Regulador MPC de tensão e velocidade integrado para unidades geradoras hidrelétricas

Abstract

Um conjunto razoável de objetivos de controle está associado à geração de energia hidrelétrica. Isto envolve o seguimento às referências de tensão, velocidade e potência, o amortecimento de oscilações eletromecânicas e o atendimento a restrições dos atuadores e de capabilidade do gerador. Adicionalmente, o processo é não linear e há acoplamento entre as variáveis controladas. Tradicionalmente, cada objetivo é tratado por malhas de controle específicas, cada qual com seus parâmetros de sintonia. Propõe-se o uso de um Controlador Preditivo baseado em Modelo (MPC) visando a atender todos os objetivos de controle de forma integrada. O controle proposto utiliza um modelo não linear simplificado da unidade geradora para o cálculo das predições. O controlador foi testado em vários cenários em comparação com o esquema de controle convencional. Obteve-se excelente desempenho de controle, sem o uso de malhas auxiliares. Também é discutida a influência dos parâmetros de sintonia sobre a resposta do processo. Verifica-se pelos resultados de simulações que a estratégia proposta é viável e permite melhorar o desempenho do sistema de controle, em comparação com controladores convencionais.<br>

Abstract : A wide set of control objectives is associated with the hydropower generation. This involves the tracking of terminal voltage, speed and active power references, the damping of electromechanical oscillations limitation of the generator operating point and actuators output. Additionally, the controlled process is non-linear and the variables are dynamically coupled. Each control objective is traditionally handled by dedicated control loops, each of them with isolated tuning parameters. The use of a Model Predictive Control (MPC) scheme is proposed as to consider all control objectives in an integrated calculation. The proposed controller uses a simplified non-linear model of the generating unit for calculating the predictions. The controller was tested in various cases, comparing its performance with the conventional control scheme. An excellent control performance was obtained, without need of auxiliar control loops. The influence of the tuning parameters on response characteristics is also discussed. The simulation results indicate that the strategy is viable and can improve the performance of the control system, compared to conventional controllers.