores de voltagem
Electric power system stability
Electric power - Automatic control
Electric controllers
Voltage regulators
Data do documento: 9-Set-2020
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: MORAES, Conrado Gabriel Sodre Alves de. Estabilidade de frequência e controle automático de geração: projeto de controlador ótimo LQR aplicado à geração termoelétrica considerando sistemas elétricos interligados . 2020. Dissertação (Mestrado em Sistemas de Energia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020.
Resumo: O crescimento constante da demanda energética, atrelado ao desenvolvimento econômico e industrial, traz consigo a necessidade inerente de expansão do Sistema Elétrico de Potência (SEP), bem como dos seus meios de geração, capazes de suprir o déficit energético criado pelo aumento vertiginoso das cargas do SEP. Isso abre espaço para o surgimento de problemas recorrentes como a instabilidade da frequência elétrica que compromete a continuidade do suprimento energético e a qualidade da energia fornecida ao consumidor final. Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver uma metodologia de projeto e simulação com base em técnicas de controle ótimo via LQR, em conjunto com a sua aplicação em SEP através da modelagem dos elementos dinâmicos pertencentes ao sistema de controle de estabilidade de frequência, também conhecido como Controle Automático de Geração (CAG). Além disso, serão analisados computacionalmente, por meio de simulações, cenários de projetos distintos de controladores LQR, analisando a resposta das principais variáveis de controle do sistema sob a ótica de estabilidade em SEP e evidenciando o perfil de atuação dos controladores envolvidos nas simulações. As simulações realizadas neste trabalho consideram a aplicação de eventos de instabilidade sobre o sistema na forma de crescimentos abruptos de carga e utilizam como modelo de malha de controle um sistema multimáquinas com turbinas térmicas à vapor com reaquecimento, composto por duas áreas de controle interligadas através de uma linha de transmissão. Para as simulações, serão utilizados em combinação o software MATLAB através dos quais é desenvolvido o script de projeto do controlador LQR e os softwares, SIMULINK e ANATEM onde são construídos os modelos de controle de frequência, por meio de diagrama de blocos e realizadas as simulações considerando cenários distintos de controles atuando sobre SEP.
Abstract: The constant growth in energy demand, linked to economic and industrial development, brings with it the inherent need for expansion of the Electric Power System (EPS), as well as its means of generation, capable of supplying the energy deficit created by the dizzying increase in EPS loads. This allows for the emergence of recurring problems such as the instability of the electrical frequency that compromises the continuity of the energy supply and the quality of the energy provided to the final consumer. This work’s main objective is to develop a design and simulation methodology based on optimal control techniques via LQR, together with its application in EPS through the modeling of the dynamic elements of the frequency stability control system, also known as Automatic Generation Control (AGC). In addition, different design scenarios of LQR controllers will be computationally analyzed through simulations, analyzing the response of the main system control variables from the perspective of EPS stability, and showing the performance of the controllers involved in the simulations. The simulations developed in this work consider the application of instability events in the system in the form of sudden load growths, considering a multi-machine control loop model system with steam thermal turbines, composed of two control areas interconnected through a transmission line. For the simulations, the MATLAB software, through which the LQR controller design script is developed will be used in combination with the softwares, SIMULINK and ANATEM, where the frequency control models are built, using block diagram techniques, and the subsequent simulations are developed considering different control scenarios on EPS.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23560
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