Automação Industrial - Supervisao Controle E Automacao De Sistemas

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    RESUMOEste trabalho apresenta a comparao entre os desempenhosde um controlador fuzzy Supervisrio PID, um controladorfuzzy e um controlador PID a parmetros fixos para o contro-le carga-freqncia de um sistema eltrico de potncia real,representado pelo sistema de gerao e transmisso daEletronorte no Estado do Amap. No controlador fuzzysupervisrio PID, regras fuzzy so utilizadas para determinaros parmetros (kp, ki e kd) do PID, no controlador fuzzy asregras fuzzy so utilizadas para gerar um sinal de controle emfuno do sinal de desvio de freqncia e da derivada do des-vio de freqncia do sistema analisado. Um programa de si-mulao para sistemas eltricos de potncia multimquinasfoi desenvolvido em ambiente MATLAB/SIMULINK pararepresentar o sistema de potncia real. Modelos do sistemareal so utilizados no simulador e os desempenhos doscontroladores fuzzy so comparados com um controlador PIDa parmetros fixos e mostrados no presente artigo.

    PALAVRAS-CHAVEControle carga-freqncia, Lgica Fuzzy, Controle Fuzzy, Sis-temas de Potncia.

    I. INTRODUOPara uma operao segura e confivel de sistemas el-

    tricos de potncia necessrio que um conjunto decontroladores funcionem de forma eficiente. Dentre essasmalhas de controle, uma de grande importncia a malhade controle carga-freqncia cujo objetivo principal sa-tisfazer aos requisitos clssicos em um sistema eltrico iso-lado ou interligado, que so: atravs da ao permanentede sistemas de controle, manter o erro de freqncia den-tro de limites bastante estreitos; e, para um sistema interli-gado, manter tambm o fluxo programado de potncia en-tre as reas, quando ocorrem perturbaes de carga no sis-tema. (Vieira Filho, 1984 e Fosha e Elgerd, 1970).

    Os controladores do tipo PID, com parmetros fixos,ainda so os mais utilizados para esta funo, devido a suasimplicidade de implementao. Esses controladores sogeralmente projetados para um determinado ponto de ope-rao e normalmente apresentam bom desempenho em con-dies operacionais semelhantes quela do projeto. Porm,quando ocorrem mudanas maiores no ponto de operaodo sistema, o controlador pode no mais apresentar umdesempenho satisfatrio diante da nova condio operaci-onal (Talaq e Al-Basre, 1999). Dessa forma, para manterum bom desempenho numa ampla faixa de operao ne-cessrio que, diante de uma mudana no ponto de opera-o, o controlador possa ter seus parmetros automatica-mente ajustados para o novo estado do sistema adaptan-do-se s alteraes que ocorrem no sistema.

    A lgica fuzzy vem sendo utilizada no desenvolvimen-to de controladores devido a sua caracterstica da ao decontrole fuzzy poder ser descrita de modo qualitativo, ouseja, uma ao que muitas vezes realizada por um opera-dor experiente do sistema torna-se difcil de se transformarem uma equao matemtica, mas pode ser facilmenteimplementada por uma expresso qualitativa na lgicafuzzy.

    A teoria de sistemas fuzzy, devido proporcionar a pos-sibilidade de superviso inteligente, baseada apenas em in-formaes qualitativas sobre a operao do sistema, surgecomo uma interessante alternativa a ser investigada no con-trole carga-freqncia de sistemas de potncia. A razodisso que, com o emprego de um esquema de supervisofuzzy, possvel at mesmo prescindir de identificadoresrecursivos operando on-line, como ocorre na maioria doscontroladores adaptativos do tipo auto-ajustvel.

    Com base nas caractersticas acima citadas dos siste-mas Fuzzy, neste artigo compara-se a utilizao de um es-quema de controle discreto fuzzy e um controlador PIDcom superviso fuzzy para o controle suplementar carga-freqncia do sistema de gerao do Amap, daELETRONORTE, visando a avaliao de alternativas paraa implantao no sistema real de uma malha de controlesecundrio digital para o controle conjunto das unidadesgeradoras, objetivando corrigir automaticamente os desvi

    Comparao de Controladores Fuzzy Aplicadosao Controle Secundrio do Sistema Amap

    C. E. U. Costa, UFPA (ceueno@uol.com.br); R. N. Machado CEFET-PA (nonatomac@ig.com.br); J. A.L. Barreiros, UFPA (barreiro@ufpa.br); U. H. Bezerra, UFPA (bira@ufpa.br); A. M. D. Ferreira, CEFET

    (andre@amazon.com.br); W. B. Jnior, UFPA (walbarra@ufpa.br); C. Tavares-da-Costa, UFPA(cartav@ufpa.br); J. P. B. Vieira, UFPA (jpaulovieira@bol.com.br); B. Rodrigues, ELETRONORTE

    (rodrigues@eln.gov.br); N. Bramatti, ELETRONORTE (bramatti@eln.gov.br) e P. W. B. Duarte,ELETRONORTE (wenilton@eln.gov.br)

    Este trabalho conta com o apoio financeiro da ELETRONORTE via oprograma P&D da ANEEL referente ao ciclo 2000-2001, e apresentaresultados da execuo do projeto de pesquisa Controle Coordenadodas Usinas Trmicas e Hidrulicas do Sistema de Gerao do Amap,em desenvolvimento pelo NESC/UFPA Ncleo de Energia, Sistemas eComunicao do Departamento de Engenharia e Computao daUniversidade Federal do Par em parceria com a Regional do Amap daELETRONORTE.

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    os de freqncia. Os resultados mostrados neste tra-balho referem-se aos estudos preliminares feitos atravsde simulao dinmica do sistema, utilizando um progra-ma multimquinas desenvolvido em ambiente MATLAB/SIMULINK. Nestes estudos, os geradores do sistema fo-ram representados por modelos no-lineares de 5a ordem eas cargas como impedncias constantes. Para a obtenode resultados mais prximos da realidade, os modelos uti-lizados para os reguladores de tenso e velocidade do sis-tema so bastante detalhados, seguindo-se os dados forne-cidos pela empresa.

    Para efeito de anlise, o desempenho dos controladoresbaseados em lgica fuzzy so comparados com o desem-penho de um controlador PID a parmetros fixos, bem ajus-tado (Angst et al, 2001). Resultados de simulao mos-tram o desempenhos desses controladores para diferentespontos de operao.

    II. CONTROLE CARGA-FREQUNCIAO controle carga-freqncia em um sistema eltrico

    normalmente efetuado em duas etapas, sendo que a pri-meira etapa chamada de regulao primria e realizadapelos reguladores de velocidade das unidades geradorasdo sistema. A regulao primria atua no sentido de elevarou reduzir a potncia mecnica da mquina primria resta-belecendo o equilbrio carga-gerao, mas permite um errode freqncia no sistema que proporcional ao montantedo desequilbrio ocorrido.

    A segunda etapa do controle carga-frequncia cha-mada de regulao secundria, ou controle secundrio, quetem como objetivo, em sistemas isolados, manter a fre-qncia do sistema eltrico de potncia no valor nominal,eliminando desvios resultantes da ao da regulao pri-mria.

    As figuras 1 e 2 mostram os diagramas de blocos sim-plificados das etapas do controle carga-freqncia.

    Mquina Primria

    Gerador

    L

    R1

    +

    -

    -

    f

    Pmec + fref

    FIGURA 1. Diagrama simplificado da regulao primria.

    Mquina Primria

    Gerador

    L

    +

    -

    -

    f

    Pmec +

    fref

    Controlador

    R1

    +

    -

    FIGURA 2 Diagrama simplificado da regulao secundria.

    III. O AMBIENTE DE SIMULAOPara efeito de estudo dinmico foi desenvolvido um

    simulador em ambiente MATLAB/SIMULINK formadopor um conjunto de ferramentas computacionais contendoas rotinas de integrao numrica, de montagem e altera-o das matrizes representativas da rede eltrica, de fluxode carga para clculo das condies iniciais e rotinas auxi-liares para entrada de dados e apresentao de resultados.

    O ambiente de simulao desenvolvido incorpora osmodelos reais dos componentes do sistema de gerao etransmisso do Amap, bem como podem ser incorpora-dos, via estudos iniciais de fluxo de carga, vrios cenriosde operao em regime permanente, a serem utilizados nosestudos de Controle Automtico da Gerao.

    Como o simulador trabalha com modelos de ordemelevada (5 ordem) para a representao das mquinassncronas e incorpora modelos detalhados para o regula-dores de tenso, ele tambm apropriado para a realiza-o de estudos transitrios devido ocorrncia de grandesperturbaes, como curto-circuito e outros.

    IV.REGULAO SECUNDRIAComo comentado anteriormente o objetivo da

    regulao secundria zerar o erro de regime de freqn-cia que permanece no sistema aps a ao da regulaoprimria em funo de uma perturbao no sistema. Nestetrabalho foram implementadas duas tcnicas fuzzy pararealizar esse controle, que so descritas a seguir.

    A. Controlador FuzzyO primeiro esquema de controle fuzzy implementado

    mostrado na figura 3.

    Planta

    Clculo de f f f

    u

    Sistema Fuzzy

    Controlador Fuzzy

    FIGURA 3. Esquema do controlador fuzzy implementado.

    Como pode-se observar, o sistema fuzzy recebe comosinal de entrada o desvio de freqncia ( f ) e a derivadacalculada do desvio da freqncia ( f ). A sada do siste-ma fuzzy o sinal de controle que atuar no regulador develocidade.

    Para esse controlador fuzzy, deseja-se que o sistemaapresente algumas caractersticas como tempo de subidaadequado, mnimo sobresinal e erro de regime nulo, ouseja, o controlador fuzzy deve ter o comportamento tpidode um bom controlador PID, mas que no apresenta

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    parmetros fixos e, portanto, apresenta melhor capacidadede se adaptar s alteraes e no-linearidades da plantacontrolada.

    O sistema fuzzy representado pelas seguintes vari-veis lingsticas: NG, NM, NP, ZE, PP, PM e PG, que sig-nificam, respectivamente, negativo grande, negativo m-dio, negativo pequeno, zero, positivo pequeno, positivomdio e positivo grande. As funes de pertinncias utili-zadas, para as entradas e sadas, so mostradas na figura 4,a seguir, assim como a base de regras empregadas (Zak,2003).

    NG NM NP ZE PP PM PG 1

    0.5

    0 f , f e u

    a)

    f NG NM NP ZE PP PM PG

    NG NG NG NG NG NM NP ZE NM NG NG NM NM NP ZE PP NP NG NM NP NP ZE PP PM