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Todos os equipamentos responsáveis pelo controle primário de tensão são em princípio totalmente automatizados e atuam baseados em desvios de operação no sistema, causados geralmente por variações de carga e/ou contingências [52].

O controle primário de tensão é o nível hierárquico mais antigo e comum a todos os sistemas de potência, tendo como função a manutenção da tensão terminal dos equipamentos

envolvidos no seu valor de referência A faixa de tempo de atuação deste nível de controle varia de 100 ms a 1 minuto [01].

Para efeito de controle de tensão, o controle primário de tensão – CPT, em nível de geração, costuma ser dividido em dois níveis:

ƒ Controle dos Geradores - Este nível de controle é constituído pela atuação dos reguladores de tensão (RAT) dos geradores e dos compensadores síncronos. Os reguladores mantêm as tensões terminais dos geradores iguais, ou muito próximos aos valores de referência fixados pelos operadores ou pelos controles dos níveis hierárquicos mais elevados.

ƒ Controle das Usinas - O objetivo deste nível de controle é, em geral, manter o valor da tensão da barra de alta tensão da usina em valores especificados através de uma equalização da potência reativa gerada pelas diversas unidades em operação. É conhecido pela sigla inglesa como “Joint Voltage Control” (JVC). A referência [53]

apresenta um estudo de viabilidade de aplicação do JVC na usina de Itaipu 60 e 50 Hz.

Entre os equipamentos participantes do controle primário de tensão destaca-se o regulador automático de tensão dos geradores síncronos e o sistema de controle do comutador automático sob carga dos transformadores.

3.1.1.

Regulador Automático de Tensão

O regulador automático de tensão (RAT) é um dos componentes do sistema de controle de excitação dos geradores síncronos, cuja função é ajustar a excitação da máquina para que a tensão terminal do gerador se mantenha no valor de referência especificado. A Figura 3-3 apresenta o diagrama de blocos de um esquema de controle de excitação da geração [52].

REGULADOR DE TENSÃO EXCITAÇÃO GERADOR E SISTEMA DE POTÊNCIA ESTABILIZADOR DA EXCITAÇÃO ESTABILIZADOR DO SISTEMA DE POTÊNCIA TRANSDUTOR DE TENSÃO E COMPENSADOR Vref + - VT Ifo Eto Esi Vr Vf Eerr Es

Figura 3-3 Diagrama de blocos funcional do esquema de controle de excitação da geração

A equação (3-1) apresenta a equação diferencial que rege o comportamento dinâmico do RAT. ) .( _{S Err f} A r r A V K E E V dt dV T =− + + − (3-1) onde: A

T = constante de tempo do regulador de tensão, em segundos.

A

K = ganho do regulador de tensão, em pu/pu.

r

V = tensão de campo da máquina, em pu.

Err

E = sinal de entrada do regulador de tensão, em pu.

S

E = sinal do estabilizador do sistema de potência (PSS), em pu.

f

V = sinal da malha de estabilização, em pu.

Os valores típicos de T_A e K_A são de aproximadamente 0,02 segundos e 400

3.1.2.

Sistema de Controle de um Comutador Automático sob Carga

de Transformador

O sistema de controle de comutador automático sob carga de transformadores pode ser representado através de modelos discretos ou contínuos [54][55][43]. Os modelos discretos pressupõem que a partir da ativação do controle do comutador a posição do tap irá aumentar ou diminuir com o valor igual ao passo do tap. Já os modelos contínuos apresentam uma mudança de tap contínua entre toda a faixa de operação. A modelagem do sistema de controle do comutador automático sob carga ainda leva em consideração a forma de atuação do comutador, que pode ser seqüencial ou não-sequencial [54]. Em [56] é apresentado um estudo com simulações e análises dos modelos utilizados para representar o sistema de controle de comutador automático sob carga de transformadores.

A atuação seqüencial consiste de uma seqüência de mudanças de tap, começando após o tempo de retardo e continuando ininterruptamente até que o erro de tensão esteja dentro dos limites ajustados da banda morta, ou até que o limite de atuações do tap seja obtido. Isto significa que, no modo de operação seqüencial, os tempos de atuação somente são reinicializados após a tensão de erro voltar para dentro dos limites ajustados na banda morta.

Na atuação não-sequencial, o tempo de atuação é inicializado após cada mudança de tap ou quando ocorrer uma violação dos limites da banda morta. O diagrama de blocos do sistema de controle de um comutador automático sob carga é apresentado na Figura 3-4 [55].

A seguir é realizada uma breve descrição de cada bloco da Figura 3-4.

• Regulador de Tensão: realiza a regulação da tensão em uma barra do sistema (terminal ou remota), através da comparação desta tensão com uma tensão de referência VREF gerando um sinal de erro Veer.

• Elemento de Medida: é constituído por um relé cujo sinal de entrada é o sinal de erro gerado pelo regulador de tensão. Sua função principal é verificar se o limite de tensão do sistema está de acordo com os limites permitidos.

• Elemento de Temporização: é o responsável pela inicialização da atuação do controle, tendo como objetivo a redução dos efeitos das variações de tensão de curta duração, evitando assim, comutações desnecessárias que ocasionam um maior desgaste do equipamento e a redução de sua vida útil.

• Mecanismo de Mudança de Tap Acionado por Motor: representa o tempo de atraso de comutação inerente ao equipamento.

• Limitador do Tap: elemento que determina os limites mínimos e máximos da relação de transformação do transformador.