Speed and active power regulation systems in hydroelectric plants - a review
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v11i2.25326Keywords:
Regulador de velocidade; Modelagem; Simulação; Análise do lugar das raízes; Ziegler-Nichols.Abstract
This work presents a study based on the speed and power control of a large hydroelectric power plant through the mathematical modeling of the real system and the use of computational simulations to validate the field data and evaluate the response of the control systems studied over different scenarios. A reference analysis was necessary to provide basic concepts about the system studied as well as topics related to theories of control, modeling and controller designing. Specific data from the presented case studied were applied to the mathematical modeling. In doing so, it was possible to validate the calculated models by using computational simulations. This validation was performed by comparing simulation results with field testing records obtained from the power plant studied. More computational simulations were executed using validated and adjusted mathematical models to evaluate operational performance of the speed governor system. Additionally, some proposals of adjustments were made by applying known controller tuning methods in order to improve the equipment performance.
References
Alvares, A. J. (2002) Evolução dos sistemas de controle. Website Alvarestech. http://alvarestech.com/temp/smar/www.delt.ufmg.br/seixas/PaginaII/Downlo ad/DownloadFiles/HistoriaControladores.PDF.
Andreas, S. (2016) Hidrelétricas em Estudo, Construção e Operação na Amazônia. Website Outerspace: https://forum.outerspace.com.br/index.php?t hreads/hidrel%C3%A9tricas-em-estudo-constru%C3%A7%C3%A3o-e-opera%C3%A7%C3%A3o-na-amaz%C3%B4nia-fotos.461712/.
ANDRITZ HYDRO. (2017) Regulador de velocidade - Funções de transferência e diagrama de blocos. Website Andritz Hydro.
ANEEL. (2008) Atlas de energia elétrica do Brasil. Website Aneel. http://www2.aneel.gov.br/arquivos/pdf/atlas3ed.pdf.
Angélico, B. A., Scalassara, P. R. & Vargas, A. N. (2014) Sintonia de controladores PID.
Campestrini, L. (2006) Sintonia de controladores PID descentralizados baseada no método do ponto crítico. Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
Campos, P. R. B. (2011) Lugar das raízes. Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Cenaqui, T. C. (2018) Modelagem de turbinas e reguladores de velocidade e seus impactos na simulação da regulação primária de frequência. COPPE-UFRJ.
EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. (2007) Plano nacional de energia 2030.
Ersoy, S. (2013) Francis turbine wicket gate animation. Websites Mekanizmalar. http://www.mekanizmalar.com/francis-turbine-wicket-gate-animation.html.
Franklin, G. F., Powell, J. D. & Emami-Naeini, A. (2013) Sistemas de controle para engenharia. Bookman.
Gatta, P. O. (2012) Um novo modelo para representação da regulação primária e secundária de frequência no problema de fluxo de potência e fluxo de potência ótimo. Faculdade de Engenharia da Universidade Federal de Juiz de Fora.
GE Energy Hydro. (2017) Curso de turbinas. Website Slideplayer. https://slideplayer.com.br/slide/11128385/.
Gomide, F. A. C. & Gudwin, R. R. (1994) Modelagem, controle, sistemas e Lógica Fuzzy. SBA Controle & Automação, 4(3), 95-115.
IEEE Power & Energy Society. (2013) Dynamic models for turbine-governors in power systems studies. Website Technical reports.
Maruyama, N. (2007) O método do lugar das raízes - Exemplos. Website EduUSP.
Menarin, H. A., Paiva, R. B., Silva, L. M., Schmitt, K. & Bühler, C. (2017) Aplicação de funções avançadas ao controle de velocidade na UHE Jirau. Curitiba.
Moher, D., Liberati, A., Tetzlaff, J. & Altman, D. G. (2019) The PRISMA Group. Preferred reporting items for systematic reviews and meta‐analyses: the PRISMA Statement. Open Medicine, 3(2):123‐130.
Novaes, C. E. B. (2012) Diagrama de lugar das raízes (Root-Locus). Universidade Bandeirante de São Paulo.
Ogata, K. (2010) Engenharia de controle moderno. Pearson Prentice Hall.
ONS. (2019) O que é o SIN. Website ONS. http://ons.org.br/paginas/sobre-o-sin/o-que-e-o-sin.
Alape, L. F. (2012) Uma metodologia para gestão de manutenção corretiva e baseada em condição aplicada em usinas hidrelétricas: uma abordagem usando raciocínio baseado em casos. Universidade de Brasília.
Reginatto, R. (2013) Sistemas de controle - evolução histórica. Editora Unioeste.
Reivax. (2016) Modelagem de controladores (RT e RV) no formato ANATEM. Florianópolis.
Santos, A. H. M., Bortoni, E. & Souza, Z. (1999) Centrais hidrelétricas - Estudos para implantação. Eletrobrás.
Santos, M. S. (2012) Modelagem dinâmica de turbinas hidráulicas axiais de dupla regulagem para estudos de estabilidade angular transitória em sistemas elétricos de potência. Universidade Federal da Itajubá.
SIEMENS. (2019) SIMATIC S7-300 - Proven multiple times!. Website Siemens. https://new.siemens.com/global/en/products/automation /systems/industrial/plc/simatic-s7-300.html.
SIEMENS. (2018) Transducer SICAM T. Website Siemens. https://w3.siemens.com/ smartgrid/global/en/products-systems-solutions/power-quality-measurements/digital-measurement-transducer/pages/sicam-t.aspx.
Souza, J. R. (2004) Modelagem e análise de sistemas de regulação de velocidade e potência de usinas hidrelétricas e um estudo de caso. Universidade Federal de Santa Catarina.
Voith, R. (2016) Regulador de velocidade digital - Manual de operação e manutenção. Editora São Paulo.
Yamashita, M. S. (2018) Relatório de estágio: Modernização do regulador de tensão da unidade geradora 4 da Usina Hidrelétrica Itá. Universidade do Sul de Santa Catarina.
Zancan, M. D. (2011) Controladores programáveis. Colégio Técnico Industrial (UFSM).
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2022 Marcos Shigueo Yamashita; Luís Fernando Ferreira de Campos; Oscar Mitsuo Yamashita
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
1) Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
2) Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
3) Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work.
